Cort en làser
El tall en làser és una tècnica empleada per a tallar peces de chapa caracterisada que la seua font d'energia és un làser que concentra llum en la superfície de treball. Per a poder evacuar el material tallat és necessari l'aporte d'un gas a pressió com per eixemple oxigen, nitrogen o argón. És especialment adequat per al tall previ i per a la retallada de material sobrer podent desenrollar contorns complicats en les peces. Entre les principals ventages d'este tipo de fabricació de peces es pot mencionar que no és necessari dispondre de matrius de tall i permet efectuar ajusts de silueta. També entre les seues ventages es pot mencionar que l'accionament és robotizado per a poder mantindre constant la distància entre l'electrodo i la superfície exterior de la peça.[1]
Per a destacar com a punts desfavorables es pot mencionar que este procediment requerix una alta inversió en maquinària i quant més conductor del calor siga el material, major dificultat hi haurà per a tallar. El làser afecta tèrmicament al metal pero si la graduació és la correcta no deixa rebaba. Les peces a treballar es preferixen opaques i no polides perque reflectixen menys. Les gruixa més habituals varien entre els 0,5 i 6 mm per a acer i alumini. Els potències més habituals per a este método oscilen entre 3000 i 5000 W.
El tall per fes làser (LBC) és un procés de tall tèrmic que utilisa fundició o vaporisació altament localisada per a tallar el metal en la calor d'un fes de llum coherent, generalment en l'assistència d'un gas d'alta pressió. S'utilisa un gas d'assistència per a eliminar els materials fosos i volatilizados de la trayectòria de l'raer làser. En el procés de raig làser poden tallar-se materials metàlics i no metàlics. El fes d'eixida en freqüència es pulsa a potències màximes molt altes en el procés de tall, aumentant la velocitat de propagació de l'operació de cort.
Els dos tipos més comuns de làser industrial són diòxit de carbono (CO2) i granate d'alumini d'itri dopat en neodimi (Nd:YAG) (Làser de fibra). Un làser CO₂ utilisa un mig gaseós per a produir l'acció làser mentres que el Nd:YAG utilisa un material cristalí. El làser CO2 està disponible comercialment en potències de fins a 6kW i els sistemes Nd:YAG estan disponibles en fins a 6kW. En els làsers de fibra, la llum s'emet en una llongitut d'ona estreta que fa que la llum seguixca enfocada despuix de viajar a través de la fibra.[2]
Si es realisa en equip mecanisat, els talles làser brinden resultats altament reproduibles en esgambi de recalats angosts, mínimes zones afectades per la calor i pràcticament cap distorsió. El procés és flexible, fàcil d'automatisar i oferix altes velocitats de tall en excelent calitat, puix el làser té la capacitat d'operar perfils de cort molt complexos i en radis de curvatura molt menuts. Ademés, és una tecnologia neta, no contamina ni utilisa substàncies químiques. Els costs de l'equip són alts pero estan baixant a mida que la tecnologia de ressonadors és menys costosa.
Història
[editar | editar còdic]En 1965, es va utilisar la primera màquina de tall per làser per a perforar forats en els troquelar de diamants. Esta màquina va ser realisada pel Western Electric Engineering Research Center.[3] En 1967, els britànics varen ser pioners en el tall de metals per chorrada d'oxigen assistit per làser. En la década de 1970, esta tecnologia va ser posada en producció per a tallar titani en aplicacions aeroespacials. Al mateix temps, es varen adaptar làsers de CO2 per a tallar elements no metàlics, com el textil, ya que eren absorbits pels metals.
Tipos
[editar | editar còdic]Existixen tres tipos principals de làser utilisats en el cort per làser. El làser de CO2 és adequat per a tallar, trepar i gravar. Els làsers de neodimi (Nd) i de neodimi itri-alumini-granate (Nd:YAG) són idèntics en estil i només diferixen en la seua aplicació. El Nd s'utilisa per a trepat i a on es requerix alta energia pero baixa repetició. El làser Nd:YAG s'utilisa quan es necessita una potència molt alta i per al mandrinado i el gravat. Tant el làser CO2 com el Nd/Nd:YAG poden utilisar-se para soldadura.[4]
Els làsers de CO2 solen "bombejar-se" fent passar una corrent a través de la mescla de gasos (excitats per CC) o utilisant energia d'radiofrecuencia (excitats per RF). El método de RF és més recent i s'ha fet més popular. Ya que els dissenys de CC requerixen electrodos dins de la cavitat, poden sofrir erosió d'electrodos i recobriment de material d'electrodos en elements de vidre i òptica. Ya que els ressonadors de RF tenen electrodos externs, no són propensos a estos problemes. Els làsers CO2 s'utilisen per al tall industrial de molts materials, com a titani, acer inoxidable, acer dolç, alumini, plàstic, fusta, fusta d'ingenieria, cera, teixits i paper. Els làsers YAG s'utilisen principalment per a tallar i traçar metals i ceràmica.[5]
Ademés de la font d'energia, el tipo de fluix de gas també pot afectar al rendiment. Les variants comunes dels làsers de CO2 inclouen fluix axial ràpit, fluix axial llent, fluix travesser i llosa. En un ressonador de fluix axial ràpit, la mescla de diòxit de carbono, heli i nitrogen circula a gran velocitat per una turbina o soplante. Els làsers de fluix travesser fan circular la mescla de gasos a menor velocitat, per lo que requerixen un soplante més senzill. Els ressonadors refrigerats per llosa o difusió tenen un camp de gas estàtic que no requerix presurización ni cristaleria, lo que permet aforrar en turbines de recanvi i cristaleria.
El generador làser i l'òptica externa, inclosa la lent d'enfocament, requerixen refrigeració per a mantindre una temperatura adequada de funcionament. Segons el tamany i la configuració del sistema, la calor residual pot dissipar-se per mig d'un refrigerante o transferir-se directament a l'aire. L'aigua és un dels refrigerantes més utilisats i, per lo general, circula a través d'un enfriador o d'un sistema de transferència de calor.
Un "microchorro làser" és un làser guiat per chorrada d'aigua en el que un raig làser pulsat s'acopla a una chorrada d'aigua a baixa pressió. Açò s'usa per a realisar funcions de tall per làser mentres s'usa la chorrada d'aigua per a guiar el raig làser, com una fibra òptica, per mig de reflexió total interna. Les ventages d'açò són que l'aigua també elimina els rebujos i gela el material. Les ventages adicionals sobre el tall per làser "en sec" tradicional són les altes velocitats de tall en cubitos, kerf paralel i el tall omnidireccional.[6]
Els làser de fibra són un tipo de làser d'estat sòlit que està creixent ràpidament en l'indústria del tall de metals. A diferència de el CO2, la tecnologia fibra utilisa un mig de guany sòlit, a diferència d'un gas o un líquit. La "llavor làser" produïx el raig làser i després s'amplifica dins d'una fibra de vidre. En una llongitut d'ona de sol 1064 nanómetros, els làsers de fibra produïxen un punt extremadament chicotet (unes cent voltes més chicotet comparat en el del làser de CO2) la qual cosa ho convertix en una tecnologia ideal per a tallar metals reflectivos. Esta és una de les ventages principals del làser de fibra comparat en el de CO2.[7]
Les ventages del tall per mig de làser de fibra inclouen:-.
- Temps de processament ràpits.
- Reducció del consum d'energia i de les factures gràcies a una major eficiència.
- Major fiabilitat i rendiment - sense òptiques que ajustar o alinear i sense llànties que substituir.
- Manteniment mínim.
- La capacitat de processar materials altament reflectantes com el coure i el latón.
- Major productivitat - els menors costs operatius oferixen un major rendiment de la seua inversió.[8]
Procediment
[editar | editar còdic]
El tall tèrmic per làser consta de dos processos simultàneus. Per un costat, es basa en el fet de que el raig làser enfocat s'absorbix en el front de tall i proporciona aixina l'energia necessària per al tall. Per un atre costat, la tovera de tall disposta concéntricamente al làser proporciona el gas de procés o gas de bufat, que protegix l'òptica d'enfocament de vapors i salpicaduras i, ademés, impulsa el material eliminat fòra del tall. Depenent de la temperatura alcançada en la zona efectiva i del tipo de gas de procés suministrat, es produiran diferents estat d'agregació del material de la junta. Depenent de si el material es retira del recalat com a líquit, producte d'oxidació o vapor, es distinguix entre les tres variants Talle per fusió de fes làser, Talle per flama de fes làser i Talle per sublimació de fes làser.
Actualment, les gruixa màximes de chapa procesables para acer són d'uns 40 mm, para acer inoxidable d'uns 50 mm; l'alumini es talla fins a uns 25 mm en làser. En comparació a l'acer, és tècnicament més complex tallar alumini o coure, per eixemple, perque la major part de la radiació introduïda es reflectix inicialment i, per tant, es requerix una potència o densitat de fluix de potència molt major per a perforar. Encara que durant el tall s'absorbixca una major proporció de potència en el recalat de tall, el rendiment de cort és molt inferior al dels materials fèrrics, ya que la conductivitat tèrmica de l'alumini i el coure és molt major i no és decisiva l'oxidació de respal.
-
Seccions travesseres de kerfs en tall per plasma, cort per làser i oxicorte. -
Precisió en diferents gruixa de chapa Talle per flama, cort per plasma, cort per chorrada d'aigua, cort per làser i mecanisat per electroerosión (EDM) -
Velocitats de tall per a oxicorte, cort per làser i cort per plasma -
Cort per làser de coure en una màquina làser d'estat sòlit
El coure i atres metals en bona conductivitat tèrmica són difícils o impossibles de tallar en el làser de CO2. No obstant, açò no depén només de la conductivitat tèrmica, sino més be del fet de que una proporció molt gran de la radiació introduïda es reflectix i, per tant, el material a penes es calfa. No obstant, per a chapes metàliques primes es poden utilisar làsers Nd:YAG pulsats, en els que es poden tallar tots els materials.
El procés més crític en el tall per flama làser i fusió és la perforació. Du molt temps, ya que a sovint cal treballar en modo pulsat en una potencia làser media reduïda per a evitar la reflexió atrassera i les salpicaduras de metal que podrien posar en perill l'òptica d'enfocament. Les màquines làser modernes disponen de sensors que poden detectar quàn s'ha realisat un tall, en lo que s'aforra temps i es garantisa que el tall no comence ans que el material s'haja perforat per complet.
En tallar acer en làser, es produïx un enduriment en les vores de tall per les elevades diferències de temperatura. Açò pot donar lloc a problemes durant el processament posterior.
El material pla descansa sobre un soport (dents, puntes, talls) durant el tall, que deu complir vàries condicions:
- àrea de contacte lo més chicoteta possible: els residus o les peces chicotetes deuen caure a través d'ella.
- baixa reflexió atrassera - de lo contrari, possibles danys en les peces de treball des d'avall o també en la font del fes làser
- alta resistència a l'abrasió de l'raer làser - llarcs intervals de manteniment
Els processos es classifiquen del següent modo:
Cort per fusió en raig làser
[editar | editar còdic]En el tall per fusió, el recalat es forma fonent i expulsant contínuament el material de tall en un gas inerte o inerte. La chorrada de gas també evita que la superfície es oxide. Per raons de cost, s'utilisa principalment nitrogen, en menys freqüència argón o heli. Les pressions de gas alcancen fins a 22 bar (cort a alta pressió gas inerte). Pel baix grau d'absorció del material, les velocitats de tall durant el tall per fusió, etc. depenent de la potencia làser disponible. En un CO2 de 5 kW -El sistema de tall per làser alcança una velocitat de cort típica d'1,1 m/min en acer inoxidable 1.4301 de 10 mm de gruixa.[9] El procés s'usa principalment quan es requerixen corts sense òxit per a acer inoxidable. Les aleacions d'alumini i aleacions no ferrosas d'alt punt de fusió són una atra aplicació Inclús l'acer de construcció normal en una gruixa de fins a aproximadament 6 a 10 mm a voltes es talla en nitrogen, ya que les vores tallades llavors ya no és necessari tornar a treballar per a pintar o recobrir en pols posteriorment.
L'alta calitat de cort es caracterisa per un escàs estriado en les vores de tall i l'absència de rebabas en la part inferior del tall. Ací, el raig làser licua el material no només en el front de tall, sino de forma semicircular fins a les vores de cort. Per l'alvanç continu i a la fusió resultant del material, este pot solidificarse en les vores de cort. La solidificació es produïx en ones, lo que definix l'estructura característica de la regata o la rugosidad del tall. La formació de escoria o rebabas es deu a que les forces motrius del fluix de gas són insuficients, per lo que la massa fosa no pot expulsar-se completament. Les gotes de massa fosa en la vora inferior del tall poden solidificarse i formar una rebaba més o menys adherente. Els paràmetros que influïxen en la calitat del tall són la posició del foc, la velocitat d'alvanç, la potència del làser, la distribució de l'intensitat i la pressió del gas de cort.
Cort per sublimació làser
[editar | editar còdic]La traça característica del tall per sublimació és la vaporisació o pirólisis del material calfat i el bufat immediat dels vapors. Els materials sense un estat fos definit són el principal camp d'acció del tall per sublimació; pot tractar-se tant de materials inorgànics com a orgànics. Ací es produïx directament la transició de la matèria de l'estat sòlit al gaseós (Sublimació), és dir, sense que hi haja líquit de per mig. El gas de procés no només expulsa el vapor fòra del recalat, sino que també impedix que es condense en ella. Els materials típics són, per eixemple, la fusta, el cuiro, els textils i els plàstics homogéneus i reforçats en fibres.
En principi, els corts per sublimació no tenen rebabas. Els gasos produïts solen ser inflamables. Normalment s'utilisa aire o nitrogen com a gas de bufat. El oscurecimiento de les vores de tall en la fusta pot reduir-se pulsant, utilisant gas de bufat que continga oxigen (aire), un bon enfocament o un tall ràpit en suficient potència.
El PMMA pot mecanisar-se sense rebabas en vores de cort transparents i plans.
En làsers pulsats d'alta potència de pico i a alta densitat de fluix de potència, també es poden ablacionar materials casi lliures d'una zona de fusió o afectada per la calor que normalment no es subliman.
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Electrotècnia Volum 1 de Cicles formatius, Edicions AKAL, 2001, pp. 542 de 560. ISBN 9788446013464.
- ↑ «a-metal-de-fibra-per-que-invertir-en-una/ Cortadora làser per a metal de fibra. ¿Per qué deuries invertir en una?» (en és). Màquines de tall i gravat làser CNC. Consultat el 2022-09-16.
- ↑ Bromberg 1991, p. 202
- ↑ Todd, p. 186.
- ↑ «¿Qué és el tall per làser? | Procés de tall per làser». Archivat des d'el original, el 6 de març de 2023.
- ↑ Perrottet, D et al., "Heat damage-free Laser-Microjet cutting achieves highest die fracture strength", Photon Processing in Microelectronics and Photonics IV, edited by J. Fieret, et al., Proc. SPIE Vol. 5713 (SPIE, Bellingham, WA, 2005)
- ↑ How Fiber Laser Technology Compares to CO2 - Boss Laser Blog (in (en-US)), Boss Laser Blog.
- ↑ Fisher, Adam. «Làsers de fibra òptica». CTR Lasers.
- ↑ [Informe anual de l'Institut Fraunhofer de tecnologia làser ILT 2005] (PDF; 2,7 MB) Cort per fusió en un làser de fibra de kW (cort per fusió en un làser de fibra de 5 kW), pàgina 70 (anglés).
Bibliografia
[editar | editar còdic]- Fabricació de peces per deformació plàstica i per sinterizado - Escola Tècnica Superior d´Enginyeria Industrial de Barcelona - Universitat Politècnica de Catalunya. Cayetano Serra Alcolea, Lluis Costa Herrero, Irene Buj Corral, Joan Vivancos Calvet
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Corte con láser» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.