1. Principio y clasificación del corte por láser

● Principio del corte por láser

El corte por láser utiliza un haz de alta densidad de potencia enfocado para trabajar, de modo que el material irradiado se funde, vaporiza, extirpa o enciende rápidamente, y el material fundido es expulsado por un flujo de aire de alta velocidad coaxial con el haz, cortando así la pieza de trabajo.

Cuando el rayo láser interactúa con el material, se producen varios procesos. El intenso calor generado por el rayo láser eleva rápidamente la temperatura del material, provocando su fusión, vaporización o una reacción química. La interacción específica depende de las propiedades del material, como su coeficiente de absorción y punto de fusión, así como de los parámetros del láser, como la densidad de potencia y la duración del pulso.

En materiales con puntos de fusión bajos, como los plásticos, el rayo láser puede fundir el material al cortarlo. El material fundido es entonces expulsado por un chorro de gas, creando una ranura (el ancho del corte). En el caso de materiales con puntos de fusión más altos, como los metales, el rayo láser vaporiza el material directamente, creando un corte estrecho y preciso.

La asistencia por gas se utiliza comúnmente en el corte láser para optimizar el proceso. Se inyecta un gas, como oxígeno o nitrógeno, a través de la boquilla del cabezal de corte sobre la superficie del material. El gas ayuda a eliminar el material fundido o vaporizado de la zona de corte, lo enfría y previene la formación de rebabas o escoria. La elección del gas depende del material a cortar y de la calidad de corte deseada.

El ancho de corte se determina por varios factores, como la potencia del láser, el tamaño del punto focal, el espesor del material y la velocidad de corte. El ancho de corte se puede controlar ajustando estos parámetros para lograr la precisión de corte deseada. Además, el corte láser puede producir un fenómeno llamado conicidad, en el que el corte presenta una ligera forma cónica. El ángulo de conicidad depende de las propiedades del material y de los parámetros del láser, y se puede minimizar optimizando las condiciones de corte.

●Conceptos básicos del láser:

Un láser (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) es un dispositivo que produce un haz concentrado de luz coherente. Consta de tres componentes principales: un medio activo, una fuente de energía y un resonador óptico. El medio activo, que puede ser sólido, líquido o gaseoso, emite fotones al ser energizado por la fuente de energía. El resonador óptico refleja los fotones a través del medio activo, amplificando y alineando las ondas de luz. Este proceso produce un haz láser potente y coherente.

● Corte por láser clasificación

Existen varios tipos de láseres utilizados en máquinas de corte láser, incluyendo láseres de CO₂, láseres de Nd:YAG y láseres de fibra. Los láseres de CO₂ son los más comunes y utilizan una mezcla de dióxido de carbono, nitrógeno y helio como medio activo. Los láseres de Nd:YAG utilizan un cristal de estado sólido, como el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio, como medio activo. Los láseres de fibra, por otro lado, utilizan una fibra óptica dopada con tierras raras como medio activo. Cada tipo de láser tiene sus propias propiedades y es adecuado para aplicaciones de corte específicas.

1) láseres de CO2

Se utiliza comúnmente para cortar materiales no metálicos como madera, plástico, vidrio y textiles. También puede cortar metales como acero dulce, acero inoxidable y aluminio con la configuración adecuada.

2）Corte por vaporización láser

La pieza de trabajo se calienta mediante un rayo láser de alta densidad energética. La temperatura aumenta rápidamente, alcanzando el punto de ebullición del material en muy poco tiempo y comenzando a vaporizarse. Este vapor se expulsa a alta velocidad, formando una ranura en el material al ser expulsado. El calor de vaporización del material suele ser elevado, por lo que se requiere una alta potencia y densidad de potencia para el corte por gasificación láser.

El corte por vaporización láser se utiliza a menudo para cortar metales muy delgados y materiales no metálicos.

3）Corte por fusión láser

Durante la fusión y el corte con láser, el metal se funde mediante calentamiento láser, y luego se pulveriza gas no oxidante a través de una boquilla coaxial con el haz de luz. El metal líquido se descarga por la fuerte presión del gas para formar una rendija. La fusión y el corte con láser no requieren vaporizar completamente el metal, y la energía requerida es solo una décima parte de la del corte por vaporización.

El corte por fusión láser se utiliza principalmente para cortar algunos materiales no oxidables o metales activos.

4）Corte láser de oxígeno

El principio del corte láser con oxígeno es similar al del corte oxiacetilénico. Utiliza un láser como fuente de calor de precalentamiento y un gas activo, como el oxígeno, como gas de corte. Por un lado, el gas inyectado actúa sobre el metal a cortar para provocar una reacción de oxidación que libera una gran cantidad de calor de oxidación; por otro lado, el óxido fundido y la masa fundida se expulsan de la zona de reacción para formar una ranura en el metal.

Dado que la reacción de oxidación durante el proceso de corte genera una gran cantidad de calor, la energía requerida para el corte por oxidación láser es solo la mitad del corte por fusión, y la velocidad de corte es mucho mayor que el corte por vaporización láser y el corte por fusión.

El corte por láser de oxígeno se utiliza principalmente para acero al carbono, acero de titanio y materiales metálicos tratados térmicamente, como el tratamiento térmico.

5) Corte por láser y control de fractura

El corte láser consiste en escanear la superficie de un material frágil con un láser de alta densidad energética, de modo que el material se evapora mediante calor formando una pequeña ranura. Posteriormente, se aplica cierta presión, rompiéndola en la ranura. Los láseres para el rayado láser suelen ser láseres de conmutación Q y láseres de CO₂.

El control de la fractura es una distribución pronunciada de temperatura generada por el grabado láser, que genera una tensión térmica local en el material frágil, lo que hace que el material se discontinúe.

●Proceso de corte por láser

El proceso de corte por láser consta de varios pasos. Primero, el haz láser es generado por la fuente láser y guiado a través de una serie de espejos y lentes hasta el cabezal de corte. Este último contiene una óptica de enfoque que concentra el haz láser en un punto pequeño. A continuación, el haz láser enfocado se dirige al material a cortar.

2. Características del corte por láser

● Ventaja

1) Buena calidad de corte

El corte por láser puede lograr una mejor calidad de corte debido al pequeño punto láser, la alta densidad de energía y la rápida velocidad de corte.

2) Alta eficiencia de corte

Debido a las características de transmisión del láser, las máquinas de corte láser suelen estar equipadas con múltiples mesas de trabajo de control numérico, lo que permite controlar todo el proceso de corte. Al operar, basta con cambiar el programa NC para aplicar el corte de piezas de diferentes formas, tanto bidimensionales como tridimensionales.

3) Velocidad de corte rápida

El corte por láser no requiere materiales de fijación, lo que permite ahorrar accesorios y ahorrar tiempo auxiliar para la carga y descarga.

4) Corte sin contacto

Durante el corte láser, no hay contacto entre la antorcha y la pieza, ni desgaste de la herramienta. Para mecanizar piezas de diferentes formas, no es necesario cambiar la herramienta; basta con modificar los parámetros de salida del láser. El proceso de corte láser es silencioso, con baja vibración y sin contaminación.

● Desventaja

Corte por láser Debido a la limitación de la potencia del láser y el volumen del equipo, el corte por láser solo puede cortar placas y tubos de espesor medio y pequeño, y la velocidad de corte disminuye significativamente a medida que aumenta el espesor de la pieza de trabajo.

Los equipos de corte por láser son costosos y requieren una inversión única.