Corte por láseres una tecnología que utiliza unláserpara vaporizar los materiales, lo que resulta en un borde cortado.Aunque normalmente se utiliza para aplicaciones de fabricación industrial, ahora lo utilizan escuelas, pequeñas empresas, arquitectura y aficionados.LásercorteFunciona dirigiendo la salida de un láser de alta potencia, más comúnmente a través de la óptica.Elóptica láseryCNC(control numérico por computadora) se utilizan para dirigir el rayo láser al material.Un láser comercial para cortar materiales utiliza un sistema de control de movimiento para seguir un CNC ocódigo gdel patrón a cortar sobre el material.El rayo láser enfocado se dirige al material, que luego se funde, se quema, se vaporiza o es arrastrado por un chorro de gas. dejando un borde con un acabado superficial de alta calidad.
Historia
En 1965, se utilizó la primera máquina de corte por láser de producción paraperforaragujeros endiamante muere.Esta máquina fue hecha por elCentro de investigación de ingeniería eléctrica occidental.En 1967, los británicos fueron pioneros en el corte de metales con chorro de oxígeno asistido por láser.A principios de la década de 1970, se puso en producción esta tecnología para cortar titanio para aplicaciones aeroespaciales.Al mismo tiempo, CO2Los láseres se adaptaron para cortar metales no metálicos, comotextiles, porque, en ese momento, CO2Los láseres no eran lo suficientemente potentes para superar laconductividad térmicade metales.
Proceso
El rayo láser generalmente se enfoca mediante una lente de alta calidad en la zona de trabajo.Elcalidad del haztiene un impacto directo en el tamaño del punto enfocado.La parte más estrecha del haz enfocado tiene generalmente menos de 0,0125 pulgadas (0,32 mm) de diámetro.Dependiendo del espesor del material,corteson posibles anchos tan pequeños como 0,004 pulgadas (0,10 mm). Para poder empezar a cortar desde otro lugar además del borde, antes de cada corte se realiza una perforación.La perforación generalmente implica un rayo láser pulsado de alta potencia que lentamente hace un agujero en el material, demorando entre 5 y 15 segundos para un espesor de 0,5 pulgadas (13 mm).acero inoxidable, Por ejemplo.
Los rayos paralelos de luz coherente de la fuente láser a menudo caen en el rango de 0,06 a 0,08 pulgadas (1,5 a 2,0 mm) de diámetro.Este rayo normalmente se enfoca e intensifica mediante una lente o un espejo en un punto muy pequeño de aproximadamente 0,001 pulgadas (0,025 mm) para crear un rayo láser muy intenso.Para lograr el acabado más suave posible durante el corte del contorno, la dirección del hazpolarizacióndebe girarse a medida que recorre la periferia de una pieza de trabajo contorneada.Para el corte de chapa, la distancia focal suele ser de 38 a 76 mm (1,5 a 3 pulgadas).
Ventajas del corte por lásercorte mecanicoincluyen una sujeción más fácil del trabajo y una contaminación reducida de la pieza de trabajo (ya que no hay filo que pueda contaminarse con el material o contaminar el material).La precisión puede ser mejor ya que el rayo láser no se desgasta durante el proceso.También existe una menor posibilidad de deformar el material que se está cortando, ya que los sistemas láser tienen una pequeñazona afectada por el calor.Algunos materiales también son muy difíciles o imposibles de cortar con medios más tradicionales.
El corte por láser para metales tiene la ventaja frente al corte por plasma de ser más preciso y utilizar menos energía al cortar chapa;sin embargo, la mayoría de los láseres industriales no pueden cortar el mayor espesor del metal que puede hacerlo el plasma.Las máquinas láser más nuevas que funcionan a mayor potencia (6.000 vatios, en comparación con las potencias de 1.500 vatios de las primeras máquinas de corte por láser) se están acercando a las máquinas de plasma en su capacidad para cortar materiales gruesos, pero el costo de capital de dichas máquinas es mucho mayor que el de las Máquinas de corte por plasma capaces de cortar materiales gruesos como placas de acero.
Tipos
Hay tres tipos principales de láseres utilizados en el corte por láser.ElCO2láserEs adecuado para cortar, taladrar y grabar.Elneodimio(Nd) y neodimioitrio-aluminio-granate(Nd:YAG) los láseres son idénticos en estilo y se diferencian sólo en la aplicación.Nd se utiliza para perforar y donde se requiere mucha energía pero poca repetición.El láser Nd:YAG se utiliza cuando se necesita una potencia muy alta y para taladrar y grabar.Tanto CO2y los láseres Nd/Nd:YAG se pueden utilizar parasoldadura.
CO2Los láseres comúnmente se "bombean" haciendo pasar una corriente a través de la mezcla de gases (excitados por CC) o utilizando energía de radiofrecuencia (excitados por RF).Elmétodo de radiofrecuenciaes más nuevo y se ha vuelto más popular.Dado que los diseños de CC requieren electrodos dentro de la cavidad, pueden sufrir erosión de los electrodos y recubrimiento del material del electrodo.cristaleríayóptica.Dado que los resonadores de RF tienen electrodos externos, no son propensos a sufrir esos problemas.CO2Los láseres se utilizan para el corte industrial de muchos materiales, incluidos titanio, acero inoxidable, acero dulce, aluminio, plástico, madera, madera de ingeniería, cera, telas y papel.Los láseres YAG se utilizan principalmente para cortar y trazar metales y cerámicas.
Además de la fuente de energía, el tipo de flujo de gas también puede afectar el rendimiento.Variantes comunes de CO2Los láseres incluyen flujo axial rápido, flujo axial lento, flujo transversal y losa.En un resonador de flujo axial rápido, la mezcla de dióxido de carbono, helio y nitrógeno circula a alta velocidad mediante una turbina o soplador.Los láseres de flujo transversal hacen circular la mezcla de gases a una velocidad más baja, lo que requiere un soplador más simple.Los resonadores enfriados por losa o por difusión tienen un campo de gas estático que no requiere presurización ni cristalería, lo que permite ahorrar en turbinas y cristalería de repuesto.
El generador láser y la óptica externa (incluida la lente de enfoque) requieren refrigeración.Dependiendo del tamaño y la configuración del sistema, el calor residual puede transferirse mediante un refrigerante o directamente al aire.El agua es un refrigerante de uso común, que generalmente circula a través de un enfriador o sistema de transferencia de calor.
Amicrochorro láseres guiado por chorro de agualáseren el que un rayo láser pulsado se acopla a un chorro de agua a baja presión.Se utiliza para realizar funciones de corte por láser mientras se utiliza el chorro de agua para guiar el rayo láser, como una fibra óptica, a través de una reflexión interna total.Las ventajas de esto son que el agua también elimina los residuos y enfría el material.Ventajas adicionales sobre el corte por láser "seco" tradicional son las altas velocidades de corte en cubitos,cortey corte omnidireccional.
Láseres de fibrason un tipo de láser de estado sólido que está creciendo rápidamente dentro de la industria del corte de metales.A diferencia del CO2La tecnología de fibra utiliza un medio de ganancia sólido, a diferencia de un gas o un líquido.El "láser de semilla" produce el rayo láser y luego se amplifica dentro de una fibra de vidrio.Con una longitud de onda de sólo 1064 nanómetros, los láseres de fibra producen un tamaño de punto extremadamente pequeño (hasta 100 veces más pequeño en comparación con el CO2) lo que lo hace ideal para cortar material metálico reflectante.Esta es una de las principales ventajas de la Fibra frente al CO2.
Los beneficios del cortador láser de fibra incluyen: -
- Tiempos de procesamiento rápidos.
- Reducción del consumo de energía y de las facturas gracias a una mayor eficiencia.
- Mayor confiabilidad y rendimiento: sin ópticas que ajustar o alinear ni lámparas que reemplazar.
- Mantenimiento mínimo.
- La capacidad de procesar materiales altamente reflectantes como cobre y latón.
- Mayor productividad: los costos operativos más bajos ofrecen un mayor retorno de su inversión.
Métodos
Existen muchos métodos diferentes de corte con láser, y se utilizan diferentes tipos para cortar diferentes materiales.Algunos de los métodos son vaporización, fusión y soplado, fusión, soplado y quemado, craqueo por tensión térmica, trazado, corte en frío y corte por láser estabilizado por combustión.
Corte por vaporización
En el corte por vaporización, el haz enfocado calienta la superficie del material hasta un punto de inflamación y genera un ojo de cerradura.El ojo de la cerradura provoca un aumento repentino enabsorciónprofundizando rápidamente el agujero.A medida que el agujero se profundiza y el material hierve, el vapor generado erosiona las paredes fundidas, expulsando la expulsión y agrandando aún más el agujero.Los materiales que no se funden, como la madera, el carbono y los plásticos termoestables, suelen cortarse mediante este método.
Derretir y soplar
El corte por fusión y soplado o fusión utiliza gas a alta presión para soplar el material fundido del área de corte, lo que reduce en gran medida el requisito de energía.Primero, el material se calienta hasta el punto de fusión y luego un chorro de gas expulsa el material fundido fuera de la ranura evitando la necesidad de aumentar aún más la temperatura del material.Los materiales cortados con este proceso suelen ser metales.
Fisuración por tensión térmica
Los materiales frágiles son particularmente sensibles a la fractura térmica, una característica que se aprovecha en el agrietamiento por tensión térmica.Un haz se enfoca en la superficie provocando calentamiento localizado y expansión térmica.Esto da como resultado una grieta que luego puede guiarse moviendo la viga.La grieta se puede mover en el orden de m/s.Se suele utilizar en el corte de vidrio.
Corte sigiloso de obleas de silicio
la separación demicroelectrónicochips preparados enfabricación de dispositivos semiconductoresdeobleas de siliciopuede realizarse mediante el llamado proceso de corte en cubitos sigiloso, que opera con un pulsoLáser Nd:YAG, cuya longitud de onda (1064 nm) se adapta bien a la electrónicabanda prohibidadesilicio(1.11eVo 1117 nm).
Corte reactivo
El corte reactivo también se denomina "corte con gas láser estabilizado por combustión" y "corte con oxicorte".El corte reactivo es como el corte con soplete de oxígeno pero con un rayo láser como fuente de ignición.Se utiliza principalmente para cortar acero al carbono con espesores superiores a 1 mm.Este proceso se puede utilizar para cortar placas de acero muy gruesas con relativamente poca potencia láser.