Mecanizado por haz láser: Principios, aplicaciones e impacto industrial

El mecanizado por haz láser es un proceso de mecanizado no convencional en el que el metal de la pieza de trabajo se remueve por energía térmica. Este proceso se usa ampliamente en industrias, especialmente para materiales frágiles con baja conductividad. Aprendamos más sobre el mecanizado por haz láser en este artículo con el principio de funcionamiento y aplicaciones.

Pero antes de aprender más sobre el mecanizado por haz láser, necesitamos aprender sobre el láser y tipos de láser.

¿Qué es el Láser?

La forma completa de láser es Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación. Un láser es un dispositivo que emite luz a través de un proceso de amplificación óptica basado en la emisión estimulada de radiación electromagnética. La diferencia clave entre una fuente de luz normal y un láser es la coherencia, direccionalidad, monocromaticidad y alta intensidad.

La luz normal tiene diferentes longitudes de onda e intensidades. Por eso los fotones emitidos por una fuente de luz ordinaria se dispersan en una gran cantidad de superficie, por lo que es incoherente.

En contraste con la luz normal, las ondas de luz del láser tienen la misma longitud de onda e intensidad. Por eso la luz emitida por el láser se llama luz monocromática.

La luz emitida desde el láser puede ser muy estrecha y enfocarse en un área muy pequeña con alta intensidad. Es decir, más energía se concentra en un área pequeña causando que la pieza de trabajo se caliente y funda la superficie.

El láser se usa en varias operaciones de mecanizado, unidades de disco óptico, impresoras fotográficas, escáneres de código de barras, faros de coches, etc.

Tipos de Láser

Hay tres tipos de láser basados en el medio usado para la producción de láser:

• Láseres de gas
• Láseres de estado sólido
• Láseres líquidos

El mecanizado por haz láser usa un láser de estado sólido llamado Cristal de Rubí para la generación del haz láser.

¿Qué es el Mecanizado por Haz Láser?

El mecanizado por haz láser es un proceso de mecanizado donde una luz láser de alta intensidad se enfoca en un área pequeña de una pieza de trabajo, causando que esa área se funda debido al calor extremo y luego se vaporice para remover material. El mecanizado por haz láser usa energía térmica para remover material de la pieza de trabajo.

El mecanizado por haz láser puede usarse en piezas de trabajo metálicas y no metálicas. Se usa especialmente para materiales muy frágiles donde el mecanizado tradicional no puede usarse. Además, cuando necesita crear formas o cortes diminutos en una pieza de trabajo que el mecanizado tradicional no puede hacer, el mecanizado por haz láser viene al rescate.

Principio de funcionamiento del mecanizado por haz láser

El haz láser emite luz monocromática para enfocarse en un área muy pequeña de la pieza de trabajo. Debido a la menor superficie y alta intensidad del láser, se generó calor extremo. Ese calor causa que el metal se funda, y finalmente el metal fundido se vaporiza. Ese es el principio básico de funcionamiento de un proceso de mecanizado por haz láser. Ahora aprendamos el principio de funcionamiento en detalle.

Como puede ver en la imagen, hay un medio láser de cristal de rubí cilíndrico con dos medios reflectantes planos colocado en una bobina de lámparas de flash de aproximadamente 1000W. La lámpara de flash emite luz blanca de alta intensidad que excita los cristales para crear un haz láser hecho para enfocarse en el área de la pieza de trabajo usando una lente.

El haz láser producido tiene una densidad de potencia de aproximadamente 1000 kW/cm². Debido a esta densidad de potencia extrema, se genera calor que funde el área de la pieza de trabajo.

Componentes clave de la máquina de haz láser

Aquí hay algunos componentes clave de una máquina de haz láser típica:

• Fuente de alimentación
• Lámpara de flash
• Condensador
• Medio láser
• Espejo reflectante
• Lente

Fuente de alimentación

Como su nombre sugiere, la unidad de fuente de alimentación suministra energía a la lámpara de flash para que emita luz y excite el electrón del nivel inferior a un nivel superior en el medio láser.

Lámpara de flash

La lámpara de flash se usa para suministrar luz blanca coherente de alta intensidad al tubo de descarga láser/material láser que eventualmente excita el electrón.

Condensador

Un condensador se usa en el mecanizado por haz láser para operar la lámpara de flash en modo pulso, ya que sabemos que el trabajo principal de un condensador es almacenar carga y liberar cuando se requiere.

Medio láser / Tubo de descarga láser

En el mecanizado por haz láser, se usan cristales de rubí. Cuando el tubo de flash emite luz, emite fotones de luz que contienen energía, y el cristal de rubí absorbe este fotón de luz.

Espejo reflectante

Hay dos tipos de espejos reflectantes usados en el mecanizado por haz láser. Uno es 100% reflectante, y el otro es parcialmente reflectante. El haz láser emite a través del espejo parcialmente reflectante.

Lente

Una lente se usa para enfocar el haz láser al área especificada de la pieza de trabajo.

Ventajas del mecanizado por haz láser

• Muy útil para mecanizar materiales frágiles.
• Puede usarse para metales y no metales.
• Sin contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo.
• Sin trabajo mecánico involucrado.
• No se cambia ninguna propiedad mecánica durante el proceso.
• Puede crear características en áreas donde otras herramientas de mecanizado no pueden llegar.
• Capaz de producir características muy precisas.

Desventajas del mecanizado por haz láser

• El coste inicial de configuración es alto.
• Se requiere técnico capacitado.
• Baja tasa de producción.
• Vida corta de la lámpara de flash.
• Se requiere energía muy alta.
• Baja tasa de remoción de material.
• Coste de mantenimiento muy alto.

Aplicación del mecanizado por haz láser

• El mecanizado por haz láser se usa en casi todos los sectores para producir piezas precisas y complejas que son críticas para la funcionalidad del producto.
• Se usa en ciencia médica para depilación y cirugía cosmética.
• Muy popular en operaciones de macro-mecanizado en masa.
• Usado para mecanizar agujeros pequeños donde las herramientas de máquina tradicionales no pueden llegar.
• Soldadura compleja de materiales no conductores y refractarios.

Conclusión

Eso es todo lo que tenemos en este artículo. Espero que haya obtenido una idea justa sobre el mecanizado por haz láser. Entiendo que este artículo proporciona solo los conceptos básicos del mecanizado por haz láser. Pero aún así, si tiene preguntas o consultas, por favor escriba en la sección de comentarios, y estaré feliz de responder.

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Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Qué es el mecanizado por haz láser?

El mecanizado por haz láser es un proceso de mecanizado no convencional donde un haz láser se enfoca en un área cierta de una pieza de trabajo para fundir y vaporizar para remover el material.

¿Qué significa LÁSER?

Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación