El corte por láser se potencia

Los láseres de fibra para aplicaciones de corte no solo dominan el mercado, sino que su calidad está mejorando. El aumento de la potencia, la velocidad y la capacidad del láser permiten nuevas aplicaciones.

Implementar un sistema integral de corte por láser no es una tarea para los débiles de corazón. Además del desembolso financiero, los requisitos incluyen la planificación de un sistema completo, no solo el láser, según Dustin Diehl, gerente de productos de la división láser de Amada America Inc., Buena Park, California. También está la ubicación de la instalación y la adquisición del láser. unidad y equipo, incluidos cargadores, descargadores, enfriadores y controles. Finalmente, el sistema debe integrarse en los circuitos generales de información y retroalimentación. El resultado es un sistema capaz de generar un ROI sustancial en un tiempo sorprendentemente corto.

Aunque los láseres de CO2, que representaron la fase formativa del corte por láser, han sido eclipsados ​​por los láseres de fibra más nuevos, todavía tienen un lugar en el mercado. Jeff Tyl, gerente de ventas de fabricación de América del Norte en Murata Machinery USA Inc., Charlotte, N.C., explicó:“Los láseres de CO2 modernos generalmente se usan para cortar material de más de 1″ y pueden ofrecer un corte limpio. Además, no están limitados por el tamaño de la mesa. Todavía son un factor importante en industrias críticas como la construcción naval y la defensa, pero el láser de fibra es claramente la opción más popular para las aplicaciones de chapa metálica convencionales”.

Si bien la mayoría de los láseres de fibra vendidos en la actualidad se encuentran en el rango de 1 a 6 kW, las configuraciones de mayor potencia están incursionando en aplicaciones seleccionadas y seguirán creciendo en presencia en el mercado. Brendon DiVincenzo, gerente de productos para láseres y automatización en Bystronic Inc., Elgin, Illinois, comentó:“Los centros de servicio de acero han acogido con beneplácito la llegada de unidades de mayor potencia que actualmente tienen una capacidad operativa en el rango de 10 a 12 kW. A medida que aumenten las velocidades, veremos una mayor demanda”.

Los láseres de fibra de hoy en día suelen formar parte de un sistema de procesamiento completo, como señaló Diehl de Amada. “El láser no se puede considerar como una unidad independiente. Tiene que ser parte de un sistema”, dijo. “Trabajamos con nuestros clientes para 'hacer la tarea' y entregar un paquete en el que todos los módulos (carga, descarga y la unidad en sí) están diseñados juntos. La potencia es parte de la ecuación, pero dependiendo de la aplicación, se debe considerar todo el sistema”.

Los láseres de fibra también deben ser versátiles, capaces de procesar diferentes tipos de materiales. Por ejemplo, la serie ENSIS de Amada utiliza tecnología de láser de fibra patentada para procesar materiales delgados y gruesos sin cambiar la lente de corte ni configurar manualmente. El motor de fibra de 3 kW incorpora la tecnología ENSIS de Amada, que optimiza el modo láser y el producto de parámetro de haz (BPP) en función del grosor del material que se procesa. La serie ENSIS es capaz de cortar a alta velocidad en material delgado, una capacidad clave de la tecnología de fibra, y puede procesar placas gruesas de manera eficiente, según Amada America.

Las mejoras en la tecnología de corte son un factor importante en la creciente popularidad de los láseres de fibra. “Las primeras unidades de fibra tenían problemas para dejar bordes irregulares”, dijo Mark Bronski, director de ventas de láseres de Trumpf Inc. en Farmington, Connecticut. placa de 5/8 a 3/4″ [15,9-19,05 mm]”.

Hank White, gerente de sistemas de software de MC Machinery Systems Inc. en Elk Grove Village, Illinois, señaló que los clientes son selectivos cuando se trata de energía láser. “Aunque estamos viendo un crecimiento en el mercado de los sistemas de 8 kW, los clientes son excepcionalmente cuidadosos al determinar los requisitos de energía para su aplicación individual. Si las unidades de menor potencia pueden hacer el trabajo, permanecerán en esa categoría porque las unidades más grandes cuestan más para comprar y operar y, en muchos casos, no pueden ir más rápido”.

Corte Especial

El corte por láser de mayor potencia está logrando importantes avances en áreas más especializadas. Estos incluyen aplicaciones 3D, perforación y procesamiento de bobinas y tubos. Mark Barry, vicepresidente de ventas y marketing de Prima Power Laserdyne LLC, Champlin, Minnesota, comentó:“En el corte bidimensional, la industria está experimentando una mayor demanda de 6 kW, pero cuando se trata de aplicaciones de alta precisión como Al perforar orificios de enfriamiento en motores de turbina, los láseres QCW (onda cuasi continua) de mayor potencia brindan el nivel requerido de precisión”.

Robert Adelman, gerente de productos láser para América del Norte en BLM Group USA, Novi, Michigan, señaló que, en las aplicaciones de corte de tubos, los requisitos de potencia han aumentado de 3 kW a 5 kW. “Todos los láseres de fibra perforan y cortan más rápido, aunque no usamos las potencias de salida típicas en el mundo de las láminas planas, ya que siempre hay que considerar el otro lado del tubo”, dijo. “Esto es cierto tanto en máquinas 2D convencionales como en unidades 3D de hasta 45°. Según la máquina, los diámetros van desde 1/2 a 24″ [12,7-610 mm] de DE, y las máquinas más grandes también pueden taladrar y aterrajar”.

LaserCoil Technologies LLC, de Napoleon, Ohio, compra láseres para integrarlos en las operaciones de corte de bobinas. Jay Finn, gerente general y director de tecnología, declaró:“Subimos de poder cuando nos sentimos cómodos con la óptica. Actualmente utilizamos un láser de 8 kW para sistemas que procesan material de 0,5 a 35 mm mientras producen el borde deseado. La mayoría de nuestros sistemas cuentan con cabezales múltiples e incluyen sistemas completos de manejo de materiales”.

Automatización Combinada con Láseres

Con los láseres de fibra, la automatización es una realidad. Es posible que una tienda pequeña comience con un sistema de carga simple. Sin embargo, en poco tiempo, se da cuenta de que se necesitan más componentes para alcanzar su máximo potencial. Entonces se vuelve obvio que se requiere mucha planificación y compromiso.

Una de las consideraciones principales involucra el espacio. Los láseres necesitan un área dedicada razonablemente libre de contaminantes y lo suficientemente grande como para permitir la adición de más equipos de autómatas. Diehl de Amada señaló que es prudente “estimar dólares por pie cuadrado. Antes de entrar, familiarícese con los distintos sistemas modulares para comprender cómo evolucionará la instalación. Rara vez vendemos láseres independientes. Los sistemas que proporcionamos están orientados tanto a la expansión como a la flexibilidad. Dadas las velocidades de producción, el desafío principal es la gestión del flujo de piezas que salen de la máquina”.

DiVincenzo de Bystronic estuvo de acuerdo. “La automatización es un factor importante tanto para los grandes OEM como para los pequeños talleres, aunque difieren en las necesidades de los procesos”, dijo. "Por ejemplo, un centro de servicio de acero se preocupa principalmente por la cantidad, en términos de 'toneladas a través de la cama láser', mientras que un taller busca velocidad y un flujo de material eficiente". La variedad de componentes ha hecho posible que los usuarios desarrollen estrategias de automatización individuales para adaptarse a ellos.

Tyl de Murata Machinery señaló:“vendemos tres variedades de sistemas, en términos generales. El cargador de paletas, una torre con cuatro u ocho cajones y un sistema clasificador de piezas. La torre suministra el stock y el sistema clasificador de piezas avanza las piezas cortadas a la siguiente estación. Avanzando hacia el futuro, vemos que los láseres híbridos con múltiples funciones ganan popularidad”. Las tiendas pequeñas pueden verse limitadas por los costos. “Los talleres que utilizan varios materiales pueden entrar en el juego programando un solo cargador de paletas”, dijo Tyl. "A medida que aumenta su negocio, la automatización se vuelve irresistible gracias al rápido retorno de la inversión".

Dado que la automatización del corte impulsa una mayor producción, es necesaria una mayor automatización. “El procesamiento posterior es la próxima frontera, incluida la limpieza y la formación de bordes”, afirmó White de MC Machinery Systems. La clave del éxito es el desarrollo de software que pueda reunir módulos de diferentes fabricantes a través de un programa unificado”.

Las muchas formas y configuraciones diferentes de los tubos necesitan un enfoque más especializado. “Convencionalmente, las máquinas no eran capaces de cargar paquetes de formas personalizadas en láseres de tubo”, explicó Adelman de BLM Group USA. “Hoy en día, los láseres de tubo pueden cargar en paquetes una forma especial como ‘cacahuete’ automáticamente. Mediante el uso de cámaras especializadas, la máquina puede detectar la orientación del tubo para garantizar una sujeción adecuada, así como una orientación adecuada de la pieza”.

“La flexibilidad es clave en el procesamiento de bobinas”, explicó Finn de Laser-Coil. “Todos los sistemas que vendemos funcionan en modo continuo e indexado y pueden interactuar con cualquier tipo de apilamiento. Además, hemos diseñado nuestros módulos para que ocupen el mismo espacio que los equipos de obturación mecánica más antiguos para facilitar el proceso de actualización”.

Barry de Prima Power Laserdyne lo resumió:“Si va a tener corte por láser, tendrá automatización. El láser no es un artículo discreto, es un componente”.

Controles, Automatización y Operadores

Apoyando el impulso hacia los sistemas automatizados de corte por láser hay una variedad de controles sofisticados que deben integrarse. “El paradigma de control ideal implica una integración perfecta con los sistemas ERP, eliminando así el desperdicio en los procesos administrativos. Crucial para el éxito es el monitoreo constante total, así como las alertas de mantenimiento. El objetivo es cero tiempo de inactividad no planificado”, afirmó Bronski de Trumpf.

Los modernos sistemas de automatización han mejorado enormemente el estatus del operador. Esto es especialmente visible en la evolución de los controles en los sistemas integrados. Diehl de Amada America comentó:“Hace veinte años, el control de un sistema láser era tan complejo como la cabina de un avión. Ahora, se parece más a un iPad, que ofrece una interfaz de pantalla táctil y mejores gráficos. Los sistemas tienen una mejor función de edición y una respuesta muy mejorada. El operador puede monitorear de forma remota problemas de servicio, historial de servicio y estado de alarma para alarmas pasadas o actuales”.

DiVincenzo de Bystronic notó una mayor demanda de controles estandarizados por parte de los clientes. “Los clientes exigen controles compatibles que puedan interactuar no solo con el sistema de corte por láser, sino también con otras máquinas y sistemas ERP, procesando órdenes de trabajo y canalizando datos y piezas a la siguiente operación”. White estuvo de acuerdo y señaló:"Cuando se trata del procesador, los diferentes constructores tienen su propia 'salsa secreta'. No obstante, la estandarización está llegando, pero con ella, la seguridad es crítica".

Los controles y el software han marcado una gran diferencia en el procesamiento de bobinas. Los sistemas de software pueden calcular un nido en función del patrón de corte óptimo para un ancho de bobina en particular, así como determinar el ancho de bobina que ofrecerá el mejor rendimiento. Finn explicó:“El nido final depende del proceso de alimentación de la bobina. El borde de ataque debe coincidir con el borde final. Para facilitar la adopción, hemos desarrollado un software para automatizar la anidación y la optimización de la ruta de corte. Esto hace que sea menos intimidante cuando trae láseres a su operación”.

Los sistemas de control y software también han creado grandes avances en la manipulación del láser. “Ha habido una gran mejora en el tiempo de cambio tanto para piezas convencionales como complejas. Ahora podemos cambiar la potencia pulso por pulso con un tiempo de respuesta literalmente más allá de los milisegundos”, dijo Barry de Prima Power Laserdyne. “Esto nos ha permitido adquirir una inmensa flexibilidad en operaciones multipropósito. Por ejemplo, no solo podemos producir cualquier forma de orificio en cualquier ángulo, sino también pasar de la perforación a la soldadura. Al ajustar la potencia y la pulsación, también podemos manejar nuevos materiales, incluido el compuesto de matriz de carbono (CMC)”.

Los controles también han mejorado la flexibilidad en el procesamiento de materiales tubulares. “Los últimos sistemas integrados eliminan el trabajo de la máquina y lo han trasladado a la etapa de planificación de la producción”, dijo Adelman de BLM Group USA. “Ahora, el software de anidamiento no solo puede anidar piezas en trabajos, sino también seleccionar qué opciones son necesarias (como orientación de la costura de soldadura en los tubos) para crear un ciclo de producción completo, mientras que un operador novato puede concentrarse en administrar la carga de material y el empaque de piezas. Las funciones de control pueden crear cronogramas de producción y calcular costos y tiempos de trabajo precisos. Para garantizar que nuestros clientes puedan beneficiarse de las muchas capacidades de control, brindamos capacitación tanto en nuestras instalaciones como en los sitios de nuestros clientes”.

Mejoras de calidad en láseres de fibra

Gracias a la combinación de funciones de potencia y control, los láseres de fibra de hoy en día han avanzado en la curva, en lo que respecta a la calidad. Hasta cierto punto, esto se debe a la experiencia del usuario y la capacidad de control para definir los parámetros correctos para tipos de materiales específicos. “La tecnología de flujo, las mejoras en el uso de diodos y ópticas, y un mayor cuidado en la definición de la mezcla de gases han contribuido”, según White de MC Machinery Systems. "Incluso con las mejoras en el cabezal del láser, la ecuación de costos sigue presente y algunos usuarios sienten que es más económico emplear un proceso de acabado posterior que dedicar el esfuerzo a regular el láser".

Dos de los factores más importantes en el control de calidad son el mantenimiento preventivo y la gestión de materiales, según Bronski de Trumpf. “La complejidad de los sistemas láser exige un alto grado de mantenimiento preventivo y la capacitación es absolutamente esencial. Otro factor clave tiene que ver con el material involucrado en el proceso. Los usuarios tienen que inspeccionar lo que obtienen para garantizar una alta calidad o perderán rendimiento”.

Diehl de Amada America citó la importancia de la mezcla de gases. “Usar la mezcla adecuada de gases puede mejorar la calidad de los bordes hasta el punto de eliminar las operaciones secundarias. Estamos viendo la creciente popularidad de la generación interna de nitrógeno mediante filtración, bombas de refuerzo y tanques de almacenamiento. También hay una tendencia a la inspección de piezas a través de imágenes 3D y sistemas de visión”.

El equilibrio entre la velocidad y la calidad sigue siendo una consideración primordial. A medida que los sistemas han avanzado, los esfuerzos para mantener la calidad a alta velocidad han incluido el uso de accionamientos lineales de alta precisión en lugar de cremallera y piñón, y la incorporación de servomotores. La inspección en tiempo real es clave en las operaciones de tubos y bobinas. El escaneo ahora puede detectar torsiones en material tubular y ajustar para compensar. Del mismo modo, el stock de bobinas se puede inspeccionar "sobre la marcha" para garantizar un control de calidad adecuado. DiVincenzo de Bystronic resumió la economía de la calidad:"Ya no se trata del costo de la mano de obra, sino de la velocidad de la mano de obra".

A medida que avanzan las mejoras en la tecnología de corte por láser y automatización, los fabricantes y otros usuarios finales se enfrentarán a una variedad de opciones que afectarán no solo la operación de corte sino, en el caso de los OEM, todo el proceso de fabricación. La velocidad del láser y el advenimiento de una automatización más amplia bien pueden hacer por la fabricación lo que la línea de ensamblaje hizo por la producción automotriz.

La experiencia del usuario final:Hatco Corp.

Con sede en Milwaukee y plantas de fabricación en Sturgeon Bay, Wisconsin, Hatco Corp. es un fabricante de equipos comerciales para el servicio de alimentos. Fabrica calentadores de alimentos, exhibidores de alimentos, tostadores y otros productos. Los lotes de producción van desde cientos de unidades para colocar en restaurantes de comida rápida o de conveniencia hasta un solo calentador especialmente diseñado para una instalación en particular. El mantra de la empresa es "Una cantidad de pedido económica de uno".

En busca de ese objetivo, la empresa ha ampliado y actualizado continuamente sus instalaciones de fabricación con lo último en equipos y técnicas.

Según Steve Christoferson, vicepresidente de fabricación de Hatco, “muchos fabricantes y talleres tienden a centrarse en las piezas y ven las piezas individuales como fines en sí mismas. En Hatco, nuestros procesos se basan en el producto y, debido a que nuestra gente puede ver todo el proceso bajo un mismo techo, existe una conciencia constante de mantener controles estrictos de inventario y un flujo de fabricación eficiente”.

La experiencia de Hatco con los láseres se remonta lo suficiente como para que Christoferson recuerde que “la lentitud de los primeros láseres era dolorosa de ver. Ahora, gracias a la velocidad y la calidad, la fibra es el futuro”.

En la actualidad, Hatco utiliza cuatro láseres Mitsubishi, tres de los cuales son de CO2 y el último, un láser de fibra de 4 Kw. El metal procesado incluye más de 100 tamaños y calibres diferentes, desde placa hasta calibre 24 y 28” e incluye acero inoxidable y acero dulce, así como aluminio. Las tolerancias pueden ser tan estrechas como 0,0001” (2,54 µm). “Debido a que muchas de las piezas que fabricamos son tridimensionales, literalmente tenemos que tomar la pieza y ‘desdoblarla’ para lograr el patrón de corte correcto. Utilizamos el anidamiento dinámico para optimizar los rendimientos de las materias primas”, comentó Christoferson.

Los láseres están ubicados en una sección dedicada de la planta. Un Mitsubishi “River” FMS mueve el material hacia adentro y hacia afuera. “Tomó un año completo de trabajo pasar al sistema automatizado que queríamos”, dijo Christoferson. “Optamos por un sistema de fibra de 4 kW como el más económico para nuestros propósitos. El trabajo se asigna a cada uno de los cuatro láseres según el tipo y grosor del material y la calidad del corte que se puede lograr”. El área del láser se diseñó para permitir futuras expansiones y está ubicada junto a los procesos posteriores para desbarbar (cuando sea necesario) y doblar.

Cuando se trata de calidad, Christoferson señaló que “cada operador es un inspector”. Los empleados de Hatco están capacitados en múltiples disciplinas de fabricación para comprender las complejidades del proceso y poder intervenir en caso de que se detecte algún problema. Hace varios años, los empleados compraron la empresa y existe un "interés de propiedad" por parte de todos.

Dave Rolston, presidente de Hatco, anteriormente fue jefe de ingeniería y se le puede ver con frecuencia en la planta de fabricación. “Estamos excepcionalmente orgullosos de la calidad de nuestro equipo y el grado de automatización que hemos logrado en nuestra área de láser”, comentó Rolston. “Pero, al final, es la habilidad y el orgullo de nuestra gente lo que nos mantiene como los 'mejores en su clase'”.