Las técnicas de fabricación sustractiva son operaciones típicas para la fabricación de piezas en la industria. Un ejemplo destacado de estas técnicas es el corte por láser de chapa metálica, un procedimiento de fabricación esencial.
El proceso enfoca el haz láser sobre la superficie del material para quemarlo, vaporizarlo o fundirlo y, finalmente, producir los resultados deseados. Al ser un proceso preciso y exacto, facilita la fabricación de componentes con detalles intrincados.
Este artículo es una guía completa con toda la información necesaria que puede requerir sobre el corte por láser antes de aventurarse en él para su próximo trabajo de fabricación.
¿Qué es el corte por láser de chapa metálica?
La fabricación de chapa metálica es una de las principales técnicas de fabricación industrial. Por ello, el corte por láser de chapa metálica se perfila como uno de los procedimientos predilectos. La fabricación por corte láser utiliza un haz de luz de alta potencia (láser) para cortar láminas metálicas planas y delgadas. El proceso se controla mediante tecnología óptica y de control numérico computarizado (CNC), lo que garantiza la alta precisión de las piezas cortadas por láser.
Historia del corte por láser de chapa metálica
La tecnología de corte por láser existe desde hace más de 60 años y el primer intento de cortar láminas de metal se remonta a 1960.
En 1964, CO2 Los láseres ya se utilizaban para fabricar detalles intrincados, como la soldadura de resortes de reloj. La automatización y la alta precisión del corte por láser, en comparación con otros procesos de corte, lo hicieron ampliamente aceptado para la fabricación delicada y la producción a gran escala.
Los láseres de fibra se produjeron por primera vez en la década de 1960, pero no llegaron al mercado comercial hasta finales de la de 1980. La década de 1990 se considera la época dorada de la tecnología láser, ya que dio paso a numerosos láseres de alta potencia, como los láseres de estado sólido, que mejoraron enormemente la eficiencia y la productividad. A principios de la década de 2000, los servicios de corte por láser se habían convertido en una técnica de fabricación ampliamente aceptada en diversas industrias, como la automotriz y la aeroespacial.
Tipos de láseres para corte de chapa metálica
Existen tres tipos diferentes de láseres para cortar materiales en la fabricación industrial. Cada cortadora láser tiene características únicas que la distinguen de las demás. Dicho esto, a continuación se presenta un resumen completo de los tres tipos de cortadoras láser.
Láseres de fibra
Máquinas de corte por láser de fibra Son algunos de los dispositivos de corte de precisión más potentes. Pertenecen a la familia de láseres de estado sólido que utilizan láseres de semillas para amplificar el haz con fibras de vidrio especiales. Son eficaces para cortar piezas de metales, aleaciones y no metales como vidrio, plástico e incluso madera. Además de las operaciones de corte simples, son adecuados para el grabado y recocido de metales.
Las ranuras de corte de los láseres de fibra son más extensas que las de otros láseres, lo que podría explicar su alta potencia. Tienen una larga vida útil de al menos 25 000 horas, por lo que requieren menos mantenimiento. Producen algunos de los haces más potentes y estables. Sin embargo, son más adecuados para materiales con un espesor inferior a 20 mm.
Láseres de CO2
CO2 Los láseres producen el haz de luz haciendo pasar electricidad a través de un tubo lleno de una mezcla de gases. Esta mezcla contiene principalmente dióxido de carbono y gases inertes: helio y nitrógeno, las formas más comunes de los láseres.
Sin embargo, son menos potentes en comparación con los láseres de fibra. CO2 Las máquinas láser sólo pueden Cortan no metales como madera, acrílico y plásticos. En algunos casos, también pueden utilizarse para cortar chapa metálica, especialmente láminas finas de aluminio y otros metales no ferrosos.
[Quizás le interese saber el Láser de fibra vs. láser de CO2: ¿cuál es el adecuado para usted?.]
Láseres de cristal
Los cortadores láser de cristal existen en dos formatos: cristales de Nd:YAG (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio) y de Me:YVO (ortovanadato de itrio dopado con neodimio, YVO₄). Ambos son dispositivos de corte de altísima potencia. Sin embargo, son bastante caros, pero su vida útil es aproximadamente la mitad de la de los láseres de fibra: de 8000 a 15 000 horas. Son adecuados para cortar metales, no metales y plásticos con y sin revestimiento, e incluso cerámica en circunstancias específicas.
Tres procesos de corte por láser de chapa metálica
El corte por láser de chapa metálica es un proceso térmico que implica el uso de un rayo láser para cortar piezas de una lámina metálica. Existen principalmente tres métodos de corte de chapa metálica.
Corte por fusión con rayo láser
El corte por fusión utiliza un gas de corte inerte, generalmente nitrógeno o argón, para expulsar el material fundido del soplete. Al utilizar este gas inerte, se evita la oxidación en el filo sin reaccionar con el proceso. Este proceso es adecuado para láminas planas y delgadas, así como para casos en los que el material debe cumplir con altos requisitos visuales y requiere menos posprocesamiento.
Corte por llama con rayo láser
El oxicorte utiliza oxígeno para expulsar el material fundido. Esto provoca una reacción exotérmica que aumenta el consumo total de energía del proceso. Este proceso es ideal para cortar acero dulce, entre otros tipos de chapa metálica y materiales fusibles como la cerámica.
Corte por sublimación con rayo láser
El corte por sublimación utiliza un láser para evaporar partes del material con menor fusión. Al igual que el corte por fusión, se utilizan gases inertes (nitrógeno, helio o argón) como gas de corte, lo que garantiza que los filos estén libres de oxidantes. Aunque es un proceso lento, produce filos de alta calidad para un corte de alta precisión.
Ventajas del corte por láser de chapa metálica
A continuación se presentan cinco ventajas críticas de esta técnica de fabricación.
Cortes de alta precisión
El haz de luz corta metales con gran precisión en la fabricación por corte láser. La precisión con la que el láser funde y evapora los materiales es incomparable con la de muchos otros métodos de corte. Algunas herramientas de troquelado tienen tolerancias de entre 1 y 3 mm, mientras que las cortadoras láser cortan con una precisión de tan solo 0,003 mm.
Alta utilización de hojas
Las cortadoras láser permiten aprovechar un gran porcentaje de los materiales de fabricación. Esta tecnología prácticamente no genera desperdicios: la máquina maximiza el número de piezas aprovechables de cualquier chapa metálica. Por lo tanto, no hay que preocuparse por el exceso de material; se puede comprar la cantidad exacta con la seguridad de que será suficiente.
Versatilidad de corte extrema
Las operaciones de corte por láser son muy flexibles y versátiles. Una sola cortadora láser funciona bien para diversas operaciones de corte, como cortes simples, complejos con detalles intrincados, marcados, perforaciones e incluso grabados. Por lo tanto, los fabricantes no necesitan reemplazar las herramientas periódicamente durante el proceso.
Bajo consumo de energía
Las cortadoras láser no requieren mover diferentes partes del dispositivo, a diferencia de otras máquinas de corte. Esto les permite cortar eficazmente piezas de material sin consumir demasiada energía. Si bien las cortadoras láser pueden funcionar con 10 kW de energía, la mayoría de los demás procedimientos pueden consumir hasta cinco veces más.
Poco o ningún daño
Quizás piense que la exposición al calor de los materiales durante el corte por láser puede causar deformaciones o distorsión de las piezas, o incluso daños totales. Esto no es cierto. Las piezas afectadas por el calor durante el corte por láser son mínimas y no representan una amenaza para la tolerancia de las características ni de los componentes después de la fabricación.
Desventajas del corte por láser de chapa metálica
A pesar de sus numerosas ventajas, el corte láser de chapa metálica presenta algunas desventajas. Analicémoslas.
Necesidad de un operador especializado
Para aprovechar al máximo sus cortadoras láser, podría necesitar contratar a un profesional para operar la máquina durante la fabricación de las piezas. Un experto, por ejemplo, detectará rápidamente una falla o una configuración incorrecta que pueda afectar los procesos de producción o incluso la integridad de la máquina.
Limitaciones en el espesor del metal
Aunque el corte por láser funciona bien con una amplia gama de materiales, incluidas las láminas metálicas, se recomienda utilizar otros procedimientos de corte para metales gruesos. Las cortadoras láser habituales son ideales para cortar láminas de aluminio con un espesor máximo de 15 mm y acero de 6 mm.
Gases nocivos
A medida que las cortadoras láser funden y evaporan materiales, liberan humos nocivos considerables al cortar plástico. Por lo tanto, es fundamental operar el corte láser en una sala bien ventilada o en un entorno de trabajo seguro.
Alta inversión inicial
El costo de una cortadora láser de alta calidad es elevado. Una cortadora láser típica puede costar alrededor de $3000, el doble que el costo de las cortadoras de chorro de agua o plasma. Para dedicarse profesionalmente a los servicios de corte láser, es necesario asumir una inversión inicial elevada.
Consejos de diseño para piezas cortadas por láser
Para un uso eficaz y eficiente de los servicios de corte láser para sus piezas, siga los siguientes consejos para el diseño de sus productos de corte láser.
Sus detalles no pueden ser más pequeños que el grosor del metal
El espesor es un factor importante a considerar en las operaciones de corte por láser. Se relaciona directamente con la potencia del láser. Por lo tanto, cuanto mayor sea el espesor, menor será la capacidad del láser para penetrar y cortar el material. Sin embargo, aumentar la potencia del láser en ocasiones podría aumentar la probabilidad de cortar dicho material.
Recuerde el Kerf
El diseño del láser hace que sea importante tener en cuenta lo que se denomina ranura. La ranura es el material que se evapora cuando el haz láser incide en el material a cortar. No se limita al corte láser, sino que es visible en otros procesos de mecanizado sustractivo. La ranura se produce debido al grosor del haz láser. Es un factor importante a considerar durante la etapa de diseño.
Elija el material adecuado
El material adecuado es lo más importante a considerar antes de una operación de corte por láser. La elección del material depende de las propiedades deseadas para el producto final. Por ejemplo, los materiales tienen diferentes propiedades en cuanto a rigidez, translucidez y flexibilidad. En Rapid Direct, tendrá acceso a diferentes opciones de corte por láser para chapa metálica, plásticos, papel, etc.
Los espacios son importantes
El espaciado es fundamental en el corte láser para eliminar errores y obtener el mejor resultado posible. El espaciado mínimo debe ser igual al espesor del material. Por ejemplo, en el corte láser de chapa metálica, si esta tiene 2 mm de espesor, el espaciado entre dos trayectorias debe ser de 2 mm. Esto también es importante si se trabaja con diferentes diseños de chapa metálica cortada con láser.
Convierte tu texto en puntos de anclaje y curvas
No todas las operaciones láser requieren cortar texto. Sin embargo, si necesita incorporar texto, debe espaciar las letras y escribirlas en formato grande. Esto facilita la operación y optimiza el resultado. Si las letras están muy juntas, pueden superponerse, lo que resulta en una inscripción ilegible.
El conocimiento de los consejos anteriores puede ayudar a reducir los costos de fabricación de chapa metálica.
Alternativas al corte por láser
Tal vez no desee utilizar el corte por láser y no esté seguro de cómo cortar formas en chapa metálica; a continuación se presentan otras opciones de alta gama para sus necesidades de fabricación.
Música electrónica de movimiento (EDM)
La electroerosión (EDM), al igual que el corte por láser, utiliza energía térmica para eliminar fragmentos de material. Utiliza descargas eléctricas (chispas) para cortar la forma deseada del material. En comparación con el corte por láser, la electroerosión produce un mejor acabado superficial con una zona menos afectada por el calor. Además, es adecuada para cortar piezas de material endurecido.
Fresado CNC
El fresado CNC implica el uso de fresas rotativas de alta velocidad para dar forma a los materiales. Las operaciones de fresado funcionan bien en metales, aleaciones y no metales. Al igual que el corte por láser, son un proceso de fabricación sustractiva de alta precisión. La principal diferencia entre ambos procesos radica en que, mientras que el fresado utiliza herramientas de corte (fresas rotativas) para tallar o dar forma a los diseños, el corte por láser utiliza rayos de luz, fusión láser o quemado de la forma del diseño.
Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua es una técnica de fabricación que implica el uso de agua o una mezcla de agua y sustancias abrasivas a alta presión para cortar una pieza de material.
A continuación se muestra una comparación entre el corte por chorro de agua y el corte por láser.
- Los cortadores láser pueden grabar números o marcas, mientras que el corte por chorro de agua solo permite cortar.
- Ambos son adecuados para cortar una amplia gama de materiales. Sin embargo, los chorros de agua no pueden cortar materiales más gruesos que las cortadoras láser (hasta 50 mm).
- El corte por láser tiene mejores niveles de tolerancia y presta más atención a los detalles intrincados, lo que los convierte en la mejor opción para geometrías complejas.
Puñetazos
El punzonado utiliza una prensa punzonadora para cortar la forma deseada de una pieza de material. Al igual que otras operaciones CNC, el punzonado es una técnica de alta precisión para la fabricación de piezas y también es adecuada para una amplia gama de materiales. Sin embargo, no es ideal para fabricar componentes con geometrías complejas.
Conclusión
El corte por láser es una tecnología utilizada en el prototipado rápido para cortar materiales. Este artículo presentó su funcionamiento, su historia, tipos y otros aspectos que quizás conozca. Creemos que ya ha aprendido algo sobre el corte por láser. Sin embargo, en Krrass puede confiar en los mejores productos de corte por láser.
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