¿Qué es el corte por láser? – Trabajo, Tipos y Aplicación

El corte por láser es un método de procesamiento no tradicional que utiliza una corriente intensamente enfocada de luz coherente llamada láser para cortar material. Es un proceso sustractivo en el que el material se elimina continuamente durante el proceso de corte. Esto se logra mediante vaporización, fusión, ablación química o propagación controlada de grietas.

La óptica láser está controlada digitalmente por CNC (control numérico por computadora), lo que hace que el proceso sea adecuado para perforar orificios tan pequeños como 5 micrones. Además, el proceso no crea tensiones residuales en el material, lo que permite el corte de materiales delicados y frágiles.

¿Cómo funciona el corte por láser?

Una máquina de corte por láser funciona de manera similar a una máquina CNC, pero utiliza un láser de alta potencia. El láser guiará el material o haz a través del CNC y el equipo óptico. La máquina utilizará el CNC o el código G proporcionado para cortar el material y controlar el movimiento.

Después de enfocar el rayo láser, el material se derretirá, vaporizará y quemará. Además, cuando sopla el material con un chorro de gas, puede obtener una superficie de borde acabada de alta calidad. La generación del rayo láser tiene lugar en un recipiente cerrado, donde una lámpara o descarga eléctrica estimula el material luminiscente.

La amplificación del material luminiscente se produce tras la reflexión interna a través de un espejo parcial. Este fenómeno continúa hasta que se acumula suficiente energía en un flujo de luz monocromática coherente para permitirle escapar. La intensidad de la luz aumenta después de que se haya enfocado en el área de trabajo mediante una fibra o un espejo.

El diámetro del rayo láser es inferior a 0,32 mm en su borde más delgado. Por el contrario, el ancho de la incisión puede ser potencialmente tan pequeño como 0,10 mm. Sin embargo, esto depende del grosor del material. Si el material se corta con un cortador láser sin comenzar desde el borde del material, entonces se utiliza un proceso de perforación.

Tipos de corte por láser

Para el corte, hay tres tipos principales de láseres. Son CO2, Nd-YAG (granate de neodimio, itrio y aluminio) y láseres de fibra. Se diferencian en el material base utilizado para generar el rayo láser.

Láseres de dióxido de carbono

Este tipo de láser tiene un medio de descarga de gas lleno de 10-20 % de dióxido de carbono, 10-20 % de nitrógeno, pequeñas cantidades de hidrógeno y xenón, y helio. El bombeo láser no se realiza con luz sino con corriente de descarga.

A medida que la descarga pasa a través del medio de iluminación, las moléculas de nitrógeno se excitan a un nivel de energía superior. A diferencia de lo descrito anteriormente, estas moléculas de nitrógeno excitadas no pierden energía debido a la emisión de fotones.

En cambio, transfiere la energía de sus modos de vibración a las moléculas de CO2. Este proceso continúa hasta que la mayoría de las moléculas de CO2 se encuentran en un estado transferible. Las moléculas de dióxido de carbono luego emiten luz infrarroja a 10,6 µm o 9,6 µm, llevándolas a un nivel de energía más bajo.

Los espejos resonantes están diseñados para reflejar los fotones emitidos en estas longitudes de onda. Un espejo es un reflector parcial que permite la liberación del haz infrarrojo utilizado para cortar el material.

Después de liberar la luz infrarroja, la molécula de CO2 vuelve al estado fundamental transfiriendo su energía restante a los átomos de helio dopados. Los átomos de helio fríos se calientan mucho y son enfriados por el sistema de enfriamiento del láser. Los láseres de CO2 tienen una eficiencia de alrededor del 30 %, superior a otros láseres.

Láseres de cristal (rubí, Nd y Nd-YAG)

A diferencia de los láseres de CO2, este tipo de láser es un láser de estado sólido que utiliza cristales sintéticos como medio emisor de luz. El más común es un cristal de YAG (Y3Al5O12) dopado con neodimio ionizado al 1 % (Nd3+).

Los iones Nd en este cristal reemplazan a los iones Y en la estructura cristalina. Las varillas tienen aproximadamente 10 cm de longitud y de 6 a 9 cm de diámetro. Los extremos de las varillas YAG están pulidos y recubiertos con un material altamente reflectante que sirve como sistema resonador.

Un flash de criptón o un diodo láser logra el bombeo láser. Este bombeo láser excita los iones de neodimio a niveles de energía más altos. Después de un tiempo, los iones de neodimio excitados entran en un estado inferior y más estable sin emitir fotones. Este proceso continúa hasta que el medio se llena de iones Nd excitados. Desde su estado degradado, el ion Nd emite luz infrarroja a una longitud de onda de 1064 nm.

Láseres de fibra

Los láseres de fibra son una forma más nueva de láser que emite luz mediante fibras ópticas en lugar de gases (láseres de CO2) o cristales (láseres Nd-YAG). Debido a que utiliza fibras ópticas, los láseres de fibra son láseres de estado sólido que funcionan de manera similar a los láseres de cristal.

La fibra óptica está dopada con elementos como el erbio y el iterbio. El erbio produce luz en el rango de 1528 a 1620 nm. Por otro lado, el iterbio produce luz a 1030 nm, 1064 nm y 1080 nm.

Se sabe que cuando la luz pasa a través de una fibra óptica, permanece en su interior con una mínima pérdida de energía. Esto hace que las fibras ópticas sean más estables que otros tipos que requieren una alineación precisa.

Ventajas de la máquina de corte por láser

Alta precisión y exactitud

Los láseres emplean un haz de luz enfocado para cortar objetos con extrema precisión. El láser es potente y diminuto, pero funde y evapora el material con una precisión inigualable. La mayoría de las veces, las tolerancias del láser oscilan entre 0,003 mm y 0,006 mm.

Los cortadores de plasma tienen un nivel de tolerancia de aproximadamente 0,02 mm, que es más alto que el corte por láser. De manera similar, otras herramientas de corte tienen niveles de tolerancia entre 1 y 3 mm, o incluso superiores. Supongamos que se requiere una máquina de alta precisión y exactitud en el proceso de fabricación.

En este caso, la herramienta preferida suele ser una cortadora láser. Por lo tanto, la industria aeroespacial utiliza el corte por láser, que requiere niveles de tolerancia estrictos.

Menor costo y más asequible

El corte por láser tiene una ventaja económica sobre otras máquinas CNC del mismo calibre, que es una de las ventajas de la tecnología láser. Las herramientas personalizadas ya no son necesarias gracias a la tecnología de corte por láser. Tampoco necesita modificar el equipo para ningún proyecto porque no se necesitan herramientas de corte adicionales.

Además, no hay contacto físico, por lo que no hay desgaste en la superficie. Debido a que las máquinas de corte por láser tienen pocas piezas mecánicas, su mantenimiento es menos costoso que otras tecnologías de procesamiento. El costo de funcionamiento de la máquina también será menor en comparación con las herramientas de fabricación tradicionales.

Para trabajos de extrema complejidad

Muchas tareas que pueden ser demasiado complejas para otras tecnologías de corte se simplificarán para las máquinas de corte por láser; la tecnología láser puede trabajar en los bordes más delgados del material. Aunque el área de corte puede estar ligeramente distorsionada o torcida, puede producir geometrías complejas rápidamente con un cortador láser. El corte por láser tiene un amplio nivel de tolerancia y puede adaptarse a varios materiales.

Alta utilización de hojas y menos desperdicio

Cuando corta material con un cortador láser, solo se desperdicia una cantidad muy pequeña de material. Esto hace que el corte por láser se destaque de otras máquinas con una porción importante de material. Con una cortadora láser, los fabricantes pueden maximizar el uso del material. A medida que los recursos se utilizan de manera más eficiente, se desperdicia menos material y se reducen los costos de producción.

Prevención de daños

Otro beneficio del corte por láser es evitar daños, incluso en los materiales más estrechos. Mucha gente tiende a creer en la información errónea sobre la máquina, creyendo que la distorsión o el daño del material son inevitables.

Esta creencia popular parte de la premisa de que se utilizan altas temperaturas en el proceso de corte por láser. Debe tener en cuenta que el calor afecta solo a una pequeña área del material y no afecta las tolerancias. El corte por láser de láminas es sorprendentemente rápido, por lo que el tiempo requerido para el corte es menor. Como resultado, los fabricantes pueden evitar fácilmente la deformación y la distorsión.

Bajo consumo de energía

Ayudaría si tuvieras mucho poder para lograr un corte en la vida real. Sin embargo, las máquinas de corte por láser no tienen otras partes móviles, lo que reduce el consumo de energía. Por el contrario, las máquinas con partes móviles tienden a consumir más energía. Además, las cortadoras láser cortan material en un tiempo muy rápido. Esto ayuda a ahorrar tiempo y energía. Cuando se consume menos energía, el costo de operación también se reduce.

Compatibilidad con una variedad de materiales

Es interesante notar que esta máquina puede trabajar en varios materiales. Además de cortar materiales, el corte por láser también ayuda con otros procesos como el marcado, la perforación y el grabado. Vale la pena señalar que no necesita cambiar o cambiar de herramienta para hacer todos estos trabajos diferentes.

El corte por láser no se limita al corte de metal. Otros materiales de corte por láser incluyen madera, aluminio, plástico, cobre y latón. El corte por láser es un proceso versátil porque puede cortar fácilmente casi todos los tipos de materiales.

Desventajas de la máquina de corte por láser

Si bien el corte por láser tiene muchos beneficios, también tiene algunos inconvenientes que debe tener en cuenta. Discutiremos algunos de ellos a continuación.

El corte láser de plásticos produce humos tóxicos y requiere ventilación, lo que puede ser una tarea costosa.

El corte por láser eficaz también depende del grosor de la pieza, el material que se corta y el tipo de láser que se utiliza. Sin el cuidado adecuado, el material cortado puede quemarse y algunos metales pueden decolorarse a menos que se utilice la intensidad de láser correcta. Si bien el corte por plasma todavía puede cortar láminas más gruesas que el corte por láser, los avances en la tecnología láser significan que esta brecha se está cerrando, aunque los costos de las máquinas siguen siendo altos.

Finalmente, aunque es un proceso automatizado, la puesta en marcha y el mantenimiento requieren la participación humana, y existe riesgo de quemaduras graves si el operador entra en contacto con el láser.

Aplicación de corte por láser

Como se dijo anteriormente, el corte por láser es un sector emocionante que siempre está evolucionando.

Estos son algunos de los usos de corte por láser más frecuentes hoy en día.

Industria Automotriz

El corte por láser ha encontrado un hogar en la industria automotriz debido a su capacidad para reproducir piezas con relativa velocidad y precisión. La reproducción precisa de piezas de diversas formas y tamaños es fundamental en el sector de la automoción. El corte por láser se usa para cortar metales y plásticos para formar partes de la carrocería, componentes electrónicos, cubiertas interiores y botones para automóviles.

Además, las máquinas de corte por láser pueden grabar botones en los interiores de los automóviles para permitir que la luz brille y registrar los números de serie y de pieza en las piezas fabricadas. Los moldes utilizados para cortar diferentes piezas también se pueden cortar con láser.

El corte por láser es adecuado para cortar piezas hidroformadas. Por lo general, son tubos resistentes que ofrecen soporte para la construcción del vehículo. Por lo general, estas piezas se utilizan para crear bastidores de motores o paneles de instrumentos.

Industria de moldes y herramientas

Como se señaló anteriormente, el corte por láser se puede utilizar para hacer moldes para piezas duplicadas. Usando la capacidad del láser para cortar diferentes profundidades en metal, se pueden crear moldes extremadamente precisos para piezas estampadas que se pueden usar de manera consistente a través de un proceso de troquelado repetitivo.

La duplicación de moldes con corte por láser también es un proceso rápido y preciso.

Los moldes de inyección se pueden fabricar con la misma precisión que los moldes mediante corte por láser.

Esto simplifica el proceso de fabricación de moldes y hace que la reproducción precisa de moldes sea un procedimiento mucho más rápido y costoso.

En la fabricación de herramientas, las cortadoras láser se pueden utilizar para marcar y grabar en la industria automotriz y para fabricar herramientas manuales simples. La velocidad de las cortadoras láser puede incluso hacerlas mejores que el troquelado en metales fuertes. Debido a la versatilidad de los usos de sus materiales, incluso puede grabar con láser los logotipos de la empresa y la información de las herramientas en los mangos de goma de la mayoría de las herramientas.

Industria de la joyería

La precisión del corte por láser facilita su uso en los procesos de fabricación de joyas. Por ejemplo, imagina un reloj con muchos engranajes pequeños. Los láseres se cortan con precisión para hacer engranajes con menos desperdicio y tiempo de producción. Además, las capacidades de grabado del láser permiten marcar las piezas durante el proceso de fabricación.

Debido a que los láseres pueden cortar formas y espesores precisos, el corte por láser también se puede utilizar para hacer joyas. La creación de un anillo o pulsera de ancho, profundidad y diámetro precisos se puede lograr fácilmente con un láser. Los láseres también pueden grabar diseños e inscripciones en superficies interiores o exteriores.

Fabricación de dispositivos médicos

Las ventajas más significativas del corte por láser en la industria médica son la cirugía láser y la fabricación de productos médicos.

La cirugía láser permite a los cirujanos realizar cortes precisos y los pacientes sanan más rápido. Las piezas cortadas con láser se utilizan para fabricar dispositivos médicos que mejoran la calidad de vida de los pacientes. Por ejemplo, los stents, los marcos de válvulas, los clips vasculares, las bisagras óseas, los ejes flexibles y los escariadores están hechos de piezas cortadas con láser.

Fabricación de cerámica

Las cerámicas tienen varias cualidades que permiten a los ingenieros emplearlas en diversas aplicaciones. Su baja conductividad eléctrica y térmica los convierte en excelentes aislantes. No reaccionan con otros productos químicos, tienen un alto punto de fusión y son extremadamente duraderos.

Los láseres se utilizan a menudo para cortar cerámica porque reducen el tiempo de procesamiento sin sacrificar la calidad del borde. Los motores a reacción de los aviones, los motores eléctricos, los parlantes, los auriculares, los generadores de plantas de energía, las ollas arroceras e incluso las lámparas incandescentes tienen partes de cerámica.

Fabricación de silicio

Otro material que puede beneficiarse del corte por láser es el silicio, que tiene muchas aplicaciones. El corte de precisión permite a los ingenieros producir piezas de silicio más pequeñas que las que se fabrican con otros métodos de corte.

El silicio es resistente a las altas temperaturas y al envejecimiento, y es fácil de trabajar. Las aplicaciones típicas del silicio se encuentran en computadoras, electrónica, textiles, productos para el hogar, automóviles y construcción.

Conclusión

La introducción del corte por láser ha brindado valiosos beneficios a la industria manufacturera. La máquina ayuda a cortar muchos materiales en un período, lo que ahorra tiempo y reduce los costos operativos. Comprender los pros y los contras del corte por láser lo ayudará a tomar la mejor decisión para su proyecto.