Corte a laser

Corte a laser

Principio de funcionamiento y principales tipos de máquinas de corte por láser con CNC

Se denomina rayo láser  (o simplemente "láser") la emisión monocromática coherente estimulada altamente direccional que es iniciada en un medio activo por un factor externo de energía (eléctrica, óptica, química, etc.).

Físicamente, el fenómeno se basa en la capacidad del material de irradiar un fotón de determinada energía (longitud de onda) en una colisión del átomo con otro fotón coherente ("copia exacta") sin su absorción.   Losfotones "extra" que se forman en tal caso son los portadores del rayo láser.

De tal modo, el concepto de la emisor láser incluye:

• medio activo;
• una fuente de energía externa;
• amplificador óptico (resonador).

En pocas palabras,  la generación del haz de láser  puede ser descrita así: una fuente de energía se utiliza para "hinchar" el medio activo (por ejemplo, un cristal de rubí) desde fuera con fotones de cierta energía.  Estos fotones "arrancan" de los átomos del material de medio activo sus "gemelos", pero no se absorben.  El resonador óptico (en el caso más sencillo dos espejos paralelos) satura aún más el medio activo, haciendo que los fotones "gemelos" (con energías iguales) choquen repetidamente con los átomos y sostengan el nacimiento de nuevos fotones.  Uno de los espejos del resonador se realiza generalmente translúcido y transmite los fotones hacia el eje óptico en la forma de un rayo láser enfocado.  

Existe una vasta variedad de diseños de láseres. Los láseres más comunes se clasifican según el tipo del medio activo (sólido, gas, semiconductor), según el tipo de energía de excitación (potencia constante o pulsante), según el tamaño y la potencia de irradiación, según la función, etc.

Tecnología de procesamiento por láser

El rayo láser enfocado lleva una concentración suficiente de energía para penetrar en el material de la pieza. Bajo el efecto del rayo el material en la zona de elaboración puede fundirse, evaporarse, encenderse o cambiar de otra manera su estructura, efectivamente desapareciendo. En este caso, la elaboración se asemeja a un corte mecánico con la única diferencia de que la herramienta de corte es reemplazada por un haz, y el desperdicio del material no se descarga en forma de virutas, sino se "evaporiza". Cuando la potencia es suficiente (y/o es reducido el espesor del material), el haz láser es capaz de hacer un corte pasante. Con una potencia más bajase deja una clara huella en la superficie (dibujo del grabado).

La ventaja de tratamiento con láser es un corte muy delgado con una reducida "zona de interferencia" en el material (incluso con la carga mínima de temperatura y deformación), de manera que la pieza es procesada con una calidad muy alta. Además, el láser es capaz de manejar casi cualquier material estructural y piezas de varias formas y dimensiones (incluso sutiles o blandos, por lo tanto no fresables, por ejemplo, papel, caucho, polietileno, etc.).

Máquinas de grabado láser

Las ventajas de la tecnología de procesamiento láser en comparación con el mecanizado llevaron a al nacimiento de máquinas de grabado láser. Por su principio de funcionamiento estas máquinas son muy similares a las fresadoras con CNC. Lamáquina de láser también tiene un cuerpo monolítico, una mesa de trabajo horizontal por encima de la cual se encuentra un portal instrumental móvil con el cabezal del emisor láser (análogo del husillo con fresa). El movimiento del portal (y, en consecuencia, del cabezal del emisor) es proporcionado por electromotores paso a paso bajo la acción de los impulsos de control generados por el sistema de CNC (de acuerdo con el software de procesamiento colocado en la memoria de la máquina). Elprocesador del CN controla también la potencia del haz de láser y opera los otros componentes de la máquina.

El sistema óptico de la máquina consiste en un tubo de láser, espejos reflectores y el cabezal emisor con una lente de enfoque.  El tubo tiene un diseño sofisticado pluriestratificado y contiene el medio activo (para las máquinas modernas una mezcla de gases de CO2, nitrógeno y helio).  Aplicándose una tensión externa (a través de un transformador elevador) en el medio gaseoso se inicia un haz de láser.  El sistema de espejos y una lente de enfoque del cabezal emisor dirige el haz sobre la superficie del material.  El movimiento del cabezal emisor sobre la pieza permite efectuar el procesamiento de acuerdo con un algoritmo preestablecido en las trayectorias más complejas (bi- o tridimensionales).  Para enfriar el tubo láser está prevista una circulación de fluido (agua) en las redes especiales bajo la acción de una bomba externa.


Tipos y características de las máquinas láser

Las máquinas láser con CNC modernas hacen frente con éxito al mecanizado de casi cualquier material (madera, metal, plástico, vidrio, cuero, goma, papel, polietileno, piedra, etc.). Pero, a pesar de su considerable versatilidad, cada modelo (o gama de modelos) tiene su "especialización".

Grabadores láser de mesa. Por lo general, son de tamaño reducido, no requieren instalación en el local de producción (son buenos para la oficina o incluso el apartamento, si existe tal necesidad). Los grabadores están equipados con un buen sistema óptico, pero su capacidad es relativamente baja. Sin embargo, el grabador es capaz de realizar un grabado de alta calidad (aplicación de imágenes planas y tridimensionales en la superficie), así como un corte pasante de piezas de pequeño espesor de la mayoría de materiales (excepto metales), siendo sólo ligeramente inferior en el rendimiento de corte a los modelos "más viejos" de las máquinas láser.

Las máquinas de grabado láser existen en las versiones de escritorio, y "de suelo", y presentan una gran variedad de dimensiones de mesas de trabajo: de medio metro a un metro y medio o dos y más. Las máquinas están diseñadas para su instalación en un local especial y para un funcionamiento duro en un entorno de producción. Cada máquina tiene un cuerpo monolítico que le proporciona una estabilidad estructural y extingue rápidamente y de manera efectiva las vibraciones surgidas durante el funcionamiento. El objetivo principal de estos modelos es el corte por láser y corte de materiales (incluyendo los de gran formato a alta velocidad) y grabado de alta calidad en superficies de piezas. Para aumentar la productividad y la calidad del tratamiento, las máquinas láser tienen un diseño especial. Por ejemplo, la instalación paralela de dos tubos láser, para la elaboración simultánea de dos piezas, o colocación de un tubo de láser en un portal móvil para evitar pérdidas de potencia del haz durante su disipación de paso hacia el emisor, etc.

Los marcadores láser compactos se utilizan para grabar imágenes de alta calidad a alta velocidad.  Los marcadores pueden aplicar gravados a los productos tridimensionales (joyas, llaveros, bolígrafos, etc.), incluso los más pequeños detalles del dibujo resultan claramente distinguibles, y la imagen es durable.  Esto se consigue mediante una estructura especial (llamada "biaxial") del sistema óptico del marcador.  Algunas lentes tienen posibilidad de desplazamiento mutuo, por lo que el haz de láser generado por el tubo se forma en un plano de dos dimensiones y se dirige a cualquier punto de la pieza elaborada bajo el ángulo deseado.  El cabezal emisor no enfoca el rayo con una lente plana, sino una lente especial que mantiene la estabilidad del láser en todas las condiciones de proceso.

Los marcadores láser  tiernen una área de trabajo relativamente pequeña, pero por regla general, ya en la versión básica están equipados con un microprocesador incorporado con el software completo necesario para el trabajo.  Esto asegura una alta movilidad de la máquina sin necesidad de conexiones externas adicionales (salvo la fuente de alimentación).