En 1965, se utilizó la primera máquina de corte por láser para perforar agujeros en los troqueles de diamantes. Esta máquina fue realizada por el Western Electric Engineering Research Center").[4]​ En 1967, los británicos fueron pioneros en el corte de metales por chorro de oxígeno asistido por láser. En la década de 1970, esta tecnología fue puesta en producción para cortar titanio en aplicaciones aeroespaciales. Al mismo tiempo, se adaptaron láseres de CO para cortar elementos no metálicos, como el textil, ya que eran absorbidos por los metales.

Existen tres tipos principales de láser utilizados en el corte por láser. El láser de CO2 es adecuado para cortar, taladrar y grabar. Los láseres de neodimio (Nd) y de neodimio itrio-aluminio-granate") (Nd:YAG")) son idénticos en estilo y sólo difieren en su aplicación. El Nd se utiliza para taladrado y donde se requiere alta energía pero baja repetición. El láser Nd:YAG se utiliza cuando se necesita una potencia muy alta y para el mandrinado y el grabado. Tanto el láser CO como el Nd/Nd:YAG pueden utilizarse para soldadura.[5]​.

Los láseres de CO suelen "bombearse" haciendo pasar una corriente a través de la mezcla de gases (excitados por CC) o utilizando energía de radiofrecuencia (excitados por RF). El método de RF es más reciente y se ha hecho más popular. Dado que los diseños de CC requieren electrodos dentro de la cavidad, pueden sufrir erosión de electrodos y recubrimiento de material de electrodos en elementos de vidrio y óptica. Dado que los resonadores de RF tienen electrodos externos, no son propensos a estos problemas.

Los láseres CO se utilizan para el corte industrial de muchos materiales, como titanio, acero inoxidable, acero dulce, aluminio, plástico, madera, madera de ingeniería, cera, tejidos y papel. Los láseres YAG se utilizan principalmente para cortar y trazar metales y cerámica.[6]​.

Además de la fuente de energía, el tipo de flujo de gas también puede afectar al rendimiento. Las variantes comunes de los láseres de CO incluyen flujo axial rápido, flujo axial lento, flujo transversal y losa. En un resonador de flujo axial rápido, la mezcla de dióxido de carbono, helio y nitrógeno circula a gran velocidad por una turbina o soplante. Los láseres de flujo transversal hacen circular la mezcla de gases a menor velocidad, por lo que requieren un soplante más sencillo. Los resonadores refrigerados por losa o difusión tienen un campo de gas estático que no requiere presurización ni cristalería, lo que permite ahorrar en turbinas de recambio y cristalería.

El generador láser y la óptica externa (incluida la lente de enfoque) requieren refrigeración. Dependiendo del tamaño y la configuración del sistema, el calor residual puede transferirse mediante un refrigerante o directamente al aire. El agua es un refrigerante de uso común, que suele circular a través de un enfriador o un sistema de transferencia de calor.

Un "microchorro láser" es un láser guiado por chorro de agua en el que un rayo láser pulsado se acopla a un chorro de agua a baja presión. Esto se usa para realizar funciones de corte por láser mientras se usa el chorro de agua para guiar el rayo láser, como una fibra óptica, mediante reflexión total interna. Las ventajas de esto son que el agua también elimina los desechos y enfría el material. Las ventajas adicionales sobre el corte por láser "en seco" tradicional son las altas velocidades de corte en cubitos, kerf paralelo y el corte omnidireccional.[7]​.

Los láser de fibra") son un tipo de láser de estado sólido que está creciendo rápidamente en la industria del corte de metales. A diferencia del CO, la tecnología fibra utiliza un medio de ganancia sólido, a diferencia de un gas o un líquido. La "semilla láser" produce el rayo láser y luego se amplifica dentro de una fibra de vidrio. Con una longitud de onda de solo 1064 nanómetros, los láseres de fibra producen un punto extremadamente pequeño (unas cien veces más pequeño comparado con el del láser de CO) lo cual lo convierte en una tecnología ideal para cortar metales reflectivos. Esta es una de las ventajas principales del láser de fibra comparado con el de CO.[8]​.

Las ventajas del corte mediante láser de fibra incluyen:-.

Contenido

El corte térmico por láser consta de dos procesos simultáneos. Por un lado, se basa en el hecho de que el rayo láser enfocado se absorbe en el frente de corte y proporciona así la energía necesaria para el corte. Por otro lado, la tobera de corte dispuesta concéntricamente al láser proporciona el gas de proceso o gas de soplado, que protege la óptica de enfoque de vapores y salpicaduras y, además, impulsa el material eliminado fuera del corte. Dependiendo de la temperatura alcanzada en la zona efectiva y del tipo de gas de proceso suministrado, se producirán diferentes estado de agregación del material de la junta. Dependiendo de si el material se retira de la ranura como líquido, producto de oxidación o vapor, se distingue entre las tres variantes Corte por fusión de haz láser, Corte por llama de haz láser y Corte por sublimación de haz láser.

Actualmente, los espesores máximos de chapa procesables para acero son de unos 40 mm, para acero inoxidable de unos 50 mm; el aluminio se corta hasta unos 25 mm con láser. En comparación con el acero, es técnicamente más complejo cortar aluminio o cobre, por ejemplo, porque la mayor parte de la radiación introducida se refleja inicialmente y, por tanto, se requiere una potencia o densidad de flujo de potencia mucho mayor para perforar. Aunque durante el corte se absorba una mayor proporción de potencia en la ranura de corte, el rendimiento de corte es muy inferior al de los materiales férricos, ya que la conductividad térmica del aluminio y el cobre es mucho mayor y no es decisiva la oxidación de apoyo.

El cobre y otros metales con buena conductividad térmica son difíciles o imposibles de cortar con el láser de CO. Sin embargo, esto no depende sólo de la conductividad térmica, sino más bien del hecho de que una proporción muy grande de la radiación introducida se refleja y, por tanto, el material apenas se calienta. Sin embargo, para chapas metálicas delgadas se pueden utilizar láseres Nd:YAG pulsados, con los que se pueden cortar todos los materiales.

El proceso más crítico en el corte por llama láser y fusión es la perforación. Lleva mucho tiempo, ya que a menudo hay que trabajar en modo pulsado con una potencia láser media reducida para evitar la reflexión trasera y las salpicaduras de metal que podrían poner en peligro la óptica de enfoque. Las máquinas láser modernas disponen de sensores que pueden detectar cuándo se ha realizado un corte, con lo que se ahorra tiempo y se garantiza que el corte no comience antes de que el material se haya perforado por completo.

Al cortar acero con láser, se produce un endurecimiento en los bordes de corte debido a las elevadas diferencias de temperatura. Esto puede dar lugar a problemas durante el procesamiento posterior.

El material plano descansa sobre un soporte (dientes, puntas, filos) durante el corte, que debe cumplir varias condiciones:.

Los procesos se clasifican del siguiente modo:.

Corte por fusión con rayo láser

En el corte por fusión, la ranura se forma fundiendo y expulsando continuamente el material de corte con un gas inerte o inerte. El chorro de gas también evita que la superficie se oxide. Por razones de costo, se utiliza principalmente nitrógeno, con menos frecuencia argón o helio. Las presiones de gas alcanzan hasta 22 bar (corte a alta presión gas inerte). Debido al bajo grado de absorción "Absorción (química)") del material, las velocidades de corte durante el corte por fusión, etc. dependiendo de la potencia láser disponible. Con un CO de 5 kW -El sistema de corte por láser alcanza una velocidad de corte típica de 1,1 m/min con acero inoxidable 1.4301 de 10 mm de espesor.[10]​ El proceso se usa principalmente cuando se requieren cortes sin óxido para acero inoxidable. Las aleaciones de aluminio y aleaciones no ferrosas de alto punto de fusión son otra aplicación Incluso el acero de construcción normal con un espesor de hasta aproximadamente 6 a 10 mm a veces se corta con nitrógeno, ya que los bordes cortados entonces ya no es necesario volver a trabajar para pintar o recubrir con polvo posteriormente.

La alta calidad de corte se caracteriza por un escaso estriado en los bordes de corte y la ausencia de rebabas en la parte inferior del corte. Aquí, el rayo láser licua el material no sólo en el frente de corte, sino de forma semicircular hasta los bordes de corte. Debido al avance continuo y a la fusión resultante del material, éste puede solidificarse en los bordes de corte. La solidificación se produce en ondas, lo que define la estructura característica del surco o la rugosidad del corte. La formación de escoria o rebabas se debe a que las fuerzas motrices del flujo de gas son insuficientes, por lo que la masa fundida no puede expulsarse completamente. Las gotas de masa fundida en el borde inferior del corte pueden solidificarse y formar una rebaba más o menos adherente. Los parámetros que influyen en la calidad del corte son la posición del foco, la velocidad de avance, la potencia del láser, la distribución de la intensidad y la presión del gas de corte.

Corte por sublimación láser

El rasgo característico del corte por sublimación es la vaporización o pirólisis del material calentado y el soplado inmediato de los vapores. Los materiales sin un estado fundido definido son el principal campo de acción del corte por sublimación; puede tratarse tanto de materiales inorgánicos como orgánicos. Aquí se produce directamente la transición de la materia del estado sólido al gaseoso (Sublimación "Sublimación (Física)")), es decir, sin que haya líquido de por medio. El gas de proceso no sólo expulsa el vapor fuera de la ranura, sino que también impide que se condense en ella. Los materiales típicos son, por ejemplo, la madera, el cuero, los textiles y los plásticos homogéneos y reforzados con fibras.

En principio, los cortes por sublimación no tienen rebabas. Los gases producidos suelen ser inflamables. Normalmente se utiliza aire o nitrógeno como gas de soplado. El oscurecimiento de los bordes de corte en la madera puede reducirse pulsando, utilizando gas de soplado que contenga oxígeno (aire), un buen enfoque o un corte rápido con suficiente potencia.

El PMMA puede mecanizarse sin rebabas con bordes de corte transparentes y lisos.

Con láseres pulsados de alta potencia de pico y a alta densidad de flujo de potencia, también se pueden ablacionar materiales casi libres de una zona de fusión o afectada por el calor que normalmente no se subliman.

En 1965, se utilizó la primera máquina de corte por láser para perforar agujeros en los troqueles de diamantes. Esta máquina fue realizada por el Western Electric Engineering Research Center").[4]​ En 1967, los británicos fueron pioneros en el corte de metales por chorro de oxígeno asistido por láser. En la década de 1970, esta tecnología fue puesta en producción para cortar titanio en aplicaciones aeroespaciales. Al mismo tiempo, se adaptaron láseres de CO para cortar elementos no metálicos, como el textil, ya que eran absorbidos por los metales.

Existen tres tipos principales de láser utilizados en el corte por láser. El láser de CO2 es adecuado para cortar, taladrar y grabar. Los láseres de neodimio (Nd) y de neodimio itrio-aluminio-granate") (Nd:YAG")) son idénticos en estilo y sólo difieren en su aplicación. El Nd se utiliza para taladrado y donde se requiere alta energía pero baja repetición. El láser Nd:YAG se utiliza cuando se necesita una potencia muy alta y para el mandrinado y el grabado. Tanto el láser CO como el Nd/Nd:YAG pueden utilizarse para soldadura.[5]​.

Los láseres de CO suelen "bombearse" haciendo pasar una corriente a través de la mezcla de gases (excitados por CC) o utilizando energía de radiofrecuencia (excitados por RF). El método de RF es más reciente y se ha hecho más popular. Dado que los diseños de CC requieren electrodos dentro de la cavidad, pueden sufrir erosión de electrodos y recubrimiento de material de electrodos en elementos de vidrio y óptica. Dado que los resonadores de RF tienen electrodos externos, no son propensos a estos problemas.

Los láseres CO se utilizan para el corte industrial de muchos materiales, como titanio, acero inoxidable, acero dulce, aluminio, plástico, madera, madera de ingeniería, cera, tejidos y papel. Los láseres YAG se utilizan principalmente para cortar y trazar metales y cerámica.[6]​.

Además de la fuente de energía, el tipo de flujo de gas también puede afectar al rendimiento. Las variantes comunes de los láseres de CO incluyen flujo axial rápido, flujo axial lento, flujo transversal y losa. En un resonador de flujo axial rápido, la mezcla de dióxido de carbono, helio y nitrógeno circula a gran velocidad por una turbina o soplante. Los láseres de flujo transversal hacen circular la mezcla de gases a menor velocidad, por lo que requieren un soplante más sencillo. Los resonadores refrigerados por losa o difusión tienen un campo de gas estático que no requiere presurización ni cristalería, lo que permite ahorrar en turbinas de recambio y cristalería.

El generador láser y la óptica externa (incluida la lente de enfoque) requieren refrigeración. Dependiendo del tamaño y la configuración del sistema, el calor residual puede transferirse mediante un refrigerante o directamente al aire. El agua es un refrigerante de uso común, que suele circular a través de un enfriador o un sistema de transferencia de calor.

Un "microchorro láser" es un láser guiado por chorro de agua en el que un rayo láser pulsado se acopla a un chorro de agua a baja presión. Esto se usa para realizar funciones de corte por láser mientras se usa el chorro de agua para guiar el rayo láser, como una fibra óptica, mediante reflexión total interna. Las ventajas de esto son que el agua también elimina los desechos y enfría el material. Las ventajas adicionales sobre el corte por láser "en seco" tradicional son las altas velocidades de corte en cubitos, kerf paralelo y el corte omnidireccional.[7]​.

Los láser de fibra") son un tipo de láser de estado sólido que está creciendo rápidamente en la industria del corte de metales. A diferencia del CO, la tecnología fibra utiliza un medio de ganancia sólido, a diferencia de un gas o un líquido. La "semilla láser" produce el rayo láser y luego se amplifica dentro de una fibra de vidrio. Con una longitud de onda de solo 1064 nanómetros, los láseres de fibra producen un punto extremadamente pequeño (unas cien veces más pequeño comparado con el del láser de CO) lo cual lo convierte en una tecnología ideal para cortar metales reflectivos. Esta es una de las ventajas principales del láser de fibra comparado con el de CO.[8]​.

Las ventajas del corte mediante láser de fibra incluyen:-.

Contenido

El corte térmico por láser consta de dos procesos simultáneos. Por un lado, se basa en el hecho de que el rayo láser enfocado se absorbe en el frente de corte y proporciona así la energía necesaria para el corte. Por otro lado, la tobera de corte dispuesta concéntricamente al láser proporciona el gas de proceso o gas de soplado, que protege la óptica de enfoque de vapores y salpicaduras y, además, impulsa el material eliminado fuera del corte. Dependiendo de la temperatura alcanzada en la zona efectiva y del tipo de gas de proceso suministrado, se producirán diferentes estado de agregación del material de la junta. Dependiendo de si el material se retira de la ranura como líquido, producto de oxidación o vapor, se distingue entre las tres variantes Corte por fusión de haz láser, Corte por llama de haz láser y Corte por sublimación de haz láser.

Actualmente, los espesores máximos de chapa procesables para acero son de unos 40 mm, para acero inoxidable de unos 50 mm; el aluminio se corta hasta unos 25 mm con láser. En comparación con el acero, es técnicamente más complejo cortar aluminio o cobre, por ejemplo, porque la mayor parte de la radiación introducida se refleja inicialmente y, por tanto, se requiere una potencia o densidad de flujo de potencia mucho mayor para perforar. Aunque durante el corte se absorba una mayor proporción de potencia en la ranura de corte, el rendimiento de corte es muy inferior al de los materiales férricos, ya que la conductividad térmica del aluminio y el cobre es mucho mayor y no es decisiva la oxidación de apoyo.

El cobre y otros metales con buena conductividad térmica son difíciles o imposibles de cortar con el láser de CO. Sin embargo, esto no depende sólo de la conductividad térmica, sino más bien del hecho de que una proporción muy grande de la radiación introducida se refleja y, por tanto, el material apenas se calienta. Sin embargo, para chapas metálicas delgadas se pueden utilizar láseres Nd:YAG pulsados, con los que se pueden cortar todos los materiales.

El proceso más crítico en el corte por llama láser y fusión es la perforación. Lleva mucho tiempo, ya que a menudo hay que trabajar en modo pulsado con una potencia láser media reducida para evitar la reflexión trasera y las salpicaduras de metal que podrían poner en peligro la óptica de enfoque. Las máquinas láser modernas disponen de sensores que pueden detectar cuándo se ha realizado un corte, con lo que se ahorra tiempo y se garantiza que el corte no comience antes de que el material se haya perforado por completo.

Al cortar acero con láser, se produce un endurecimiento en los bordes de corte debido a las elevadas diferencias de temperatura. Esto puede dar lugar a problemas durante el procesamiento posterior.

El material plano descansa sobre un soporte (dientes, puntas, filos) durante el corte, que debe cumplir varias condiciones:.

Los procesos se clasifican del siguiente modo:.

Corte por fusión con rayo láser

En el corte por fusión, la ranura se forma fundiendo y expulsando continuamente el material de corte con un gas inerte o inerte. El chorro de gas también evita que la superficie se oxide. Por razones de costo, se utiliza principalmente nitrógeno, con menos frecuencia argón o helio. Las presiones de gas alcanzan hasta 22 bar (corte a alta presión gas inerte). Debido al bajo grado de absorción "Absorción (química)") del material, las velocidades de corte durante el corte por fusión, etc. dependiendo de la potencia láser disponible. Con un CO de 5 kW -El sistema de corte por láser alcanza una velocidad de corte típica de 1,1 m/min con acero inoxidable 1.4301 de 10 mm de espesor.[10]​ El proceso se usa principalmente cuando se requieren cortes sin óxido para acero inoxidable. Las aleaciones de aluminio y aleaciones no ferrosas de alto punto de fusión son otra aplicación Incluso el acero de construcción normal con un espesor de hasta aproximadamente 6 a 10 mm a veces se corta con nitrógeno, ya que los bordes cortados entonces ya no es necesario volver a trabajar para pintar o recubrir con polvo posteriormente.

La alta calidad de corte se caracteriza por un escaso estriado en los bordes de corte y la ausencia de rebabas en la parte inferior del corte. Aquí, el rayo láser licua el material no sólo en el frente de corte, sino de forma semicircular hasta los bordes de corte. Debido al avance continuo y a la fusión resultante del material, éste puede solidificarse en los bordes de corte. La solidificación se produce en ondas, lo que define la estructura característica del surco o la rugosidad del corte. La formación de escoria o rebabas se debe a que las fuerzas motrices del flujo de gas son insuficientes, por lo que la masa fundida no puede expulsarse completamente. Las gotas de masa fundida en el borde inferior del corte pueden solidificarse y formar una rebaba más o menos adherente. Los parámetros que influyen en la calidad del corte son la posición del foco, la velocidad de avance, la potencia del láser, la distribución de la intensidad y la presión del gas de corte.

Corte por sublimación láser

El rasgo característico del corte por sublimación es la vaporización o pirólisis del material calentado y el soplado inmediato de los vapores. Los materiales sin un estado fundido definido son el principal campo de acción del corte por sublimación; puede tratarse tanto de materiales inorgánicos como orgánicos. Aquí se produce directamente la transición de la materia del estado sólido al gaseoso (Sublimación "Sublimación (Física)")), es decir, sin que haya líquido de por medio. El gas de proceso no sólo expulsa el vapor fuera de la ranura, sino que también impide que se condense en ella. Los materiales típicos son, por ejemplo, la madera, el cuero, los textiles y los plásticos homogéneos y reforzados con fibras.

En principio, los cortes por sublimación no tienen rebabas. Los gases producidos suelen ser inflamables. Normalmente se utiliza aire o nitrógeno como gas de soplado. El oscurecimiento de los bordes de corte en la madera puede reducirse pulsando, utilizando gas de soplado que contenga oxígeno (aire), un buen enfoque o un corte rápido con suficiente potencia.

El PMMA puede mecanizarse sin rebabas con bordes de corte transparentes y lisos.

Con láseres pulsados de alta potencia de pico y a alta densidad de flujo de potencia, también se pueden ablacionar materiales casi libres de una zona de fusión o afectada por el calor que normalmente no se subliman.