La tecnología láser se convierte en una herramienta de torneado

Este video ilustra cómo funciona el torneado láser. Crédito:GFH GmbH

En la industria del mecanizado de precisión, los láseres no han desempeñado un papel destacado más allá del marcado y grabado de piezas, pero se han agregado a los tornos de tipo suizo para cortar material de tubos principalmente para aplicaciones médicas. Los láseres han sido útiles para crear pequeños orificios y generar ranuras, espirales, formas helicoidales, viudas y otras geometrías complejas en material canulado en esas máquinas.

Ahora, la nueva tecnología utiliza un láser para actuar como una herramienta de corte para "dar vuelta" a las piezas a partir de barras sólidas. Este proceso, desarrollado por la empresa alemana GFH GmbH, reemplaza la herramienta de torneado convencional con un láser sin contacto que evapora el material con pulsos de láser ultracortos mientras usa menos energía que los métodos de torneado tradicionales. La máquina de torneado de precisión de alta velocidad GL.smart, disponible para los clientes de EE. UU. a través de GFH en Alemania, es especialmente útil para el micromecanizado, lo que permite una alta precisión para piezas pequeñas y complejas que a menudo son delicadas y difíciles de mecanizar cuando se implementan procesos de torneado convencionales.

“Gracias a la eliminación de material sin contacto, la pieza de trabajo permanece libre de fuerza y ​​deformación durante todo el proceso de mecanizado”, explica Florian Lendner, director ejecutivo de GFH. "Esto significa que no hay pérdida de precisión, incluso con componentes muy delgados y delicados".

La máquina también divide el haz de una fuente de láser y lo envía a dos cabezales separados, por lo que puede tornear, fresar, taladrar y grabar dos partes a la vez. En cuanto a la estructura, imagine una fresadora vertical de doble husillo y doble paleta con cada estación capaz de tornear y mecanizar en cinco ejes.

Procesamiento sin contacto

El corazón de la máquina es un láser de estado sólido bombeado por diodos que emite pulsos en picosegundos o femtosegundos en la pieza de trabajo. Esta técnica de "pulso bajo demanda" permite el ajuste de la entrada de calor en el material, lo que hace que la pieza de trabajo tenga menos probabilidades de sobrecalentarse. Como resultado, no hay tensión o parte

El uso de un láser de alta potencia en combinación con la división del haz permite el procesamiento simultáneo en dos estaciones. Créditos de las fotografías:GFH GmbH

se produce deformación. La empresa afirma que este proceso es muy adecuado para componentes fabricados con materiales muy duros y quebradizos.

Aunque el láser bombeado por diodos es el láser estándar en el GL.smart, según las necesidades del cliente, GFH puede proporcionar diferentes tipos de fuentes de láser que difieren en longitud de onda, potencia del láser o ancho de pulso. Con estos pulsos de láser ultrarrápidos y ultracortos, se elimina la mayor cantidad de material posible mediante el desbaste. Al terminar una pieza, la calidad final se logra con menor energía láser.

El rayo láser se puede dirigir al centro de la pieza o tangencialmente, según la operación. Por ejemplo, si el componente tiene un diámetro fijo para girar, el rayo láser incide en el material tangencialmente. Sin embargo, si solo se mecanizan ciertas áreas en todo el diámetro, como agujeros, el rayo láser incide en el punto medio del material.

El rango de profundidades de material que el láser puede girar/eliminar en una sola pasada depende del material y del propio proceso de giro. Con la eliminación tangencial, el rango desde el acabado hasta el desbaste es de 1 micra a 200 micras, y con el rayo láser dirigido al medio, el rango es de 0,1 micras a 10 micras (acabado a desbaste).

Después del mecanizado, las piezas terminadas se manipulan y recogen, ya sea sacándolas manualmente del sistema de sujeción por parte del operador o cayendo las piezas en un contenedor debajo del área de mecanizado. Para eliminar el material erosionado de la máquina, la GL.smart está equipada con un sistema de aspiración para recoger aerosoles y polvo.

Capacidades "inteligentes"

Los talleres mecánicos que abastecen a las industrias médica y relojera se beneficiarán especialmente de las capacidades de micromecanizado de GL.smart, según GFH. Por ejemplo, la máquina puede producir microherramientas como pinzas, microcuchillas e implantes, así como pivotes que se instalan en un mecanismo de relojería, dice la empresa.

Con la capacidad de mecanizar prácticamente cualquier material, la máquina de torneado láser realiza operaciones de torneado, taladrado, corte y grabado con alta velocidad y precisión, dice la compañía. La máquina también ofrece mecanizado combinado

Las capacidades del GL.smart son diversas y van desde microherramientas médicas como pinzas y microcuchillas hasta pivotes que se instalan en un mecanismo de relojería.

así como el procesamiento paralelo en dos estaciones de sujeción de piezas del eje C simultáneamente, lo que duplica la productividad.

Debido al movimiento de cinco ejes, todas las operaciones se pueden realizar en una sola configuración. Por lo tanto, la pieza de trabajo se puede grabar, cortar, taladrar o estructurar sin tener que volver a sujetar.

Los husillos principales de la pieza de trabajo con cojinetes de aire cuentan con un accionamiento de torsión que se puede usar para indexar/posicionar piezas y girar hasta 3500 rpm en 0,4 segundos. La concentricidad radial y axial en nanómetros permite la producción con tolerancias de rectificado. La máquina también proporciona un sistema de pinzas de tensión controlado por fuerza. El tamaño compacto de GL.smart de 2212 mm (L) × 1026 mm (W) × 2320 mm (H) está contenido en una carcasa de vidrio negro que brinda protección contra la radiación láser.

La máquina está disponible con hasta 16 ejes simultáneos, controlados por su propio sistema desarrollado, GL.control. Cada estación de trabajo (el eje Z es el mismo para ambas estaciones de trabajo; el eje Y es independiente para cada estación de trabajo) se puede equipar con un husillo principal (ejes X y A) y una unidad giratoria (X-, B- y eje C). Los tres ejes restantes se colocan en la caja óptica para la manipulación del haz.

CNC controla la precisión del láser

Programado y controlado mediante su software GL.control desarrollado por GFH, el control numérico computarizado (CNC) de la máquina consta de una computadora que es la única responsable del software de control numérico y otra unidad que es responsable del software operativo. El CNC integra las funciones CAD/CAM así como todos sus subsistemas. El controlador lógico programable (PLC) rápido de GL.smart está diseñado para el procesamiento láser y ofrece acceso en tiempo real para el control del láser, de modo que el láser se pueda encender con una precisión de 40 nanómetros en el rango completo de movimiento de los ejes.

El proceso para crear un programa CAD/CAM de corte para una pieza incluye:

1. Subir el archivo 3D al software de la máquina
2. Seleccionar todas las geometrías a generar
3. Generación del código G para mecanizado láser
4. Editar parámetros específicos del material
5. Subiendo a PLC
6. Comenzando el trabajo de mecanizado

Al configurar la máquina de torneado láser para un nuevo tipo de pieza a mecanizar, puede ser simple o algo más complejo, según el tamaño de la materia prima, según Lendner. “Si la materia prima es del mismo tamaño, solo se necesita un cambio en la configuración del software para crear un nuevo diseño”, dice. “Si se trata de un nuevo tipo de tamaño de materia prima, también se debe cambiar la configuración óptica y el sistema de sujeción”. La máquina acepta materia prima de hasta 12 mm de diámetro y longitud de hasta 2 m.

Creación de una máquina personalizada

GFH ofrece numerosos complementos y accesorios para GL.smart que ayudan a los usuarios a construir una máquina personalizada para sus aplicaciones específicas. Las opciones incluyen accesorios para automatización, monitoreo y control de calidad.

El torno láser GL.smart ofrece eliminación sin contacto. Esto significa que no hay pérdida de precisión incluso con componentes muy delgados y delicados.

Debido a la creciente popularidad y, a menudo, a la necesidad de la automatización de los talleres mecánicos, está disponible una adición de un sistema de manipulación de piezas de trabajo con robot de seis ejes y un alimentador de barras para el GL.smart. La implementación de esta opción también brinda oportunidades para el mecanizado sin luces.

Otras opciones para la máquina de torneado láser incluyen una unidad giratoria giratoria como contrahusillo y un diseño de torneado corto o largo, o ambos. La configuración de la pinza y la guía de piezas definen si la máquina tiene un diseño de torneado corto o largo.

GFH ofrece los siguientes equipos como opciones para el GL.smart que se programan fácilmente a través del GL.control.

Rayo láser de baja vibración: El GL.beam incluye la trayectoria completa del haz desde el láser hasta la óptica del proceso dentro de la máquina. El láser está montado y alineado sobre una base de granito de acuerdo con las especificaciones del fabricante para un funcionamiento con pocas vibraciones.

Sistema de sujeción de precisión: Para la sujeción repetida de componentes, la máquina puede equiparse con GL.clamp, un sistema de sujeción de precisión de Erowa. A petición, también están disponibles sistemas de sujeción de otros fabricantes o dispositivos de sujeción por vacío.

Modos de seguimiento y ajuste del haz: Los sistemas láser se pueden ampliar con los modos de funcionamiento GL.om3 y GL.om4. El modo de funcionamiento 3 se utiliza para la supervisión del proceso y el modo de funcionamiento 4 es para el ajuste del haz.

Sistema de escáner: Para la producción precisa de piezas o el grabado profundo, la máquina puede equiparse con un sistema de escáner llamado GL.scan. Posiciona el rayo láser sobre las piezas de trabajo a través de dos espejos galvo.

Sistema de medición óptica: El sistema de medición óptica, GL.vision, facilita el posicionamiento del componente bajo el láser y también ofrece la posibilidad de medición óptica con la resolución de un microscopio.

Módulo de óptica fija: El módulo GL.optifix proporciona óptica fija para perforación láser, corte de precisión y ablación. No hay componentes móviles en la óptica, lo que reduce el error de posicionamiento a la precisión del sistema de ejes.

Módulo de distancia: El módulo GL.distance está disponible para los más altos requisitos de precisión para microtaladrado y corte de precisión. Las desviaciones y tolerancias de la superficie del componente se pueden registrar y corregir antes del mecanizado.

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