Aunque las operaciones de corte de metal tradicionalmente emplean procesos mecánicos o manuales, el corte por láser puede ser una opción viable, efectiva y rentable para la fabricación de metal. El equipo láser es diferente de otras máquinas de corte tanto en diseño como en aplicación. Por ejemplo, los cortadores láser no hacen contacto directo con el material, dependen de fuentes de energía de alta potencia, tienen tolerancias de corte más precisas y, en general, están automatizados para maximizar la precisión.
Un dispositivo láser dispara un chorro concentrado de fotones sobre una zona precisa de la pieza de trabajo para recortar el exceso de material y dar forma a la pieza según un diseño específico. Estas máquinas son muy eficaces para cortar diferentes grados de acero, como acero inoxidable y acero al carbono. Sin embargo, los láseres son menos eficientes en metales de alta reflectividad térmica o conductividad térmica, como aluminio o cobre, y requieren modificaciones específicas para dar forma a estos materiales. El material que se va a cortar suele determinar el tipo de láser utilizado en la fabricación, por lo que es importante que las especificaciones del equipo coincidan con la materia prima a formar.
Tipos de láseres
La tecnología láser tiene varias características únicas que afectan la calidad de sus cortes. El grado en que la luz se curva alrededor de las superficies se conoce como difracción, y la mayoría de los láseres tienen tasas de difracción bajas para permitir niveles más altos de intensidad de luz a distancias más largas. Además, características como la monocromaticidad determinan la frecuencia de longitud de onda del haz láser, mientras que la coherencia mide el estado continuo del haz electromagnético. Estos factores varían según el tipo de láser utilizado. Los tipos más comunes de servicios industriales de corte láser de metal incluyen:
Nd:YAG: El láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG) utiliza una sustancia cristalina sólida para enfocar la luz en su objetivo. Puede emitir un haz infrarrojo continuo o rítmico que puede ser mejorado mediante equipos secundarios, como lámparas de bombeo óptico o diodos. El haz relativamente divergente del Nd:YAG y su alta estabilidad posicional lo hacen muy eficiente en operaciones de baja potencia, como cortar chapa metálica o recortar acero de chapa fina.
CO2: Un láser de dióxido de carbono es una alternativa más potente al modelo Nd:YAG y utiliza un medio gaseoso en lugar de un cristal para enfocar la luz. Su relación entre salida y bombeo le permite emitir un haz continuo de alta potencia capaz de cortar de manera eficiente materiales gruesos. Como su nombre indica, la descarga de gas del láser consiste en una gran proporción de dióxido de carbono mezclado con cantidades menores de nitrógeno, helio e hidrógeno. Debido a su potencia de corte, el láser de CO2 es capaz de moldear placas de acero voluminosas de hasta 25 milímetros de grosor, así como cortar o grabar materiales más finos con menor potencia.
Capacidades de corte por láser
El corte por láser implica eliminar material para dar forma a una pieza en un proceso que generalmente reduce la cantidad de trabajo de acabado posterior a la fabricación. Por ejemplo, al cortar material tratado térmicamente, el calor del láser puede causar endurecimiento en los bordes exteriores del corte. El endurecimiento puede ser útil para muchas aplicaciones porque aumenta la durabilidad del producto, pero también limita la cantidad de mecanizado que se puede realizar, dificultando el roscado o el desbarbado posterior al corte.
La mayoría de los sistemas de corte por láser son automatizados bajo parámetros CNC. Estos controles informáticos permiten altos niveles de precisión y mayor velocidad de corte. Algunos programas CNC ofrecen capacidades de “óptica en vuelo” que permiten que un láser modele el material mientras la cabeza de corte está en movimiento. El láser móvil puede realizar operaciones de corte rápidas manteniendo la precisión, y es muy efectivo en chapa delgada. La programación CNC también puede regular la potencia de salida, permitiendo que el láser ajuste la configuración según los contornos y el grosor del material que se está cortando. Además, algunos láseres CNC están equipados con unidades sensoriales que pueden ajustar la distancia entre la cabeza de corte y la pieza de trabajo para reducir el potencial de deformación.
Corte láser de acero
Los materiales de acero grueso, como placas o chapas reforzadas, suelen ser cortados con láseres de CO2 porque tienen una mayor capacidad de potencia que otros modelos de láser. En general, cuanto más gruesa sea la chapa de acero, más potencia se requiere para cortarla, y la velocidad de corte óptima está en gran medida determinada por la relación entre el grosor y la resistencia del haz láser. A diferencia de muchos procesos de corte mecánico, el corte por láser puede producir agujeros de tamaño significativamente menor que el grosor del acero, a veces tan pequeños como una quinta parte del tamaño de la pieza de trabajo.
Aunque los láseres Nd:YAG suelen ser incapaces de cortar acero a cualquier grosor cercano a los 20 milímetros, una mejora con fibra óptica y un mecanismo de gas asistido con oxígeno puede permitir que estos sistemas basados en cristales corten piezas de acero más gruesas. Este tipo de modificación utiliza el láser para precalentar el acero mientras que el oxígeno cataliza una reacción exotérmica para ayudar en el corte.
Problemas en el corte láser de acero / Problemas en el corte láser de aluminio
A diferencia del acero de grado estándar o de carbono, el aluminio y el acero inoxidable son metales reflectantes a la luz y conductores de calor, por lo que puede ser difícil fabricarlos mediante un proceso de corte por láser. Una posible solución para el corte por láser de aluminio y de acero implica el uso de una configuración de mayor potencia junto con tecnología de gases comprimidos. El uso de gases en conjunto con las operaciones de corte es bastante común. Las máquinas de corte por láser asistidas con nitrógeno y oxígeno pueden dar forma al aluminio y al acero inoxidable con capacidades relativamente altas y con acabados de borde de calidad. Sin embargo, un mayor consumo de electricidad y el coste de equipos periféricos, como filtros de gases o aire, pueden incrementar los gastos de estos sistemas.
Investigación y Desarrollo
Muchas organizaciones, como el Instituto de Láser de América y Laserlab Europa, llevan a cabo investigaciones continuas para determinar las mejores prácticas estándar y las aplicaciones óptimas del láser para una variedad de materiales. Asimismo, las especificaciones de las cabezas de corte por láser se revisan y ajustan continuamente para mejorar la calidad del perforado láser y la limpieza de los cortes láser. A medida que los sistemas de corte por láser siguen mejorando en capacidad, tasas de producción y eficiencia de costes, es probable que surjan más aplicaciones de corte láser en acero y aluminio.
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