La modellazione del raggio aiuta i laser a fibra a tagliare parti metalliche sottili e spesse

Jun 02, 2023

I laser a fibra stanno iniziando a utilizzare una tecnologia di modellazione del raggio che modifica il profilo energetico del raggio per soddisfare le esigenze di taglio dell'applicazione. Ottica Mazak

I produttori di metalli che operano nel settore da un po' possono essere sentimentali riguardo al laser CO2. Certo, la manutenzione della macchina non era semplice, ma un sistema messo a punto con precisione, con il raggio centrato nell'ugello e un percorso del raggio privo di detriti, poteva fornire bordi lisci e privi di bava. Per la maggior parte degli ultimi 10 anni, i produttori che desideravano bordi di qualità (soprattutto su lamiera) hanno scelto un sistema a CO2, mentre coloro che avevano bisogno di velocità hanno scelto il laser a fibra. Questo calcolo, tuttavia, sta iniziando a cambiare.

"La forza bruta della potenza totale del laser a fibra non è la risposta."

Così ha affermato Al Bohlen, presidente di Mazak Optonics, durante un open house di fine aprile presso lo stabilimento dell'azienda a Elgin, Illinois, un evento in cui l'azienda ha presentato formalmente la sua macchina di taglio laser a fibra OPTIPLEX 3015 NEO da 15 kW.

Negli ultimi anni i fornitori di macchine laser hanno introdotto innovazioni che alterano le caratteristiche del raggio con l'obiettivo di espandere le capacità del laser a fibra per tagliare in modo efficace una gamma di qualità e spessori di materiali, non solo fogli sottili. All'evento di aprile, Mazak Optonics ha descritto il suo approccio volto a rendere il laser a fibra più flessibile.

Come ha spiegato Bohlen, il sistema utilizza qualcosa di più della “forza bruta” della potenza del laser ad alta fibra. La sua sorgente laser in fibra nLight utilizza la tecnologia di modellazione del raggio che, insieme a una testa di taglio Mazak, può creare diversi profili di calore nonché diversi diametri del raggio e lunghezze focali per produrre bordi di alta qualità sia su materiali sottili che spessi.

Invece di essere trasmesso attraverso un cavo in fibra unipolare, il laser viaggia attraverso un cavo multipolare. In sostanza, la tecnologia controlla come viene distribuita la potenza sui molteplici nuclei della fibra. "Possiamo proporzionare la quantità di potenza laser che attraversa ciascun nucleo", ha affermato Bohlen. "Ciò ci consente di creare un nucleo più freddo del raggio e di concentrare più energia sui bordi esterni. Stiamo spostando il calore del laser a fibra attraverso diversi elementi del nucleo e, così facendo, creiamo diverse modalità."

Storicamente, la maggior parte delle macchine da taglio laser a fibra sono state vendute con laser aventi un profilo a raggio singolo, con elevata densità di potenza al centro e bassa densità di potenza sui bordi. "Questo crea una forma con calore al centro, come la punta di una lancia. Da una grande densità di potenza deriva un'incredibile capacità di tagliare molto velocemente materiali sottili", ha affermato Bohlen. Ma con l’aumentare dello spessore del materiale, il taglio con un simile profilo di potenza del raggio diventa più impegnativo. "Il gas di assistenza deve lavorare molto duramente per far uscire il materiale fuso dal taglio", ha detto Bohlen. "Si sta facendo strada attraverso il processo di taglio." Man mano che il materiale diventa più spesso, il flusso di gas tenta di invertire la direzione e il taglio presenta scorie, scorie e striature pesanti.

Nel corso degli anni l'ottica è stata in grado di aumentare il diametro del raggio laser in fibra, ma utilizzando lo stesso profilo termico: alto al centro, basso attorno ai bordi. La modifica del profilo del fascio alla sorgente, prima che la luce raggiunga la testa di taglio, crea una distribuzione dell'energia del fascio con più energia attorno ai bordi e meno al centro.

"Con tutto questo, c'è ancora bisogno di una testa di taglio intelligente che possa prendere questa trave e farci qualcosa", ha spiegato Bohlen. Una nuova testa di taglio Mazak è dotata di ottiche in grado di accogliere il raggio di diametro maggiore emesso dalla fibra multicore e inviarlo attraverso il centro di un piccolo orifizio dell'ugello. "Possiamo prendere la modalità ciambella e ora renderla più piccola e controllarne il diametro. La [testa di taglio] rimane un ingrediente importante della ricetta."

L'elevata energia all'esterno del raggio laser aiuta inoltre a levigare le striature ed eliminare la conicità, soprattutto quando si tagliano lamiere molto spesse. Questa rastremazione viene creata mentre il metallo fuso fatica a evacuare lungo lo stretto taglio, con un profilo energetico del raggio relativamente freddo ai bordi e caldo al centro. I sistemi a getto d'acqua e al plasma possono inclinare la torcia per eliminare la conicità. Ora, con il taglio laser a fibra utilizzando la modalità raggio e il controllo del diametro, "posso tagliare una parte di 1 pollice di spessore, perfettamente diritta", ha affermato Bohlen.