En las últimas décadas, con el rápido desarrollo de la tecnología de corte por láser, la aplicación de máquinas de corte por láser en la industria manufacturera se ha generalizado cada vez más. El procesamiento de corte por láser reemplaza las cuchillas mecánicas tradicionales con rayos de luz invisibles, que tienen las características de alta precisión, corte rápido, sin limitarse a limitaciones del patrón de corte, diseño automático que ahorra materiales, corte suave y bajos costos de procesamiento. Gradualmente mejorará o reemplazará los equipos tradicionales de corte de metales. El principio de funcionamiento de la máquina de corte por láser es que la parte mecánica de la cuchilla láser no tiene contacto con la pieza de trabajo y no causa rayones en la superficie de trabajo durante la operación. La velocidad de corte por láser es rápida, la incisión es suave y plana y, por lo general, no requiere procesamiento posterior. La zona afectada por el calor de corte es pequeña, la deformación de la placa es pequeña y la costura de corte es estrecha. La incisión no tiene tensión mecánica ni rebabas de corte. La máquina de corte por láser tiene alta precisión de mecanizado, buena repetibilidad y no daña la superficie del material. La programación CNC puede procesar cualquier dibujo plano y puede cortar tablas enteras grandes sin necesidad de moldes, lo cual es económico y ahorra tiempo.
Dado que las máquinas de corte por láser tienen tantas ventajas, cada vez más personas quieren comprar una máquina de corte por láser. Sin embargo, muchas personas que no han estado expuestas a la industria de equipos láser todavía no están familiarizadas con el principio y la composición de las máquinas de corte por láser. Hoy, en este artículo, popularizaremos el conocimiento relevante sobre las máquinas de corte por láser para todos.
Tabla de contenido
Principio de funcionamiento de la máquina de corte por láser
La máquina de corte por láser utiliza un haz de densidad de alta potencia enfocado para funcionar, lo que permite que el material irradiado se derrita, evapore, ablate o encienda rápidamente, y corte la pieza de trabajo soplando el material fundido a través de un flujo de aire de alta velocidad coaxial con el haz.
Cuando el rayo láser interactúa con el material, se producen varios procesos. El fuerte calor generado por el rayo láser aumenta rápidamente la temperatura del material, provocando que se derrita, se evapore o sufra reacciones químicas. La interacción específica depende de las características del material, como el coeficiente de absorción y el punto de fusión, así como de los parámetros del láser, como la densidad de potencia y la duración del pulso.
Para materiales de bajo punto de fusión, como los plásticos, el rayo láser puede fundir el material durante la penetración. Luego, el material fundido es expulsado por un chorro de gas, formando un corte (ancho de corte). En el caso de materiales con puntos de fusión más altos (como los metales), el rayo láser evapora directamente el material, formando un corte estrecho y preciso.
El corte asistido por gas se utiliza comúnmente en el corte por láser para mejorar el proceso de corte. Se sopla gas como oxígeno o nitrógeno sobre la superficie del material a través de la boquilla del cabezal de corte. El gas ayuda a eliminar los materiales derretidos o evaporados del área de corte, enfría el material y previene la aparición de rebabas o espuma. La elección del gas depende del material a cortar y de la calidad de corte requerida.
El ancho de la incisión o ancho de la incisión está determinado por varios factores, incluida la potencia del láser, el tamaño del punto focal, el grosor del material y la velocidad de corte. El ancho de la incisión se puede controlar ajustando estos parámetros para lograr la precisión de corte deseada. Además, el corte por láser puede provocar un fenómeno llamado conicidad, donde el corte tiene una ligera inclinación. El ángulo del cono depende de las propiedades del material y de los parámetros del láser y puede minimizarse optimizando las condiciones de corte.
Conocimientos básicos de láser.
El láser (amplificación de radiación estimulada) es un dispositivo que genera haces de luz coherentes. Consta de tres componentes principales: medio activo, fuente de energía y resonador óptico. El medio activo puede ser un sólido, líquido o gas, que emite fotones cuando es excitado por una fuente de energía. Los resonadores ópticos reflejan fotones de un lado a otro a través de medios activos, amplificando y alineando ondas de luz. Este proceso conduce a la formación de un rayo láser potente y coherente.
Tipos de máquinas de corte por láser
Existen varios tipos de láseres en las máquinas de corte por láser, incluidos los láseres de CO2, los láseres Nd:YAG y los láseres de fibra. El láser de CO2 es el tipo más común y utiliza una mezcla de dióxido de carbono, nitrógeno y helio como medio activo. Los láseres Nd:YAG utilizan cristales de estado sólido, como el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio, como medio activo. Por otro lado, los láseres de fibra utilizan fibras dopadas con elementos de tierras raras como medio activo. Cada tipo de láser tiene su rendimiento único, adecuado para aplicaciones de corte específicas.
Actualmente, los láseres más utilizados son los de CO2 y los de fibra.
Láser de CO2
El láser de CO2 es uno de los tipos de láser más antiguos y populares. La descarga de gas no es enteramente dióxido de carbono. Contiene dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, xenón y helio.
Hay dos opciones para el corte por láser de CO2: utilizar oxígeno o nitrógeno. Se prefiere el oxígeno para cortar con láser materiales más gruesos. Se prefiere el nitrógeno para el corte por láser de placas delgadas. Utilice corte por láser de CO2 con oxígeno para formar una capa de óxido en la superficie de corte. Para evitar esta situación se realizan procesos de pretratamiento sobre la pieza como el arenado. El corte por láser de CO2 se utiliza habitualmente para cortar materiales no metálicos, como madera, plástico, vidrio y textiles. También es posible cortar metales como acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable y aluminio con los ajustes correctos.
Corte por láser de fibra
El principio de funcionamiento de la máquina cortadora por láser de fibra es utilizar láser sólido para fundir y penetrar metales, logrando un corte preciso y eficiente. El medio láser para esta tecnología es fibra en lugar de gas o cristal. El láser es un tipo de luz concentrada y la fibra óptica es un medio de ganancia activo que puede elevar el láser a un estado de mayor potencia.
El corte por láser de fibra es un método de corte térmico que utiliza un rayo láser enfocado de alta potencia como principal fuente de calor. El generador de láser de fibra utiliza componentes de fibra óptica de alta potencia para transmitir fuertes rayos de luz. El rayo láser se enfoca en el área y el material se derrite y se evapora rápidamente. Máquina de corte por láser de fibra Puede cortar la mayoría de materiales de diferentes espesores según la función del equipo.
La máquina cortadora por láser de fibra es un proceso de corte por láser que utiliza un generador de láser óptico para cortar materiales. Puede cortar con precisión y alta calidad diversos materiales. Aunque el principio básico de la máquina de corte por láser de fibra es básicamente el mismo que el de otras máquinas de corte por láser, la principal diferencia radica en cómo se transmite y concentra la energía en la pieza de trabajo.
Emite un haz de luz altamente enfocado a través de un generador de láser de fibra. A continuación, el rayo láser se guía hacia el material de corte centrándose en la lente. Al enfocar el rayo láser se generará una fuente de calor pequeña y potente. Después de alinear la superficie del material, puede derretir y evaporar rápidamente el material, logrando un corte de alta precisión.
Otros componentes importantes de la máquina incluyen el control de su sistema de software y los componentes que guían y soportan los materiales de corte. Además, las máquinas de corte por láser de fibra pueden equiparse con diferentes tamaños y cabezales de corte potentes. Según sus necesidades específicas y su máquina de corte por láser personalizada, puede lograr el rendimiento y los resultados esperados.
Clasificación de la tecnología de corte por láser y principio de funcionamiento de la máquina de corte por láser
Corte por vaporización láser
La pieza de trabajo se calienta mediante un rayo láser de alta densidad de energía y la temperatura aumenta rápidamente. El material alcanza su punto de ebullición en poco tiempo y comienza a evaporarse para formar vapor. Estos vapores se expulsan a altas velocidades y forman estrechas rendijas en el material a medida que son expulsados. El calor de evaporación de los materiales suele ser elevado, por lo que el corte por gasificación por láser requiere una mayor potencia y densidad de potencia.
El corte por vaporización por láser se utiliza comúnmente para cortar materiales metálicos y no metálicos muy finos.
Corte por fusión por láser
Cuando se funde y corta con láser, el material metálico se funde mediante calentamiento con láser y luego se rocía gas no oxidante a través de una boquilla coaxial con el haz de luz. El metal líquido se descarga a través de la fuerte presión del gas para formar una rendija. La fusión y el corte por láser no requieren la evaporación completa del metal y la energía requerida es solo 1/10 de la del corte por evaporación.
El corte por fusión por láser se utiliza principalmente para cortar algunos materiales no oxidables o metales activos.
Corte por láser con oxígeno
El principio del corte con oxígeno por láser es similar al del corte con oxígeno y acetileno. Utiliza láser como fuente de calor de precalentamiento y gases activos como el oxígeno como gases de corte. El gas inyectado reacciona con el metal de corte por un lado, generando una gran cantidad de calor de oxidación. Por otro lado, los óxidos fundidos y los materiales fundidos salen expulsados de la zona de reacción, formando huecos en el metal. Debido a la oxidación generada durante el proceso de corte, se genera una gran cantidad de calor y la energía requerida para el corte por láser con oxígeno es solo la mitad de la que se necesita para fundir y cortar, mientras que la velocidad de corte es mucho más rápida que la del corte por vaporización con láser y corte por fusión. El corte con oxígeno por láser se utiliza principalmente en máquinas de corte por láser de metales para cortar materiales metálicos que se oxidan fácilmente, como acero al carbono, acero de titanio y acero tratado térmicamente.
Corte controlado por fractura
El corte controlado por fractura también se conoce como agrietamiento por tensión térmica. Es adecuado para cortar materiales quebradizos. Cuando se aplica una fuerza o temperatura incontroladas, los materiales frágiles a menudo se fracturan en fragmentos. El corte con control de fracturas enfoca un rayo láser muy estrecho en la superficie de una pieza de trabajo pequeña. Generará un gradiente térmico que provocará la aparición de grietas en la pieza de trabajo en ese lugar. Luego, el láser se mueve de manera muy rápida y controlable para propagar las grietas a lo largo de la incisión.
Al cortar vidrio y cerámica, generalmente se utiliza el corte con control de fracturas. El láser no penetró completamente el espesor del material. Sólo se cortó una porción del espesor, mientras que el resto se separó por rotura.
Corte invisible
El corte invisible es una tecnología avanzada de corte por láser que se utiliza para cortar chips semiconductores. Funciona en dos etapas: etapa de irradiación láser y etapa de expansión. El láser no funde la pieza de trabajo porque produce material fundido no deseado. Por el contrario, la etapa de irradiación utiliza una longitud de onda láser que atraviesa completamente la pieza de trabajo.
Sin embargo, esta longitud de onda genera deformaciones internas y grietas en la pieza de trabajo. Luego, la etapa de expansión genera tensión de expansión en la pieza de trabajo. Esta tensión divide la pieza de trabajo en muchos bloques en el área del defecto interno. El resultado final es una oblea de corte limpio y sin residuos.
Clasificación vectorial
El grabado vectorial es una técnica de corte por láser que se utiliza para tallar piezas de trabajo. El láser no penetra todo el espesor del material. Por el contrario, el láser seguirá la dirección especificada por el vector.
Al desenfocar el rayo láser, se puede ajustar fácilmente el grosor del tallado. También se puede ajustar la profundidad del tallado. El tallado vectorial puede crear diseños complejos que son simples y rectos.
Las máquinas de corte por láser normalmente constan de los siguientes componentes
- Láser: se refiere a un generador láser, conversión electroóptica y equipo que emite energía láser.
- Cabezal de corte: incluye piezas como boquilla, lente de enfoque y software del sistema de seguimiento de enfoque.
- Componente de transmisión de luz: mapeo de lentes reflectantes para proporcionar la orientación necesaria para la guía láser.
- Sistema CNC: controla la máquina herramienta para lograr el movimiento de los ejes X, Y y Z, al mismo tiempo que controla la potencia de salida del láser.
- Sistema de refrigeración: un dispositivo de refrigeración circulante que se utiliza para enfriar el láser y el cabezal de corte, eliminando el calor innecesario para mantener el funcionamiento normal del equipo y garantizando una calidad de transmisión suave del haz.
- Regulador de voltaje: estabiliza el voltaje de alimentación de los equipos de corte por láser, asegurando un funcionamiento suave y un efecto protector.
- Compresor de aire: Durante el corte de aire, proporciona un dispositivo de fuente de aire para que el equipo garantice la presión y el caudal requeridos.
- Tanque de almacenamiento de gas: incluye el tanque de gas de material y el tanque de gas auxiliar durante el funcionamiento de la máquina de corte por láser, que se utiliza para llenar el gas químico causado por las fluctuaciones del láser y proporcionar gas auxiliar para los cabezales de corte.
- Dispositivo de filtrado: se utiliza para proporcionar gas seco limpio al generador láser y al canal de luz para mantener el funcionamiento normal del canal y la lente reflectora.
- Equipos de eliminación de polvo: Extraen el polvo y el humo generados durante la producción y procesamiento, y los filtran.
En una máquina de corte por láser, el cabezal de corte por láser se mueve sobre la placa de metal con la forma de la pieza deseada, cortando así la pieza de la placa. El sistema de control de altura capacitivo mantiene una distancia muy precisa entre el extremo de la boquilla y la placa de corte. Esta distancia es importante porque determina la posición del foco con respecto a la superficie de la placa. La calidad del corte puede verse afectada al subir o bajar el foco desde arriba, en o debajo de la superficie de la lámina de metal.
El principio de funcionamiento de una máquina de corte por láser es enfocar el rayo láser en una pieza de material. La potencia del láser es tan alta que, cuando se enfoca, elevará la temperatura del material a cortar a una temperatura suficientemente alta, derritiendo o evaporando así el material en un área pequeña donde se enfoca el rayo. Por lo general, se utilizan gases auxiliares para ayudar a expulsar los materiales fundidos del área de corte. Esto es especialmente cierto al cortar láminas gruesas como metal o madera contrachapada.
Para cortar la forma, mueva el cabezal del láser y use algún tipo de pórtico para colocar el haz en el nuevo material, cortando así una línea en lugar de un pequeño orificio. Los tipos de sistemas de movimiento incluyen cremalleras y piñones, husillos de bolas y motores lineales. Los motores lineales son los más caros, pero tienen la velocidad más rápida y la mayor precisión. El piñón y cremallera proporcionan casi la misma velocidad y precisión, pero a un precio más bajo. Algunos pequeños entusiastas del láser también pueden utilizar correas de distribución y motores paso a paso para mover sus cabezales láser. En cualquier caso, un sistema con retroalimentación de servo y codificador puede mejorar en gran medida la precisión del sistema de corte por láser, y el marco rígido también puede aislarse de las vibraciones.
Para las operaciones de corte por láser, es importante elegir una longitud de onda que sea altamente absorbente del material a cortar.
Cuando la energía del láser se dirige a la superficie del material, el material absorbe tanta energía que rápidamente se calienta más allá de su temperatura de fusión y alcanza su temperatura de degradación.
A la temperatura de degradación, el material se descompondrá y descompondrá. Cuando se produce esta situación se suele liberar humo.
El borde de la incisión puede calentarse a un nivel más bajo y, de hecho, fundirse y modificarse. En realidad, esto se puede utilizar como un mecanismo de sellado útil para materiales de fibra, como para evitar hilos.
Cuando la máquina de corte por láser está funcionando, lo mejor es inclinar el láser para que el humo generado durante el proceso de corte no se acumule en forma de hollín en los componentes ópticos del láser. Además, al cortar (o soldar) superficies altamente reflectantes, es importante evitar que el rayo láser se refleje desde la superficie hacia los componentes ópticos del láser, lo que podría dañarlos.
El proceso de trabajo de la máquina de corte por láser CNC
La tecnología de procesamiento láser proporciona muchas funciones diferentes para diferentes industrias. Independientemente de las características de estas máquinas, su flujo de trabajo básico es el mismo. Los siguientes son los pasos de trabajo de una máquina láser CNC:
Cargar código G
Cuando el operador carga el código G en el sistema, la máquina comienza a funcionar. El código G indica la dirección de movimiento de la máquina de corte por láser.
Generación de rayo láser
Una vez que la máquina comience a funcionar, el resonador láser generará un haz de luz. Para distintos tipos de láseres, el proceso de generación del láser puede ser diferente. El color del láser también puede ser diferente. Por ejemplo, en un láser de CO2, el generador láser emite luz infrarroja. Este tipo de rayo láser es completamente visible para el ojo humano.
Láser guía
El sistema direccional gira el rayo láser hacia el sistema de enfoque. Una serie de espejos pueden cambiar de dirección. Un dispositivo de flexión de haz dedicado también puede doblar el láser generado hacia el área de enfoque.
Enfoque láser
El sistema de enfoque reduce el ancho del rayo láser y aumenta su potencia. Esto se logra utilizando un cabezal de enfoque láser y una lente de enfoque. El sistema de enfoque también garantiza que el rayo láser enfocado sea completamente circular y esté libre de luz parásita. El rayo láser sale disparado de la máquina a través de una boquilla.
Corte de materiales
El rayo láser enfocado se guía hacia el material de la pieza. El punto de contacto se expone al rayo láser durante un tiempo suficiente para fundir el material. El tiempo de exposición varía según el espesor y tipo de material.
Movimiento del cabezal de corte
El sistema mecánico mueve el cabezal láser en la forma deseada según las instrucciones del código G. La velocidad de movimiento varía según el trabajo específico.
Conclusión
La tecnología de corte por láser CNC está a la vanguardia de la industria manufacturera y proporciona precisión, velocidad y versatilidad incomparables. Comprender el principio de funcionamiento de la máquina de corte por láser puede ayudar a los usuarios a saber qué tipo de máquina de corte por láser deben comprar. Con el desarrollo de la tecnología, empresas como SC están liderando la tendencia al brindar soluciones innovadoras para satisfacer las necesidades en constante cambio de la industria. No solo proporcionamos un único conjunto de Máquina cortadora por láser de fibra de chapa metálica a la venta pero también podemos diseñar y producir Sistema de carga y descarga para máquina de corte por láser. para cumplir con los requisitos de automatización de los clientes. Ya sea propietario de una pequeña empresa, aficionado o fabricante industrial, invertir en máquinas de corte por láser CNC puede cambiar sus operaciones y abrir nuevas posibilidades de diseño, creación de prototipos y producción.
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