Los 3 Principales Tipos de Láser para Corte Industrial Preciso

El corte por láser existe desde los años 60, pero ahora es tan relevante como siempre debido a su creciente uso en procesos industriales. Este proceso sin contacto utiliza un haz de luz constante para crear calor y presión que luego remodela/distorciona diversos materiales con precisión a medida que la cabeza de corte se mueve sobre la superficie del material. La tecnología láser sirve a una plétora de funciones incluyendo corte, taladrado y grabado, dependiendo de la potencia del láser, el material componente principal que usa para producir el haz láser y el material sobre el que actúa. El corte por láser es uno de los principales procesos para fabricar piezas de chapa metálica.

Cada láser ofrece una longitud de onda continua y puede servir a una gama 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 gas o pasándolo a través de diodos físicos.

Tipos de Láseres para Corte

Láseres CO2

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

Los láseres CO2 de mayor potencia alcanzan varios kilovatios para máquinas industriales, pero estos son, con mucho, la excepción. Los láseres CO2 típicos de mecanizado son de 25 a 100 vatios de potencia con una longitud de onda de 10.6 micrómetros.

Este tipo de láser es 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 tapiz y productos similares. También se ha aplicado al procesamiento de alimentos como queso, castañas y diversas plantas.

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

Láseres de Fibra

Esta clase de máquinas es parte del grupo de láseres de estado sólido y usa el láser semilla. Amplifican el haz usando fibras de vidrio especialmente diseñadas que derivan energía de diodos de bombeo. Su longitud de onda general es 1.064 micrómetros, produciendo un diámetro focal extremadamente pequeño. También son típicamente los más costosos de los diversos dispositivos de corte láser.

Los láseres de fibra son generalmente libres de mantenimiento y cuentan con una vida útil de al menos 25,000 horas 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 manejar intensidades 100 veces superiores a las de los láseres CO2 con la misma cantidad de potencia promedio. Los láseres de fibra pueden ser de haz continuo, cuasi o ofrecer configuraciones pulsadas, dándoles diferentes funcionalidades. Un sub-tipo de sistema de láser de fibra es el MOPA, donde las duraciones de pulso son ajustables. Esto hace que el láser MOPA sea uno de los láseres más flexibles, usable para múltiples aplicaciones.

Los láseres de fibra están óptimamente adaptados para marcado de metal mediante recocido, grabado y marcado de termoplásticos. Funcionan con metales, aleaciones y no metales por igual, incluyendo vidrio, madera y plástico. Los láseres de fibra, dependiendo de la potencia, pueden ser bastante versátiles y lidiar con una tonelada de materiales diferentes. Al trabajar con materiales delgados, los láseres de fibra son la solución ideal. Sin embargo, esto es menos así 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 lograrlo.

Láseres Nd:YAG/Nd:YVO

Los procesos de corte por láser de cristal pueden ser en Nd:YAG (granate de aluminio de itrio 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 menor) y los diodos de bombeo pueden costar un precio muy elevado.

Estos láseres ofrecen una longitud de onda de 1.064 micrómetros y son útiles para una enorme gama de aplicaciones, desde medicina y odontología hasta militar y manufactura. Al comparar los dos, Nd:YVO exhibe mayor absorción de bombeo y ganancia, ancho de banda más amplio, rango de longitud de onda más amplio para bombeo, vida superior más corta, índice de refracción más alto y conductividad térmica más baja. En operación continua, Nd:YVO tiene un nivel de rendimiento general similar a Nd:YAG en casos de potencia media o alta. Sin embargo, Nd:YVO no permite energías de pulso tan altas como Nd:YAG y la vida del láser dura períodos más cortos.

Estos pueden usarse con metales (recubiertos y no recubiertos) y no metales, incluyendo 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 desplazar la frecuencia de la salida del infrarrojo cercano a verde, azul o incluso UV, lo que le da una tonelada de funciones variables.

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