Cómo funcionan las máquinas de corte por láser

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Fecha de publicación: 12 de abril de 2024

I. Introducción

Con el desarrollo de la automatización y la inteligencia en la fabricación, máquinas de corte por láser están desbancando a los métodos de corte tradicionales con sus aristas de precisión, eficacia y flexibilidad. Así, se convierte en la primera opción para el procesamiento de metales y no metales.

En la actualidad, las cortadoras láser se han aplicado a múltiples sectores, como el automovilístico, el aeroespacial, el electrónico, el de semiconductores y el de instrumentos médicos, para fabricar componentes y producciones de gran precisión.

Según las estadísticas, la escala del mercado mundial de máquinas de corte ha alcanzado los 1.000 millones de dólares con una tasa de crecimiento anual de 20%.

Ante el rápido desarrollo y el gran potencial de la tecnología de corte por láser, es fundamental que las empresas manufactureras y los particulares conozcan sus principios de funcionamiento, plumas y aplicaciones.

Siga leyendo; vamos a saber más.

II. Componentes de la máquina de corte por láser

Fuente láser (CO2, fibra, etc.)

La fuente láser, como parte central de una máquina de corte por láser, genera un haz láser de alta potencia. Los tipos normales incluyen láseres de CO2, láseres de fibra y láseres YAG. Los láseres de CO2 que alcanzan una eficiencia de conversión de 20% tienen una alta eficiencia de salida, por lo que son adecuados para materiales gruesos.

Mientras que los láseres de fibra tienen una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica, haces láser de alta calidad y bajos costes de mantenimiento, por lo que se han convertido en la corriente principal del mercado.

Sistema de emisión del haz (espejos y lentes)

La función del sistema de haz y entrega es conducir los haces láser a las direcciones requeridas. Las lentes de enfoque concentran los haces láser en un pequeño punto luminoso con alta densidad de potencia para finalizar el corte por láser.

La distancia focal del objetivo suele ser de 5 pulgadas, y el objetivo de 7,5 pulgadas se utiliza para cortar materiales de más de 12 mm de grosor. La trayectoria de la luz necesita gases protectores para evitar la contaminación del objetivo y una cubierta protectora para evitar daños.

Cabezal de corte y boquilla

cabezal de corte

Un cabezal de corte incluye un vástago, lentes de enfoque, un sistema de seguimiento y otros componentes.

Las formas de las boquillas se dividen en paralelas, convergentes y cónicas, y su función es conducir los gases auxiliares de corte.

El siguiente sistema mantiene constante la distancia entre el cabezal de corte y la superficie del material y se divide en los tipos capacitivo (sin contacto) e inductivo (contacto).

Los dispositivos de accionamiento del cabezal de corte constan de un servomotor, un husillo de avance y otras piezas, que impulsan el cabezal de corte para que se mueva a lo largo del eje Z.

Sistema de control CNC

Como el cerebro de una máquina de corte por láser, el sistema de control CNC controla la cama de corte para moverse a lo largo de los ejes X, Y y Z. Al mismo tiempo, controla los cortadores láser para la potencia de salida, logrando trayectorias de corte precisas. Al mismo tiempo, controla la potencia de salida de los cortadores láser, logrando trayectorias de corte precisas.

La calidad de los componentes decide la precisión y estabilidad del corte. Los sistemas de control CNC más habituales son Beckhoff, PA y Frank.

Cama o mesa de corte

Se utiliza una bancada o mesa de corte para colocar los materiales que se van a cortar, y se mueve de acuerdo con el sistema de control CNC. La rigidez y la estabilidad influyen en la precisión del corte.

Las estructuras de las bancadas de corte incluyen pórtico, voladizo, viga, etc. También existen otros tipos de máquinas de corte especiales. Por ejemplo, las máquinas tridimensionales de cinco ejes son especiales para la industria del automóvil.

Otras piezas

Además, las máquinas de corte láser también están equipadas con otros componentes que incluyen un sistema de refrigeración, dispositivo de suministro de gas, compresor de aire, filtro de secado de aire, sistema de eliminación de polvo y de escape, dispositivo de descarga de escoria y otros equipos auxiliares como una forma de mantener el funcionamiento estable de la máquina.

De este modo, es obvio que una máquina de corte por láser se compone de instrumentos de gran precisión. Cada pieza forma parte integrante del conjunto de la máquina, lo que impone grandes exigencias al proceso de montaje y a las técnicas de fabricación.

III. Tipos de máquinas de corte por láser

Cortadoras láser de CO2

Principios de funcionamiento: Las máquinas de corte por láser de CO2 utilizan corriente eléctrica para excitar CO2, nitrógeno, hidrógeno y helio para generar láseres con una longitud de onda de 10,6 micras.

Características: Las máquinas de corte por láser de CO2 se encuentran entre los instrumentos de corte más comunes y rentables, con potencias que oscilan entre 25 y 100w.

Características: Las máquinas de corte por láser de CO2 se encuentran entre los instrumentos de corte más comunes y rentables, con potencias que oscilan entre 25 y 100w.

Materiales aplicables: Los materiales metálicos incluyen metales no férreos, como placas finas de aluminio. Los materiales no metálicos incluyen madera, papel, acrílico, cuero, telas y papeles pintados.

Sectores de aplicación: Se ha aplicado ampliamente en el corte de materiales no metálicos y el procesado de alimentos, como el queso y el procesado de castañas.

Cortadoras láser de fibra

Principio de funcionamiento: Las cortadoras láser de fibra utilizan láseres de semilla y fibras ópticas especiales para generar haces láser de potencia de alta densidad con una longitud de onda de 1,064 micras.

CaracterísticasLas máquinas de corte por láser de fibra son láseres sólidos, por lo que no es necesario realizar un mantenimiento frecuente. Su vida útil excede 25000h. Su eficiencia de corte es 3 veces superior a la de la máquina de corte por láser CO2. Además, los cabezales de corte de las cortadoras láser de fibra permiten luz continua o pulsada y tienen un buen rendimiento en adaptabilidad.

Materiales aplicables: metales, aleaciones, no metales (vidrio, madera y plástico). Es adecuado para materiales finos.

Sectores de aplicación: Marcado de metales, grabado, marcado de plásticos y otros campos. La potencia relativamente mayor de los láseres de fibra se aplica más ampliamente.

Diferencias y aplicaciones específicas

CaracterísticasCortadoras láser de CO2Cortadoras láser de fibra
Materiales aplicablesmateriales no metálicos: madera, acrílico, cortinasmetales y no metales
Eficienciarelativamente inferiorsuperior
Precisióngeneralsuperior
Mantenimientofácilfácil
Relación coste-eficaciasuperiorsuperior
Tendencias del mercadogeneralmente sustituidos por láseres de fibracorriente principal

En general, las cortadoras láser de CO2 con mayor rentabilidad se utilizan principalmente para cortar no metales; las cortadoras láser de fibra con gran adaptabilidad y eficacia son más fáciles de mantener.

Al elegir las máquinas de corte por láser, debe tener en cuenta los materiales que va a cortar, la eficacia, el mantenimiento y el coste.

Sin embargo, con un rendimiento perfecto, las máquinas de corte por láser de fibra están reemplazando gradualmente a las cortadoras láser de CO2 para emerger como la corriente principal en el mercado.

A medida que la tecnología se desarrolle y los costes disminuyan, las máquinas de corte por láser se aplicarán cada vez más en la industria.

IV. Cómo funciona el corte por láser: Paso a paso

Generación láser

Los láseres son los componentes principales de las máquinas de corte por láser. Normalmente contienen láseres de CO2, láseres de fibra y láseres YAG. Tomemos como ejemplo el láser de CO2.

Consisten en un tubo de vidrio lleno de gases fijos como CO2, nitrógeno y helio. Cuando las corrientes eléctricas de alta presión atraviesan estos gases, las moléculas de CO2 se inspiran para alcanzar un alto nivel de energía.

Mientras que las moléculas de CO2 de un nivel de energía más alto vuelven a un nivel de energía bajo, se liberará luz infrarroja con una longitud de onda de 10,6μm, que es un láser de CO2.

Enfoque y dirección del haz

Los rayos láser generados por un láser se reflejan primero en una serie de reflectores para cambiar sus direcciones de irradiación. A continuación, unas lentes de enfoque concentran los haces láser en un pequeño punto luminoso con un diámetro inferior a 0,3 mm.

Por último, los haces láser focalizados de alta densidad de potencia pueden calentar rápidamente el material hasta los puntos de fusión o evaporación.

Material que se funde, se quema o se vaporiza

Cuando son irradiados por rayos láser con una alta densidad de potencia, los materiales que absorben la energía alcanzan una temperatura elevada.

Sin embargo, los distintos materiales responden de forma diferente a los láseres, por lo que necesitan potencias de láser diferentes, que suelen oscilar entre 1 y 6 kw.

Cuando la temperatura supera su punto de fusión, los materiales empiezan a fundirse; cuando supera el punto de ebullición, empiezan a evaporarse y a formar vapor. El material fundido y vaporizado se desprenderá de los limos de corte, formando muescas.

Gas de asistencia para la eliminación de material

Para acelerar la eliminación de materiales fundidos y vaporizados, los cortadores láser inyectan gas a alta presión, como oxígeno y nitrógeno, mientras cortan. Los gases pueden soplar la masa fundida de los limos para evitar que se vuelvan a soldar y proteger las lentes de enfoque de posibles daños.

En cuanto a algunos materiales activos al oxígeno, como los inoxidables, se suelen adoptar gases inertes, como el nitrógeno, para evitar que las muescas se oxiden.

Control CNC para trayectorias de corte precisas

Bajo el control del sistema de control CNC, el cabezal de corte se mueve con precisión según las trayectorias de corte preprogramadas.

La moderna precisión de posicionamiento de las máquinas de corte por láser ha alcanzado los 0,052 mm. Por lo tanto, son capaces de cortar patrones complicados y precisos.

Además, los sistemas de control CNC también pueden ajustar parámetros como la potencia del láser, la velocidad de corte y el flujo de gas para lograr un funcionamiento totalmente automatizado, lo que mejora enormemente la productividad.

V. Ventajas del corte por láser

Gran precisión y exactitud

Debido a los pequeños diámetros de un rayo láser, puede cortar con precisión el patrón. Los diámetros de los puntos de luz enfocados son inferiores a 0,33 mm.

Adoptar el procesamiento sin contacto significa que el corte por láser no requiere llevar herramientas de corte. Así, la precisión de corte no disminuirá debido a los periodos de corte prolongados.

Integrada con un sistema de control CNC, la cortadora láser puede funcionar automáticamente. La precisión de posicionamiento puede alcanzar los 0,05 mm, muy inferior a la del procesamiento mecánico tradicional.

Las estrechas zonas afectadas por el calor indican que los materiales alrededor de los limos de corte apenas se ven afectados. Por tanto, la pequeña deformación de la pieza garantiza la precisión del tamaño.

Versatilidad en el corte de diversos materiales

Las cortadoras láser permiten cortar múltiples materiales, incluidos metales, no metales y diversos materiales compuestos.

Debido a la absorción de diferentes materiales, los parámetros de corte deben ajustarse en consecuencia. Sin embargo, debe tener en cuenta que sólo deben ajustarse los parámetros de salida sin cambiar las herramientas de corte.

Las máquinas de corte por láser tridimensionales pueden cortar en cualquier superficie sin ajuste artificial del ángulo, lo que amplía la gama de materiales aplicables.

Reducción del desperdicio de material y cortes limpios

Gracias a su alta calidad y flexibilidad, el corte por láser permite reducir al máximo los residuos y producir cortes limpios.

Tiene cortes estrechos, de entre 0,1-0,3 mm, lo que se traduce en altos índices de utilización. Integrada con un sistema de control CNC, permite la composición tipográfica automática para reducir los desperdicios.

Durante el corte se inyectan gases a alta presión para expulsar la masa fundida y evitar que se adhiera a los cortes. Así, las superficies de los cortes quedan lisas y limpias.

El gas inerte puede utilizarse para proteger materiales fácilmente oxidables, como el acero inoxidable, para evitar que los cortes se decoloren a causa de la oxidación.

Tiempos de producción más rápidos

Con su rápida velocidad de corte y su gran eficacia, las cortadoras láser pueden acortar enormemente los tiempos de producción. La velocidad de una cortadora láser puede alcanzar varios metros por minuto, varias veces superior a la de los métodos de corte tradicionales.

Sin necesidad de instalar y sujetar la pieza de trabajo, una cortadora láser se libera de cargar y descargar materiales para ahorrar tiempo. Ayudadas por un sistema automático de carga y descarga, las cortadoras láser poseen una mayor eficiencia.

Las cortadoras láser permiten moldear una sola vez sin tener que procesar dos veces, lo que ahorra tiempo para el procesamiento posterior.

Automatización y repetibilidad

Las cortadoras láser pueden automatizarse y estandarizarse fácilmente, por lo que son adecuadas para la producción por lotes.

La mayoría de las máquinas de corte por láser modernas equipadas con sistemas de control CNC pueden funcionar automáticamente, lo que reduce los costes de mano de obra.

Los sistemas de control CNC que almacenan los programas de corte pueden conseguir llamadas rápidas y garantizar la repetibilidad y consistencia del procesamiento.

El bajo mantenimiento significa que no hay demanda adicional de mano de obra, ya que sólo es necesario cambiar el agua de refrigeración y mantener los sistemas ópticos con regularidad.

En términos generales, la máquina de corte por láser pluma de alta precisión, eficiencia y fexibilidad y bajos costos son favorecidos por la fabricación, la promoción del desarrollo inteligente y verde de la industria de fabricación.

VI. Aplicaciones del corte por láser

Industria del automóvil

Corte de piezas de carrocería: las cortadoras láser pueden cortar con rapidez y precisión paneles de carrocería como puertas, ganchos y tapas de maletero. Produce cortes de alta calidad y provoca pequeñas deformaciones.

Corte de decoraciones interiores: La mayoría de las decoraciones interiores, incluidos los paneles de instrumentos, los paneles centrales de control y los marcos de los asientos, se fabrican con máquinas de corte por láser, capaces de producir patrones complicados y precisos.

Aeroespacial y defensa

Corte de la piel del avión: Los láseres pueden cortar con precisión y eficacia las pieles de los aviones, sobre todo las que tienen curvas intrincadas y orificios con formas especiales.

Productos militares cortantes: pueden fabricar los componentes básicos de productos militares, como piezas de armas de fuego, munición, vehículos blindados y buques de guerra.

Electrónica y semiconductores

Corte de chips semiconductores: Las cortadoras láser pueden utilizarse durante el empaquetado de semiconductores para cortar obleas y separar virutas sin apenas dañarlas y a gran velocidad.

Corte de componentes electrónicos: pueden procesar sustratos cerámicos y plásticos de componentes electrónicos, como resistencias, condensadores y conectores.

Productos sanitarios

Corte de productos sanitarios: El bisturí, la sierra ortopédica, las tijeras médicas y otros instrumentos pueden fabricarse con una cortadora láser, que garantiza la tersura y suavidad del filo.

Corte de implantes médicos: Las articulaciones artificiales, las estructuras óseas fijas y otros implantes suelen estar hechos de materiales duros procesados, como el titanio, por lo que el corte por láser es una forma inteligente de moldearlos.

máquina de corte por láser

VII. Conclusión

En todo el artículo, he explicado la definición, principios de funcionamiento, tipos, aplicaciones y ventajas de las máquinas de corte por láser que le proporciona una guía completa de la máquina.

Como uno de los mayores exportadores de China, nuestra empresa cuenta con 4 décadas de historia de I + D de máquinas de corte por láser. Nuestras cortadoras láser con excelente rendimiento son una sabia elección para usted. Si usted está interesado en nuestros productos, usted puede navegar por nuestra página de productos. Bienvenido a póngase en contacto con nosotros.

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