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¿Cómo corta una máquina de corte por láser de fibra materiales reflectantes?

En la producción industrial, los materiales comunes altamente reflectantes, como el cobre y el aluminio, requieren un procesamiento frecuente, pero para muchos fabricantes de equipos de corte por láser de fibra, el proceso de corte de materiales altamente reflectantes suele ser un desafío y difícil de resolver. Muchos fabricantes de chapa metálica a menudo preguntan sobre la capacidad de las máquinas de corte por láser de fibra para cortar materiales altamente reflectantes, como el aluminio y el cobre. En este artículo, se explorará cómo las máquinas de corte por láser de fibra manejan estos materiales reflectantes y se presentarán algunas tecnologías avanzadas y las mejores prácticas.

¿Qué es una máquina de corte por láser?

Una máquina de corte por láser es un dispositivo mecánico que utiliza un rayo láser para cortar. La máquina de corte por láser enfoca el rayo láser en un haz de alta densidad de potencia y lo irradia sobre la superficie de la pieza de trabajo, lo que hace que el material alcance su punto de fusión o ebullición. Al mismo tiempo, se utiliza gas a alta presión para eliminar el metal fundido o vaporizado, formando finalmente una costura de corte y logrando el propósito del corte.

Características y aplicación

Máquinas de corte por láser tienen las siguientes características:

Alta precisión: el diámetro del rayo láser es muy pequeño, la precisión de corte es alta y la incisión es suave.
Velocidad rápida: el corte por láser tiene una velocidad rápida y una alta eficiencia.
No se limita a patrones: No se limita a los patrones de corte tradicionales, puede diseñar y guardar materiales automáticamente.
Pequeña zona afectada por el calor: Durante el proceso de corte, la deformación del tablero es pequeña y la costura de corte es estrecha.
Sin estrés mecánico: La incisión no tiene estrés mecánico ni rebabas de corte.
Bajo costo de procesamiento: adecuado para producción a gran escala, con bajo costo de procesamiento.
Las máquinas de corte por láser se utilizan principalmente para cortar materiales metálicos y no metálicos, especialmente adecuadas para el mecanizado de precisión y entornos de producción de alta demanda.

Comprenda los materiales metálicos reflectantes

¿Por qué resulta complicado cortar con láser metales altamente reflectantes?

Los materiales metálicos altamente reflectantes incluyen oro, plata, cobre y aluminio. Estos materiales tienen una reflectividad muy alta y se utilizan comúnmente en aplicaciones que requieren alta reflectividad. Estos materiales tienen una alta reflectividad y pueden hacer que el haz se refleje de vuelta a la fuente láser durante el corte láser, lo que podría causar daños al equipo. Además, los materiales reflectantes también pueden afectar la eficiencia y la calidad del corte.

¿Qué son los materiales metálicos de alta reflectividad?

La reflectividad del oro, la plata y el cobre es muy alta, especialmente del cobre, que tiene una reflectividad de hasta 95% para láseres con una longitud de onda de 1064 nm. Estos materiales se utilizan comúnmente para fabricar componentes ópticos como espejos porque tienen la reflectividad de espejo más alta. Además, después del tratamiento de ennegrecimiento, el acero también puede absorber más de 80% de potencia láser, lo que indica que el tratamiento de la superficie del material tiene un impacto significativo en su reflectividad.

Los materiales metálicos altamente reflectantes tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos. Por ejemplo, en campos como la iluminación, la imagen, la industria aeroespacial y la militar, los materiales altamente reflectantes pueden mejorar la resolución y la calidad de imagen de los sistemas ópticos. Los materiales altamente reflectantes también pueden lograr efectos ópticos ideales en edificios, iluminación de carreteras y señales de tráfico. Además, los revestimientos altamente reflectantes también se aplican a las toberas de los motores de los aviones y a las antenas de satélite para mejorar la eficiencia de la radiación térmica infrarroja y mejorar el rendimiento de sigilo.

Cobre: El cobre tiene una conductividad y reflectividad térmicas extremadamente altas, lo que dificulta que la energía láser se concentre en el área de corte. El cobre tiene una baja tasa de absorción de rayos láser, generalmente menor a 30%, lo que equivale a 70% del láser reflejado. Esto no solo causa pérdida y desperdicio de energía, sino que también daña fácilmente componentes como cabezales de procesamiento, lentes y generadores láser.
Latón: El latón es una aleación compuesta principalmente de cobre y zinc, pero debido a su contenido de zinc, libera humo tóxico durante el corte y requiere un tratamiento especial. El latón es un material metálico altamente reflectante con una tasa de absorción extremadamente baja para los láseres de longitud de onda ordinaria. También tiene una buena conductividad térmica. El calor absorbido se propagará rápidamente al área circundante de la zona de procesamiento, lo que afectará la calidad del procesamiento.
Acero inoxidable: Aunque el acero inoxidable tiene una reflectividad menor que el aluminio y el cobre, presenta propiedades reflectantes después del pulido. La suavidad de su superficie y la capa de óxido pueden dificultar el corte y provocar fácilmente problemas como quemaduras en la chapa.
Aluminio: debido a su alta reflectividad y conductividad térmica, el aluminio es difícil de procesar durante el corte por láser. El aluminio puro es más difícil de cortar que los metales a base de hierro debido a su bajo punto de fusión y alta conductividad térmica. El recubrimiento o la aleación pueden mejorar la eficacia, la eficiencia y la seguridad del corte.

Desafíos del corte de materiales reflectantes

Desafío 1: Reflexión del haz

Los materiales reflectantes, como el aluminio y el acero inoxidable, tienen una alta reflectividad. Reflejarán parte del haz láser hacia la fuente láser, lo que no solo reduce la eficiencia de corte, sino que también causa daños al generador láser, especialmente a la lente láser y al sistema reflector.

Solución

Elija una máquina de corte por láser de fibra equipada con un sistema de autoprotección. Cuando se detecta la reflexión del haz láser, la fuente láser se puede apagar automáticamente para evitar daños en el equipo. En comparación con las máquinas de corte por láser de CO2, las máquinas de corte por láser de fibra utilizan fibras ópticas para transmitir los rayos láser, lo que reduce los complejos sistemas de reflexión y, por lo tanto, disminuye el riesgo de reflexión del haz.
Cubra la superficie del material reflectante con un revestimiento especial. Estos revestimientos pueden absorber los rayos láser y reducir sus reflejos.

Desafío 2: Calidad del corte por láser

Debido a su alta reflectividad, los materiales metálicos reflectantes pueden afectar hasta cierto punto la precisión y la calidad del corte.

Solución

Utilice gases auxiliares y parámetros de corte adecuados durante el proceso de corte.
Elija una máquina de corte por láser de fibra de alta precisión para mejorar la precisión y la calidad del corte controlando con precisión el enfoque y la trayectoria de movimiento del rayo láser.

Desafío 3: Disipación de calor

Los materiales con alta conductividad térmica, como el cobre, disipan rápidamente el calor durante el corte por láser, lo que dificulta que la energía del láser se concentre en el área de corte, lo que da como resultado una profundidad de corte insuficiente o una velocidad de corte reducida.

Solución

Optimice los parámetros de corte por láser, como aumentar la potencia del láser, reducir la velocidad de corte, etc., para garantizar que se concentre suficiente energía láser en el área de corte.

Utilice gases auxiliares (como nitrógeno, argón, etc.) para cortar. Estos gases no solo pueden ayudar a eliminar el metal fundido, sino que también reducen la conducción de calor hasta cierto punto.

Precaliente el material antes de cortarlo para reducir su conductividad térmica y minimizar la pérdida de calor, lo que facilita que la energía del láser se concentre en el área de corte y mejore la eficiencia del corte.

Utilizando tecnología láser de pulso corto o pulso ultracorto para reducir la acumulación de calor y mejorar la calidad del corte.

Desafío 4: Oxidación y contaminación superficial

El aluminio y otros materiales son propensos a la oxidación para formar compuestos como el óxido de aluminio, que puede adherirse a la superficie del material y al filo, afectando el efecto de corte.

Solución

Trate previamente el material antes de cortarlo para eliminar óxidos e impurezas de la superficie y mejorar la eficiencia del corte.

Durante el proceso de corte se utilizan gases inertes (como el nitrógeno) como gases protectores para reducir la aparición de reacciones de oxidación.

Elija parámetros de corte y métodos de proceso con propiedades antioxidantes, como el corte por láser pulsado.

Tecnología de corte de material metálico reflectante

Gas auxiliar

Oxígeno: Al cortar acero y otros metales, el oxígeno se puede utilizar como gas auxiliar para aumentar la velocidad de corte. El oxígeno reacciona químicamente con los metales a alta temperatura, lo que produce un efecto de oxidación exotérmica que acelera aún más el proceso de corte del material.
Nitrógeno: El nitrógeno es muy útil para cortar materiales fácilmente oxidables como el aluminio. Puede evitar que el material se oxide durante el proceso de corte, manteniendo la suavidad y precisión del filo de corte. Además, el nitrógeno también puede reducir la emisión de humo y gases nocivos durante el proceso de corte.
Gas argón: El gas argón es adecuado para cortar materiales como el latón. Tiene buena inercia y puede proteger el material de la oxidación durante el proceso de corte. Mientras tanto, el gas argón también puede reducir la generación de humo y gases nocivos durante el proceso de corte, mejorando el entorno de trabajo.

El gas auxiliar sin duda mejora el efecto de corte.

A través de la reacción química entre el gas auxiliar y el material metálico, mejora la capacidad de corte.

Ayuda al equipo a soplar la escoria del área de corte para limpiar la ranura.

Enfría el área alrededor del corte y protege la lente de enfoque.

Al cortar cobre con láser, la introducción de un gas auxiliar reaccionará con el metal a altas temperaturas para mejorar la velocidad y la eficacia del corte. El uso de O₂ puede ayudar a la combustión y mejorar la eficiencia. En cuanto a los equipos de corte por láser, el N₂ es un gas auxiliar común para mejorar el efecto de corte; por supuesto, para las placas de cobre de menos de 1 mm, no se necesita gas auxiliar para cortar y procesar. Pero cuando el espesor del cobre alcanza los 2 mm, el N₂ ya no puede lograr el efecto de procesamiento esperado. En este caso, se debe utilizar oxígeno para oxidar el cobre para un corte suave.

Solución antirreflejos

Recubrimiento protector: aplicar una capa de recubrimiento antirreflectante sobre la superficie de materiales altamente reflectantes puede reducir significativamente la reflectividad del haz láser, lo que permite que el material absorba más energía láser y, por lo tanto, mejora la eficiencia y la eficacia del corte. Este recubrimiento debe tener un buen rendimiento, como resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión, para garantizar la estabilidad durante el proceso de corte por láser.

Corte de haz: La tecnología de corte de haz interrumpe la trayectoria óptica del haz láser antes de que se refleje en la fuente láser, lo que evita de manera eficaz los daños al generador láser causados por la luz reflejada. Al instalar una trampa de haz, se puede capturar la luz reflejada para garantizar que la energía del láser actúe principalmente sobre el material, lo que reduce los daños causados por la reflexión al equipo.

Generador láser de alta potencia

Durante el proceso de corte de materiales altamente reflectantes, la técnica de perforación es crucial. Para maximizar la densidad de potencia y acelerar la velocidad de fusión, el punto focal debe ubicarse lo más cerca posible de la superficie del material. Esto minimiza la cantidad de interacciones entre el haz y la superficie del material, lo que permite que el haz funda el material de manera más efectiva.

El cobre (Cu) y la plata (Ag) son materiales altamente reactivos a los láseres de fibra de 1070 nm, con tasas de absorción bajas, mucho más bajas que las del hierro (Fe) y el acero. Sin embargo, sus tasas de absorción son relativamente más altas para los láseres de estado sólido. Por lo tanto, elegir el tipo correcto de láser puede facilitar el corte de materiales altamente reflectantes.

Mejora de la potencia de salida: el uso de un generador láser de mayor potencia es un método directo para procesar materiales altamente reflectantes. Una mayor potencia significa una penetración más fuerte y una mayor profundidad de corte, lo que puede superar de manera más eficaz la reflectividad del material.

Modulación de potencia: Al ajustar dinámicamente la potencia de salida del láser, se puede lograr un control preciso en función de la reflectividad del material y los requisitos de corte. Este ajuste garantiza que la energía del láser se mantenga en su estado óptimo durante todo el proceso de corte, lo que mejora la calidad y la eficiencia del corte.

Modulación de pulsos

Pulso controlable: mediante la tecnología de pulso controlable, un haz láser continuo se puede dividir en una serie de pulsos cortos y pulsos fuertes. Este modo de pulso puede reducir la acumulación de calor en el material, evitar la deformación o fusión por sobrecalentamiento y, por lo tanto, mejorar la precisión de corte y la calidad del filo.

Pulso corto: los láseres de pulso corto tienen una potencia máxima más alta y una duración más corta, lo que permite calentar y evaporar los materiales más rápido y lograr un corte más preciso. Por otra parte, los pulsos cortos también pueden reducir la zona afectada por el calor y proteger las estructuras circundantes del material contra daños.

Tecnología avanzada de máquina de corte por láser de fibra

Monitoreo en tiempo real

Control de procesos: La tecnología de monitoreo en tiempo real puede obtener varios parámetros (como temperatura, velocidad, potencia, etc.) durante el proceso de corte en tiempo real y ajustarlos dinámicamente de acuerdo con los requisitos del proceso preestablecidos para garantizar la estabilidad y controlabilidad del proceso de corte.
Garantía de calidad: Al monitorear el efecto de corte en tiempo real (como el ancho de la ranura, la rugosidad, etc.), se pueden detectar y corregir posibles problemas de calidad de manera oportuna para garantizar la calidad de los productos cortados.
La tecnología de monitoreo en tiempo real monitorea todo el proceso de corte a través de sensores y sistemas de monitoreo integrados en las máquinas de corte por láser de fibra, lo que garantiza el ajuste automático de los parámetros durante el proceso de corte y garantiza una calidad estable. Esta tecnología puede evitar operaciones incorrectas, mantener la precisión del corte y mejorar la eficiencia general de la producción.

Óptica adaptativa

Enfoque automático: al optimizar el sistema de enfoque, la tecnología de óptica adaptativa puede mejorar significativamente la precisión de enfoque y la densidad de energía de los rayos láser, mejorando así la calidad y la eficiencia del corte.
Ajuste en tiempo real: la tecnología de óptica adaptativa puede monitorear el estado de enfoque del rayo láser en tiempo real y realizar ajustes en tiempo real basados en señales de retroalimentación para garantizar que el rayo láser esté siempre en el estado de enfoque óptimo.

El sistema de óptica adaptativa optimiza dinámicamente el enfoque del haz láser ajustando el sistema óptico en tiempo real, lo que garantiza una mejor adaptación a materiales de diferentes espesores o reflejos durante el proceso de corte. Este ajuste puede reducir la pérdida de reflexión del haz láser y mejorar la precisión y la eficiencia del corte.

Modelado de haz

La tecnología de modelado del haz puede personalizar el perfil del haz láser según los diferentes requisitos de corte, optimizando así la distribución de energía del haz láser y mejorando la eficiencia y la calidad del corte.

Mejorar la utilización de la energía: la conformación de los rayos láser puede adaptarse mejor a las características de absorción de los materiales de corte, mejorar la utilización de la energía láser y reducir el desperdicio de energía.

La tecnología de modelado de haz permite personalizar la forma de los rayos láser. El haz láser se modela mediante elementos ópticos específicos (como el modelador de haz, la microlente, etc.) para transformarlo de la distribución gaussiana original a la forma deseada (como círculo, rectángulo, cuadrado, etc.). Adaptarse a diferentes necesidades de corte. Esta tecnología puede mejorar la eficiencia energética, especialmente al procesar materiales altamente reflectantes, con efectos significativos, ayudando a mejorar la eficiencia y la calidad del procesamiento.

En resumen, al adoptar estas tecnologías avanzadas, la máquina de corte por láser de fibra puede abordar eficazmente los desafíos de corte de materiales reflectantes, mejorar la eficiencia, la precisión y la calidad del corte.

Métodos de corte alternativos

Aunque las máquinas de corte por láser de fibra tienen muchas soluciones para cortar materiales reflectantes con alta precisión, muchos usuarios aún no quieren utilizar la máquina de corte por láser como primera opción para cortar estos materiales. El uso de la máquina de corte por láser de fibra para cortar algunos materiales altamente reflectantes puede provocar el deterioro del material. En este caso, generalmente optan por utilizar el método de corte de placas tradicional, que es la máquina de corte de placas.

Maquinaria SC tiene el automatico Cizalla de placa de alimentación frontal Especialmente diseñado para cortar grandes cantidades de placas de cobalto, placas de níquel y placas de cobre.

Conclusión

En este artículo, ofrecemos información sobre cómo utilizar el corte por láser para cortar metales reflectantes. Las máquinas de corte por láser son especialmente adecuadas para procesar metales altamente reflectantes, como latón, aluminio y plata, con precisión y eficiencia. El corte por láser seguirá siendo la mejor opción para procesar metales altamente reflectantes y aportará más comodidad y beneficios al procesamiento de metales en la industria manufacturera.