Actualmente, las actividades de fabricación láser incluyen corte, soldadura, tratamiento térmico, revestimiento, deposición de vapor, grabado, trazado, recorte, recocido y endurecimiento por choque. Los procesos de fabricación láser compiten, tanto técnica como económicamente, con procesos de fabricación convencionales y no convencionales, como el mecanizado mecánico y térmico, la soldadura por arco, el mecanizado electroquímico y por descarga eléctrica (EDM), el corte por chorro de agua abrasivo, el corte por plasma y el oxicorte.
El corte por chorro de agua es un proceso que utiliza un chorro de agua a presión de hasta 60 000 libras por pulgada cuadrada (psi) para cortar materiales. A menudo, el agua se mezcla con un abrasivo como el granate, lo que permite cortar una mayor variedad de materiales con precisión, a escuadra y con un buen acabado de los bordes. Los chorros de agua son capaces de cortar numerosos materiales industriales, como acero inoxidable, Inconel, titanio, aluminio, acero para herramientas, cerámica, granito y placas de blindaje. Este proceso genera un nivel de ruido considerable.
La tabla que sigue contiene una comparación del corte de metales mediante el proceso de corte por láser de CO2 y el proceso de corte por chorro de agua en el procesamiento industrial de materiales.
§ Diferencias fundamentales en el proceso
§ Aplicaciones y usos típicos del proceso
§ Inversión inicial y costos operativos promedio
§ Precisión del proceso
§ Consideraciones de seguridad y entorno operativo
diferencias fundamentales en el proceso
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Método para impartir energía | Luz 10,6 m (alcance infrarrojo lejano) | Agua |
| Fuente de energía | Láser de gas | bomba de alta presión |
| Cómo se transmite la energía | Haz guiado por espejos (óptica volante); transmisión por fibra no factible para láser de CO2 | Las mangueras rígidas de alta presión transmiten la energía |
| Cómo se expulsa el material cortado | Chorro de gas, más gas adicional expulsa el material | Un chorro de agua a alta presión expulsa los residuos. |
| Distancia entre la boquilla y el material y tolerancia máxima permitida | Aproximadamente 0,2″ 0,004″, sensor de distancia, regulación y eje Z necesarios | Aproximadamente 0,12″ 0,04″, sensor de distancia, regulación y eje Z necesarios |
| Configuración física de la máquina | La fuente láser siempre se encuentra dentro de la máquina. | El área de trabajo y la bomba pueden ubicarse por separado. |
| Variedad de tamaños de mesa | De 8′ x 4′ a 20′ x 6.5′ | De 8′ x 4′ a 13′ x 6.5′ |
| Salida típica del haz en la pieza de trabajo | 1500 a 2600 vatios | De 4 a 17 kilovatios (4000 bar) |
Aplicaciones y usos típicos del proceso
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| usos típicos del proceso | Corte, perforación, grabado, ablación, estructuración, soldadura | Corte, ablación, estructuración |
| corte de material 3D | Resulta difícil debido a la rigidez del haz guiado y a la regulación de la distancia. | Parcialmente posible, ya que la energía residual detrás de la pieza de trabajo se destruye. |
| Materiales que pueden cortarse mediante este proceso | Todos los metales (excepto los altamente reflectantes), todos los plásticos, el vidrio y la madera se pueden cortar. | Mediante este proceso se pueden cortar todos los materiales. |
| Combinaciones de materiales | Los materiales con diferentes puntos de fusión apenas se pueden cortar. | Es posible, pero existe peligro de delaminación. |
| Estructuras tipo sándwich con cavidades | Esto no es posible con un láser de CO2. | Capacidad limitada |
| Materiales de corte con acceso limitado o deteriorado | Rara vez es posible debido a la corta distancia y al gran cabezal de corte láser. | Limitado debido a la corta distancia entre la boquilla y el material |
| Propiedades del material cortado que influyen en el procesamiento | Características de absorción del material a 10,6 m | La dureza del material es un factor clave |
| Espesor de material a partir del cual el corte o el procesamiento resulta económico | De aproximadamente 0,12" a 0,4" según el material | ~0,4″ a 2,0″ |
| Aplicaciones comunes de este proceso | Corte de chapa plana de acero de espesor medio para el procesamiento de chapa metálica | Corte de piedra, cerámica y metales de mayor espesor |
Inversión inicial y costos operativos promedio
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Se requiere una inversión de capital inicial | 300.000 dólares con una bomba de 20 kW y una mesa de 6,5′ x 4′ | Más de 300.000 dólares |
| Piezas que se desgastarán | Vidrio protector, gas boquillas, además de los filtros de polvo y partículas. | Boquilla de chorro de agua, boquilla de enfoque y todos los componentes de alta presión como válvulas, mangueras y juntas. |
| Consumo energético medio del sistema de corte completo | Supongamos un láser de CO2 de 1500 vatios: Consumo de energía eléctrica: 24-40 kW Gas láser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gas de corte (O2, N2): 500-2000 l/h | Supongamos una bomba de 20 kW: Consumo de energía eléctrica: 22-35 kW Agua: 10 l/h Abrasivo: 36 kg/h Eliminación de residuos de corte |
Precisión del proceso
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Tamaño mínimo de la ranura de corte | 0,006″, dependiendo de la velocidad de corte | 0,02″ |
| Apariencia de la superficie de corte | La superficie de corte mostrará una estructura estriada. | Dependiendo de la velocidad de corte, la superficie cortada tendrá un aspecto similar al de un chorro de arena. |
| Grado de paralelismo de los bordes de corte | Bien; ocasionalmente mostrará bordes cónicos | Bien; se observa un efecto de "cola" en las curvas en el caso de materiales más gruesos. |
| tolerancia de procesamiento | Aproximadamente 0,002″ | Aproximadamente 0,008″ |
| Grado de rebaba en el corte | Solo se produce un desbarbado parcial | No se produce rebaba |
| Tensión térmica del material | En el material pueden producirse deformaciones, revenidos y cambios estructurales. | No se produce estrés térmico |
| Fuerzas que actúan sobre el material en la dirección del chorro de gas o agua durante el procesamiento | La presión del gas plantea problemas con la delgadez piezas de trabajo, distancia no se puede mantener | Alto: las piezas delgadas y pequeñas solo pueden procesarse de forma limitada. |
Consideraciones de seguridad y entorno operativo
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| seguridad personalRequisitos de equipamiento | Las gafas de protección láser no son absolutamente necesarias. | Se necesitan gafas de seguridad, protección auditiva y protección contra el contacto con chorros de agua a alta presión. |
| Producción de humo y polvo durante el procesamiento | Sí ocurre; los plásticos y algunas aleaciones metálicas pueden producir gases tóxicos. | No aplicable al corte por chorro de agua |
| Contaminación acústica y peligro | Muy bajo | Inusualmente alto |
| Requisitos de limpieza de la máquina debido a la suciedad del proceso | Limpieza baja | Limpieza alta |
| Reducción de los residuos producidos por el proceso | Los residuos del corte se presentan principalmente en forma de polvo que requiere extracción mediante aspiración y filtrado. | Se producen grandes cantidades de residuos de corte debido a la mezcla de agua con abrasivos. |