Las actividades de fabricación láser incluyen actualmente corte, soldadura, tratamiento térmico, revestimiento, deposición de vapor, grabado, rayado, recorte, recocido y endurecimiento por choque. Los procesos de fabricación láser compiten técnica y económicamente con los 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 se utiliza para cortar materiales mediante un chorro de agua a presión de hasta 60.000 libras por pulgada cuadrada (psi). A menudo, el agua se mezcla con un abrasivo como el granate, lo que permite cortar más materiales de forma limpia, con tolerancias estrechas, en ángulo recto y con un buen acabado de los bordes. Los chorros de agua pueden 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 siguiente tabla 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 de materiales industriales.
§ Diferencias fundamentales del 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 los procesos
| Sujeto | láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Método de impartir energía | Luz 10,6 m (rango infrarrojo lejano) | Agua |
| Fuente de energía | Láser de gas | Bomba de alta presión |
| Cómo se transmite la energía | Haz guiado por espejos (óptica voladora); 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 material de expulsión de gas adicional | Un chorro de agua a alta presión expulsa el material de desecho. |
| Distancia entre la boquilla y el material y tolerancia máxima admisible | Aproximadamente 0,2″ 0,004″, sensor de distancia, regulación y eje Z necesario | Aproximadamente 0,12″ 0,04″, sensor de distancia, regulación y eje Z necesario |
| Configuración física de la máquina | La fuente láser siempre se encuentra dentro de la máquina. | El área de trabajo y la bomba se pueden ubicar por separado. |
| Gama de tamaños de mesa | 8′ x 4′ a 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ a 13′ x 6,5′ |
| Salida de haz típica 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 | Difícil debido a la guía rígida del haz y la regulación de la distancia. | Parcialmente posible ya que se destruye la energía residual detrás de la pieza de trabajo. |
| Materiales que se pueden cortar mediante el proceso | Se pueden cortar todos los metales (excepto los altamente reflectantes), todos los plásticos, el vidrio y la madera. | Todos los materiales se pueden cortar mediante este proceso. |
| Combinaciones de materiales | Los materiales con diferentes puntos de fusión apenas se pueden cortar | Es posible, pero existe peligro de delaminación. |
| Estructuras sándwich con cavidades | Esto no es posible con un láser de CO2 | Capacidad limitada |
| Materiales de corte con acceso limitado o impedido | Rara vez es posible debido a la pequeña distancia y al gran cabezal de corte láser. | Limitado debido a la pequeña 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 del material en el que el corte o procesamiento es económico | ~0,12″ a 0,4″ dependiendo del material | ~0,4″ a 2,0″ |
| Aplicaciones comunes para 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 costes operativos medios
| Sujeto | láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Se requiere inversión de capital inicial | $300,000 con una bomba de 20 kW y una mesa de 6,5′ x 4′ | $300,000+ |
| Piezas que se desgastarán | Vidrio protector, gas boquillas, además de filtros para polvo y partículas | Boquilla de chorro de agua, boquilla de enfoque y todos los componentes de alta presión, como válvulas, mangueras y sellos. |
| Consumo medio de energía del sistema de corte completo | Supongamos un láser de CO2 de 1500 vatios: Uso 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: Uso 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″ |
| Aspecto de la superficie de corte | La superficie cortada mostrará una estructura estriada. | La superficie cortada parecerá haber sido pulida con chorro de arena, dependiendo de la velocidad de corte. |
| Grado de bordes cortados a completamente paralelos | Bueno; ocasionalmente mostrará bordes cónicos. | Bueno; hay 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 rebabas en el corte | Sólo se producen rebabas parciales | No se producen rebabas |
| Estrés térmico del material | Pueden producirse deformaciones, revenido y cambios estructurales en el material. | No se produce estrés térmico |
| Fuerzas que actúan sobre el material en dirección del chorro de gas o agua durante el procesamiento | Poses de presión de gas Problemas con la delgadez piezas de trabajo, distancia no se puede mantener | Alto: las piezas delgadas y pequeñas solo se pueden procesar de forma limitada |
Consideraciones de seguridad y entorno operativo
| Sujeto | láser de CO2 | Corte por chorro de agua |
| Seguridad personalrequisitos de equipo | Las gafas de seguridad con 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 | Ocurre; los plásticos y algunas aleaciones metálicas pueden producir gases tóxicos. | No aplicable para corte por chorro de agua. |
| Contaminación acústica y peligro | Muy bajo | Inusualmente alto |
| Requisitos de limpieza de la máquina debido al desorden del proceso | Poca limpieza | Alta limpieza |
| Reducción de residuos producidos por el proceso | Los residuos de corte se presentan principalmente en forma de polvo que requiere extracción por aspiración y filtrado. | Se producen grandes cantidades de residuos de corte debido a la mezcla de agua con abrasivos. |