In laser technology, the distinction between diode and fibre methods is clear – but automotive manufacturers are likely to need both types on their production lines
Lasers são agora uma ferramenta comum em pisos de fábricas e são universais em ambientes de fabricação volumosa de automóveis. Eles se enquadram em duas categorias - diodo e fibra, uma distinção exemplificada tanto pela forma como os feixes são gerados como nas respectivas áreas de aplicação. No caso do primeiro, o feixe é alimentado diretamente do diodo onde ele é criado para o seu ponto de uso. No caso deste último, o diodo é acoplado com uma fibra óptica para produzir um feixe com características diferentes. Essencialmente, um feixe de diodo é mais difuso e, portanto, adequado para aplicações como brasagem, enquanto um feixe de fibra é mais intenso e, portanto, mais apropriado para cortar metais.
Ambos os tipos são, portanto, ferramentas válidas para aplicações específicas - nem um é melhor nem pior do que o outro, apenas mais ou menos apropriado para uma determinada tarefa - e, como tais, os fabricantes provavelmente precisarão de exemplos de ambos os tipos em suas linhas de produção. Mas a necessidade de dois tipos de feixe requer dois conjuntos diferentes de equipamentos para produzi-los, ou pelo menos até agora. A empresa italiana Comau, detida pela Fiat, acaba de lançar um novo produto, desenvolvido em um projeto de 23 meses com a empresa compositora Prima Electro, que afirma abolir esse requisito prévio para conjuntos de equipamentos múltiplos para gerar os tipos diferentes de feixe.
Manipulação de luzO produto - conhecido como LHYTE - resolve o problema de produzir dois feixes diferentes da mesma fonte de uma maneira limpa que explora o fato óbvio e básico de que um feixe de laser é um feixe de luz e, portanto, pode ser manipulado por um sistema óptico. Dentro do gabinete externo do sistema, os elementos de fibra de diodo e yterrbio estão localizados separadamente um do outro em vez de serem unidos, como estariam em uma máquina de fibra convencional.
Portanto, quando um feixe de tipo diodo é necessário, o sistema interno desvia o feixe inicial para longe dos elementos da fibra, de modo que isto é entregue ao ponto de uso. Quando um feixe de tipo fibra é necessário, o feixe produzido pelo diodo não é interceptado dessa maneira, mas é permitido bater na fibra e excitá-la de modo que o feixe seja alterado em conformidade antes de ser entregue.
Giovanni Di Stefano, chefe de materiais e tecnologias de processo para Comau, confirma os detalhes essenciais do novo sistema."Há sempre um laser de diodo dentro de um laser de fibra", afirma. "Então, o que fizemos é separá-los e colocar entre eles a nossa inovação, que é um combinador espectral". Esta técnica, ele diz, constitui o know-how chave incorporado no sistema.
O primeiro fator envolvido na capacidade do núcleo, Di Stefano continua, é "precisão mecânica" para garantir o alinhamento exato dentro do sistema do raio laser. O segundo refere-se ao fato de que as duas fontes de diodo dentro do sistema produzem diferentes comprimentos de onda de luz - 950nm e 920 nm respectivamente - embora cada um seja avaliado em 3.0kW de potência. Por sua vez, isso significa que os espelhos que formam uma parte chave do sistema devem ser reflexivos em um comprimento de onda e transparentes em outro para que o sistema funcione conforme o previsto.
De acordo com Di Stefano, o sistema é construído em torno de vários tipos diferentes de componentes. "Temos uma unidade deslizante especial na qual dois espelhos são montados - um espelho padrão e um espelho dicroico que é capaz de transmitir o raio laser a 920nm e refletir a 950nm", ele confirma.
"Espelhos adicionais são montados juntamente com um espelho divisor de feixe capaz de transmitir o raio laser e refletir. Existem também os componentes eletrônicos necessários para verificação e supervisão das câmaras ópticas internas e a temperatura e fluxo de água de refrigeração, por exemplo.
O resultado é um alto grau de variabilidade nas respectivas características de saída do feixe. No modo de diodo, a potência máxima de saída é 6kW com uma qualidade de feixe de 66mm mrad. No modo de fibra, os números correspondentes são 4kW e 4mm mrad. O intervalo de comprimento de onda em ambos os casos, no entanto, é 920-1070nm.
Monitoramento de pertoDi Stefano considera que, para operar efetivamente, a máquina está equipada com um número invulgarmente alto de sensores. Cada unidade contém, ele diz, "50 sensores embutidos", incluindo 24 dispositivos térmicos e 11 sensores de potência. "Os diferentes parâmetros que precisamos controlar são os fluxos de arrefecimento, a tensão, as correntes elétricas e a temperatura", explica. "Em particular, precisamos monitorar a temperatura do resfriador de água, o permutador de calor do refrigerador, tanto o módulo de diodo quanto o módulo de fibra, a placa fria e o resfriador de água flui para a corrente óptica".Ele acrescenta, porém, que o volume de dados que esta multiplicidade de sensores coleta torna o sistema altamente compatível com as demandas feitas pelo conceito "Indústria 4.0". Para esse fim, o sistema também é compatível com os protocolos de comunicação fieldbus Profibus, Profinet, EtherNET / IP e DeviceNT.
O sistema de dupla função Comau oferece aos usuários funções de diodo e laser de fibra localizadas dentro de uma única unidade
Sem surpresa, Di Stefano confia que o sistema é altamente inovador e contém uma série de recursos únicos que a Comau procurou proteger."Nós patenteamos a cadeia óptica do combinador espectral, o método de realização e o conceito que permite a mudança de diodo para fibra", ele confirma. Além disso, essas novas capacidades foram alcançadas através do uso de tecnologias existentes. "Nossa equipe desenvolveu o design do combinador espectral, mas isso foi realizado através da montagem de diferentes unidades padrão", afirma, acrescentando que os principais desafios técnicos envolvidos incluíam a necessidade de criar um produto compacto apesar da complexidade inerente de um sistema híbrido Incorporando um componente especial, como o combinador espectral que requer um alinhamento óptico altamente preciso.
Economia em operaçãoNo entanto, Di Stefano também confirma que as principais vantagens que o sistema pode fornecer estão preocupadas com a economia de sua operação em vez de parâmetros de desempenho puramente técnicos. Para começar, ele aponta, qualquer empresa que precise de ambos os tipos de feixe para suas operações agora só precisam comprar uma fonte e não duas - uma proporção que na prática provavelmente significará duas máquinas em vez de quatro para uma empresa que implementa ambas as técnicas que Simplesmente não pode suportar o tempo de inatividade não planejado e, portanto, precisa de capacidade duplicada. Além disso, ele indica, esse grau de economia também se manifestará em uso como uma redução nos custos de manutenção através das peças comuns compartilhadas pelas duas fontes de feixe.
Na operação real, porém, a palavra de ordem é "flexibilidade", pois todos os tipos possíveis de aplicação a laser podem ser conduzidos a partir de uma única fonte - "corte, soldagem, soldagem - marcação uniforme". As próprias unidades também são compactas em tamanho e aparência, medindo apenas 960x990x2050mm, incluindo o seu resfriador , e podem operar em uma faixa de temperatura ambiente de 10-42°C.
