4 tipos de cortadores láser: debe familiarizarse con ellos

Cortadoras láser Son una clase de máquinas herramienta de control numérico potente y versátil. Se utilizan en prácticamente todas las industrias para corte, grabado y marcado de alta precisión y alto rendimiento, desde el corte doméstico de tarjetas y papel hasta la construcción naval y la ingeniería pesada. Aplican radiación láser bien colimada y enfocada para perforar o grabar materiales, con precisión controlada por CNC y alta productividad. Existen varios tipos de láseres que se utilizan comúnmente en el corte por láser, cada uno con sus características y aplicaciones específicas, lo que lo hace apto para nichos de mercado específicos.

En los equipos de corte láser se utilizan cuatro tipos principales de láser, con una amplia gama de potencias, desde unos pocos mW hasta más de 100 kW. Su variedad de longitudes de onda de emisión los hace adecuados para tipos de materiales específicos. Además, existen factores operativos que hacen que algunos tipos de láser se adapten especialmente bien a sectores de mercado limitados, sin que exista una solución universal.

4 tipos comunes de cortadoras láser

Cortadora láser de fibra

cortadoras láser de fibra Se utilizan principalmente para cortar y grabar piezas metálicas. Ofrecen varias ventajas sobre otros tipos de láseres, lo que los convierte en una opción lógica en aplicaciones industriales.

Los láseres de fibra reciben su nombre de la fibra óptica dopada químicamente que se utiliza para inducir la acción láser y suministrar la energía al punto de corte. La fuente láser comienza con un láser cebador, generalmente de tipo diodo, que inyecta un haz de baja potencia en la fibra. Este haz se amplifica dentro de la fibra óptica, dopada con tierras raras como el iterbio (Yb) o el erbio (Er). El proceso de dopaje induce la fibra a actuar como medio de ganancia, amplificando el haz láser mediante excitaciones/emisiones en cascada.

Los láseres de fibra emiten una longitud de onda en el espectro infrarrojo cercano, de aproximadamente 1,06 μm. Esta longitud de onda es absorbida completamente por los metales, lo que los hace especialmente adecuados para cortar y grabar este tipo de materiales, incluso los problemáticos metales reflectantes. 

Una de las ventajas particulares de los láseres de fibra es la excepcional calidad de su haz. Esta calidad determina su capacidad para producir una aplicación de radiación altamente focalizada y, por lo tanto, una trayectoria de corte más pequeña y precisa, así como una mayor energía específica (energía por unidad de área). Esto también implica una menor divergencia del haz, lo que permite cortes con menor apertura al aumentar el espesor del objetivo.

Los láseres de fibra son reconocidos por ofrecer mayor velocidad de corte y productividad. Esto también contribuye a un menor consumo de energía en comparación con otros tipos de láseres. Los láseres de fibra generalmente están optimizados para cortar metales, como acero inoxidable, acero al carbono, aluminio, cobre, latón y diversas aleaciones. No son tan efectivos para cortar materiales no metálicos como madera, acrílico o plásticos, que se cortan con mayor eficacia con láseres de CO2. Los láseres de fibra con mayor potencia también pueden procesar metales más gruesos con eficacia.

Los láseres de fibra poseen una construcción elegante, sencilla y robusta, y una característica casi de estado sólido. Esto resulta en menores requisitos de mantenimiento en comparación con otras clasificaciones de láser. La ausencia de espejos y de algunos de los componentes focales más delicados minimiza los problemas de alineación, mejora la calidad del haz y prolonga su vida útil. Algunos modelos pueden proporcionar decenas de miles de horas de uso antes de requerir un mantenimiento significativo.

Los láseres de fibra son, en muchos aspectos, la opción óptima para tareas de corte/ablación y grabado de metales. Los factores clave que consolidan su viabilidad comercial incluyen: alto rendimiento, precisión excepcional y operatividad. y Eficiencia energética y bajo mantenimiento. Sus capacidades las convierten en la herramienta preferida en diversas industrias, como la automotriz, la aeroespacial, la electrónica y la manufactura, donde el procesamiento preciso y eficiente de metales es crucial.

Láseres de CO2

A pesar de ser los primeros dispositivos comercializados, los láseres de CO2 siguen utilizándose ampliamente en el sector. Se benefician de un menor CAPEX (aunque un OPEX mayor) y una alta versatilidad y aplicabilidad de materiales. Son especialmente adecuados para procesar materiales no metálicos con precisión y eficiencia moderadas. También se consideran viables en numerosas aplicaciones de corte de metales. Para el procesamiento de metales, el espectro de absorción es desfavorable, pero diversas soluciones alternativas ampliamente utilizadas pueden facilitar una mejor funcionalidad.

Los láseres de CO₂ son dispositivos de excitación de gas que utilizan una mezcla de dióxido de carbono (CO₂), nitrógeno (N₂) y helio (He) para producir el haz láser en una secuencia de cascada de energía. La fuente láser suele consistir en un tubo de destello de xenón o similar, que se excita mediante una descarga eléctrica para iniciar el proceso de emisión estimulada. Este proceso se caracteriza por tres transiciones de energía distintas, de las cuales solo la última implica la emisión de fotones. Las moléculas de N₂ alcanzan un estado energético superior que luego transmiten a las moléculas de CO₂, que emiten fotones al perder su energía de escisión al impactar con átomos de He.

Esta clase emite alrededor de 10,6 μm en el espectro infrarrojo lejano. Esta longitud de onda es fuertemente absorbida por materiales orgánicos como madera, plásticos, cuero, diversos tejidos, papel y algunos compuestos no metálicos, lo que resulta en un corte altamente eficiente, limpio y preciso.

Presentan una calidad de haz inferior a la de los láseres de fibra, lo que significa que el haz láser está menos enfocado. Esto se debe a la relativa complejidad óptica de los dispositivos y también es inherente al sistema de emisión de gas. Sin embargo, los avances en la tecnología láser de CO2 han mejorado la calidad del haz a lo largo de su larga vida útil. El haz suele generar un tamaño de punto mayor y una mayor divergencia que otros sistemas, lo que puede afectar considerablemente la precisión de los cortes.

Los láseres de CO2 gozan de amplia aceptación gracias a su versatilidad, su bajo coste de adquisición y su mayor consumo de energía por vatio de corte. Pueden ser considerablemente más lentos al cortar materiales metálicos gruesos que los láseres de fibra. Para materiales no metálicos, ofrecen una excelente velocidad de corte, lo que los hace adecuados para diseños complejos y una amplia gama de aplicaciones. Los láseres de CO2 requieren mayor mantenimiento que los de fibra debido a la presencia de espejos y otros componentes ópticos en su diseño. Además, la fuente láser primaria se degrada con el tiempo de uso. Requieren una limpieza regular del sistema óptico y una reorientación precisa para mantener su rendimiento.

Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre cortadoras láser de CO2.

Láseres Nd:YAG / Nd:YVO

Los láseres Nd:YAG (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio) y Nd:YVO (vanadato de itrio dopado con neodimio) son dispositivos de estado sólido fundamentalmente similares. Ambos emiten en el espectro infrarrojo cercano, diferenciándose por el medio en el que se produce la emisión estimulada. Son especialmente aplicables al corte y marcado de metales y una gama limitada de no metales.

Los láseres Nd:YAG y Nd:YVO son dispositivos láser de estado sólido estrechamente relacionados, dopados con iones de neodimio. En los láseres Nd:YAG, el medio láser son cristales de granate de itrio y aluminio dopados con iones de neodimio. En los láseres Nd:YVO, el medio láser son cristales de vanadato de itrio, dopados de forma similar con iones de neodimio. Al bombearse ópticamente (mediante un láser o una fuente de descarga), los iones de neodimio se excitan. Esto produce la emisión de luz láser, ya que pierden la energía de excitación.

Estos láseres emiten a una longitud de onda de 1,064 μm, mientras que los láseres de Nd:YVO emiten a 1,064 μm o 1,34 μm, diferenciándose según la orientación del cristal. Estas longitudes de onda se encuentran en el rango del infrarrojo cercano y son bien absorbidas por muchos metales, lo que los hace adecuados para aplicaciones de corte, grabado y marcado de metales. Los láseres de neodimio generalmente poseen una alta calidad de haz, baja divergencia y un tamaño de punto pequeño, lo que resulta en una alta energía específica.

Los láseres Nd:YAG y Nd:YVO son eficaces para cortar y procesar metales, especialmente láminas delgadas y materiales de alta precisión y menor calibre. Se utilizan mejor con metales, incluyendo los más reflectantes: acero inoxidable, acero al carbono, aluminio, latón y cobre. También son adecuados para cortar cerámica, plásticos y ciertos compuestos, pero no son adecuados para cortar otros materiales no metálicos. Estos tipos de láser son muy apreciados por su durabilidad y bajo mantenimiento, lo que mejora el tiempo de funcionamiento y el rendimiento comercial. Pueden proporcionar miles de horas de uso antes de requerir un mantenimiento mayor.

Láseres de diodo directo

Los láseres de diodo directo (o simplemente diodo) son un tipo de tecnología láser que utiliza uniones semiconductoras individuales para generar luz láser. Su penetración en el mercado está aumentando en aplicaciones industriales, como corte, soldadura y tratamiento de superficies. Un láser directo... láser de diodo Se basa en uniones semiconductoras, generalmente de arseniuro de galio (GaAs). Al aplicar una corriente de polarización directa al diodo, este emite luz por electroluminiscencia, sin necesidad de una fuente de luz para su iniciación. La luz emitida se guía y enfoca en un haz láser mediante elementos ópticos que forman una cavidad resonante de emisión estimulada con un semiespejo en un extremo, a través del cual se emite la energía láser.

Los láseres de diodo están disponibles en una gama de longitudes de onda, que varían según la selección del material semiconductor, los dopantes y el diseño de la cavidad resonante. Las longitudes de onda más comunes para los láseres de diodo directos utilizados en aplicaciones de corte se encuentran en el espectro infrarrojo cercano, entre 900 y 1100 nm (0,9 a 1,1 μm). Los sistemas de diodos alternativos pueden emitir en los rangos de longitud de onda azul y verde. La calidad del haz de los láseres de diodo directos puede variar considerablemente, aunque, en general, mejora con cada generación de dispositivos. A menudo, la calidad del haz no es comparable a la de los láseres de fibra o de CO₂.

Los láseres de diodo ofrecen una excelente eficiencia energética gracias a la baja pérdida de conversión de energía eléctrica en luz láser, lo que reduce considerablemente los costos operativos. Sin embargo, sus velocidades de corte suelen ser inferiores a las de los dispositivos basados en láser de fibra o CO2 cuando el espesor del material es mayor. Los láseres de diodo directos son adecuados para cortar diversos materiales, como metales, plásticos, compuestos y ciertos materiales no metálicos. Se consideran eficaces para el corte o la soldadura a alta velocidad de láminas metálicas delgadas, lo que los hace adecuados para industrias como la automotriz, la electrónica y la fabricación de chapa metálica. Esta familia de dispositivos presenta una construcción más simple y robusta que la mayoría de los demás tipos de láser, lo que se traduce en una mayor vida útil y menores requisitos de mantenimiento. Además, son de menor tamaño y requieren menos dispositivos auxiliares, lo que mejora aún más el mantenimiento y su idoneidad para aplicaciones móviles.

Conclusión

Estos son solo algunos ejemplos, y la elección de la cortadora láser depende de factores como los materiales a cortar, la precisión deseada y las aplicaciones previstas. Cada tipo de cortadora láser tiene sus ventajas y desventajas, por lo que es importante seleccionar la que mejor se adapte a las necesidades específicas de la tarea de corte.