Tres tipos principales de láseres para corte

El corte por láser ha existido desde los años 60, pero ahora es más relevante que nunca debido a su creciente uso dentro de los procesos industriales. Este proceso sin contacto utiliza un haz de luz constante para crear calor y presión que luego remodela/distorsiona varios materiales con precisión a medida que el cabezal de corte se mueve sobre la superficie del material. La tecnología láser cumple una gran cantidad de funciones, que incluyen corte, perforación y grabado, según la fuerza del láser, el material del componente principal que utiliza para producir el rayo láser y el material sobre el que actúa. El corte por láser es uno de los procesos más importantes para fabricar piezas de chapa.

Cada láser ofrece una longitud de onda continua y puede servir para una variedad de propósitos. Hay 3 tipos de láseres:CO2 (láseres de gas), láseres de fibra y Nd:YAG o Nd:YVO (láseres de cristal de vanadato). Cada uno usa un material base diferente para estimular el láser, ya sea eléctricamente con una mezcla de gases o pasando a través de diodos físicos.

Tipos de Láseres para Corte

Láseres de CO2

Un láser de CO2 hace pasar electricidad a través de un tubo lleno de una mezcla de gases, produciendo haces de luz. Los tubos contienen espejos en cada extremo. Uno de los espejos es totalmente reflectante y el otro es parcial, dejando pasar parte de la luz. La mezcla de gases suele ser dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno y helio. Los láseres de CO2 producen luz invisible, en el rango infrarrojo lejano del espectro de luz.

Los láseres de CO2 de mayor potencia alcanzan varios kilovatios para máquinas industriales, pero estos son, con mucho, la excepción. Los láseres de CO2 de mecanizado típicos tienen una potencia de 25 a 100 vatios con una longitud de onda de 10,6 micrómetros.

Este tipo de láser es el más común para trabajar con madera o papel (y sus derivados), Polimetilmetacrilato y otros plásticos acrílicos. También es útil para trabajar con cuero, tela, papel pintado y productos similares. También se ha aplicado al procesado de alimentos como el queso, las castañas y diversas plantas.

Los láseres de CO2 generalmente son mejores para materiales no metálicos, aunque hay ciertos metales que pueden procesar. Generalmente puede cortar láminas delgadas de aluminio y otros metales no ferrosos. Se puede mejorar la potencia del haz de CO2 aumentando el contenido de oxígeno, sin embargo, esto puede ser arriesgado en manos inexpertas o con una máquina inadecuada para tales mejoras.

Láseres de fibra

Esta clase de máquinas forma parte del grupo de láser de estado sólido y utiliza el láser semilla. Amplifican el haz utilizando fibras de vidrio especialmente diseñadas que obtienen energía de los diodos de bombeo. Su longitud de onda general es de 1,064 micrómetros, lo que produce un diámetro focal extremadamente pequeño. También suelen ser los más caros de los diversos dispositivos de corte por láser.

Los láseres de fibra generalmente no requieren mantenimiento y cuentan con una larga vida útil de al menos 25,000 horas de láser. Por lo tanto, los láseres de fibra tienen un ciclo de vida mucho más largo que los otros dos tipos y pueden producir haces fuertes y estables. Pueden gestionar intensidades 100 veces superiores a la de los láseres de CO2 con la misma cantidad de potencia media. Los láseres de fibra pueden ser de haz continuo, cuasi u ofrecer configuraciones pulsadas dándoles diferentes funcionalidades. Un subtipo de sistema de láser de fibra es el MOPA, donde la duración de los pulsos es ajustable. Esto convierte al láser MOPA en uno de los láseres más flexibles, que se puede utilizar para múltiples aplicaciones.

Los láseres de fibra son ideales para el marcado de metales mediante recocido, grabado de metales y marcado de termoplásticos. Funciona con metales, aleaciones y no metales por igual, incluso con vidrio, madera y plástico. Los láseres de fibra, dependiendo de la potencia, pueden ser bastante versátiles y trabajar con una tonelada de materiales diferentes. Al trabajar con materiales delgados, los láseres de fibra son la solución ideal. Sin embargo, este es menos el caso para materiales de más de 20 mm, aunque una máquina de láser de fibra más costosa que pueda trabajar con más de 6 kW podría ser la solución.

Láseres Nd:YAG/Nd:YVO

Los procesos de corte por láser de cristal pueden estar en nd:YAG (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio), pero más comúnmente tienden a usar nd:YVO (ortovanadato de itrio dopado con neodimio, YVO4) cristales. Estos dispositivos permiten una potencia de corte extremadamente alta. El inconveniente de estas máquinas es que pueden ser costosas, no solo por su precio inicial sino también porque tienen una expectativa de vida de 8,000 a 15,000 horas (siendo Nd:YVO4 típicamente más baja) y los diodos de la bomba pueden precio muy alto.

Estos láseres ofrecen una longitud de onda de 1,064 micrómetros y son útiles para una gran variedad de aplicaciones, desde médicas y odontológicas hasta militares y de fabricación. Al comparar los dos, Nd:YVO exhibe una mayor absorción y ganancia de bombeo, un ancho de banda más amplio, un rango de longitud de onda más amplio para el bombeo, una vida útil más corta en el estado superior, un índice de refracción más alto y una conductividad térmica más baja. Cuando se trata de operación continua, Nd:YVO tiene un nivel de rendimiento general similar a Nd:YAG en casos con potencia media o alta. Sin embargo, Nd:YVO no permite energías de pulso tan altas como Nd:YAG y la vida útil del láser dura períodos más cortos.

Estos se pueden utilizar tanto con metales (revestidos y no revestidos) como con no metales, incluidos los plásticos. Bajo ciertas circunstancias, incluso puede procesar algunas cerámicas. El cristal Nd:YVO4 se ha incorporado con cristales de alto coeficiente NLO (LBO, BBO o KTP) para cambiar la frecuencia de la salida del infrarrojo cercano a verde, azul o incluso UV, lo que le otorga una gran variedad de funciones.

Debido a los tamaños similares, los iones de itrio, gadolinio o lutecio pueden reemplazarse con iones de tierras raras activos con láser sin afectar fuertemente la estructura de red necesaria para producir el haz. Esto preserva la alta conductividad térmica de los materiales dopados.