Muchos láseres están en el mercado hoy en día, cada uno con sus propias características, especificaciones y niveles de integración, lo que dificulta el proceso de selección. Al elegir un láser para el procesamiento de materiales, es fundamental comprender las diferencias y los beneficios de cada opción.
Este artículo brinda a los lectores una comprensión de los sistemas láser, los tipos comunes de láser y cómo elegir una fuente de láser industrial adecuada para el procesamiento de materiales.
Índice del contenido
El mercado mundial del láser industrial
¿Qué es una fuente láser industrial?
Características a tener en cuenta al elegir una fuente láser
La línea de fondo
El mercado mundial del láser industrial
El mercado del láser industrial se valoró en USD 17.3 mil millones en 2021 y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 7.2 % para llegar a USD 34.8 2030 millones en XNUMX. Un sistema láser industrial produce un haz de luz que utiliza emisiones estimuladas para diversos fines en la electrónica, la automoción, la medicina , y otras industrias. Los láseres se utilizan principalmente para soldadura fuerte, etiquetado, grabado, corte, soldadura y marcado.
La creciente demanda de mayor eficiencia, productividad y precisión ha resultado en el crecimiento de la industria láseres. Además, el aumento de la demanda de procesamiento de materiales en varios sectores y la transición de la industria automotriz a los vehículos eléctricos impulsarán las ventas en el futuro.
¿Qué es una fuente láser industrial?
Un láser tiene varios componentes y características que producen un haz de luz intenso y coherente a través de un proceso de amplificación óptica. Hay numerosos tipos de láseres, cada uno con diferentes grados de integración. Todos estos láseres, sin embargo, comparten un conjunto básico de componentes.
La fuente de energía de cada láser dirige la luz hacia un medio de ganancia. Este medio de ganancia emite una longitud de onda de luz específica y un resonador amplifica esta ganancia óptica a través de espejos.
Antes de entrar en los detalles de una fuente de láser, echemos un vistazo a algunos de los láseres más comunes:
Láseres de estado sólido: Como fuente principal de ganancia óptica, estos láseres se basan en vidrios sólidos o cristales mezclados con otros elementos terrestres. Por lo general, estos elementos mixtos son erbio, tulio, cromo o iterbio. El estado sólido más común láser en aplicaciones de procesamiento industrial son el rubí y el Nd:YAG.
Láseres de gas: Mediante el uso de una técnica conocida como inversión de población, la corriente eléctrica pasa a través de un gas en estos láseres para producir luz. El dióxido de carbono (CO2), el argón, el criptón y el helio-neón son los láseres de gas más populares. CO2 láseres son la opción más popular y se utilizan ampliamente para soldadura, corte y marcado con láser.
Láseres de fibra: Los láseres de fibra son más estrechos y pequeños. láser rayos que otros láseres, haciéndolos más precisos en aplicaciones de procesamiento de materiales. Ocupan poco espacio, son energéticamente eficientes y tienen bajos costos de operación y mantenimiento. Láser de fibra son ampliamente utilizados en aplicaciones de limpieza, soldadura, corte y marcado.
Características a tener en cuenta al elegir una fuente láser
El primer paso es identificar el tipo de láser según la aplicación del láser. Después de decidir el tipo de láser, se deben especificar sus parámetros, incluida la potencia, el tamaño y la longitud de onda del haz y el costo de mantenimiento.
Longitud de onda del rayo láser
Es fundamental examinar la longitud de onda del rayo láser para el procesamiento de materiales porque diferentes materiales tienen diferentes tasas de absorción en diferentes longitudes de onda. Una regla ampliamente aceptada es que el acero y el aluminio absorben bien el rayo láser de 1064 nm de longitud de onda de un láser Nd:YAG, mientras que la longitud de onda de 10600 nm láser haz de un láser de dióxido de carbono (CO2) es bien absorbido por tela, plástico, cuero, madera y papel.
Las dos fuentes de láser más comunes disponibles en la actualidad son el CO2 y la fibra. dependiendo de los elementos mezclados en la fibra. Un láser de CO2 puede producir un rayo láser a 10600, 10300 o 930 nm, según la composición del gas. Es importante hacer coincidir la longitud de onda de la fuente láser con el material que se va a procesar para garantizar operaciones láser efectivas.
Costos de mantenimiento
En el pasado, los láseres de CO2 de tubo de vidrio y los láseres de Nd:YAG bombeados por lámpara eran populares, pero sus fuentes de bombeo, es decir, la lámpara de arco o el tubo de vidrio lleno de gas, tenían que ser reemplazados periódicamente. Cada 500 a 1000 horas de trabajo, los usuarios debían detener la máquina y reemplazar el tubo o la lámpara. Además, el CO2 de generación anterior láseres requieren un flujo continuo de gases a través del resonador, lo que resulta en altos costos de operación.
Sin embargo, gracias a la tecnología avanzada, la fibra láseres, la opción más popular en la actualidad, que representa el 80 % de la cuota de mercado, no requiere mantenimiento. Tienen una larga vida útil y un diseño de resonador láser único en el que todas las ópticas forman parte de un cable de fibra óptica continuo eficiente.
Potencia y tamaño de foco
El rayo láser se puede enviar a través de una óptica de enfoque mientras se pulsa a diferentes longitudes. Cuando el haz entra en contacto con la pieza de trabajo, se reduce de tamaño, enfocando efectivamente una gran cantidad de energía en un área pequeña. Sin embargo, la salida del láser no se puede reducir a un tamaño menor que su longitud de onda, ni una salida de baja calidad puede generar un punto de enfoque de alta calidad. Por ejemplo, un CO2 láser no puede reducir el punto de enfoque a menos de 10600 nm, lo que requiere un haz y una óptica casi perfectos para completar la tarea.
Por lo tanto, si bien el tamaño del punto es una consideración importante, no se requiere para todas las aplicaciones, como la limpieza de superficies con láser, soldadura por lásery sinterización en escalera, que requieren un tamaño de punto más grande para garantizar el rendimiento.
material de procesamiento láser
Dado que los diferentes materiales tienen diferentes velocidades de procesamiento, se deben tener en cuenta las propiedades del material al elegir la fuente de láser adecuada. Los materiales más adecuados para el marcado, grabado y corte con láser de CO2 incluyen plásticos, espumas, telas, cauchos, papeles, vidrio, piedra cerámica, acero, titanio, madera y compuestos. Idealmente, los materiales con puntos de fusión extremadamente altos no son adecuados para láseres de CO2 de menos de 200 W.
Los láseres de fibra son adecuados para una variedad de materiales, incluidos acetal negro, acrílico, PTFE y plásticos que contienen rellenos, pigmentos o aditivos receptivos al láser.
Modo de operación
Láser CW (onda continua)
Es fundamental saber si el láser es continuo o pulsado. La potencia media de los láseres CW se mide en kW o nW. Antes de seleccionar un sensor para CW láseres, se debe determinar el rango de potencia promedio. Este rango determinará la elección correcta del sensor. Por ejemplo, si el rango es demasiado amplio, se requerirá un segundo sensor. Por lo tanto, elegir un sensor con un rango cercano al rango requerido, no en el extremo superior o inferior, sino en el medio, puede generar lecturas defectuosas si el rango excede en cualquier dirección.
Para seleccionar el sensor apropiado, se debe considerar el tiempo de exposición del rayo láser CW. Si solo se requieren mediciones periódicas, es suficiente un sensor con un tiempo de exposición lo suficientemente largo para obtener una lectura estable, es decir, decenas de segundos, preferiblemente un sensor más pequeño y menos costoso. Sin embargo, si el láser debe estar expuesto al sensor de potencia durante períodos prolongados, se requiere un sensor más grande para disipar cualquier acumulación de calor que pueda afectar las mediciones.
Láseres pulsados
Al igual que con los láseres CW, se deben determinar los requisitos de rango de energía para los sensores. Los usuarios deben identificar los pulsos por segundo (PPS) del láser o la frecuencia del pulso para determinar si se puede usar un sensor de energía para una aplicación específica. La mayoría de los sensores de energía funcionan a frecuencias que van desde 1 Hz a 5 kHz, con sensores avanzados que funcionan hasta a 25 kHz.
Otro factor a considerar con pulsos láseres es el ancho de pulso. Esta especificación tiene un impacto significativo en el umbral de daño del sensor seleccionado. Por ejemplo, si el ancho del pulso es demasiado corto, la densidad de energía puede exceder la clasificación del sensor. Si es demasiado largo, es posible que el circuito del sensor no tenga suficiente tiempo de integración, lo que provocará operaciones defectuosas.
La línea de fondo
Elegir la fuente de láser correcta es esencial para maximizar la productividad y mejorar la precisión. Este artículo proporciona algunas ideas sobre las fuentes y características del láser. Visita Alibaba.com para conocer los últimos equipos láser para aplicaciones industriales.
