Mecanizado y corte por láser y LBM

CORTE POR LÁSER is a FABRICACIÓN DE HAZ DE ALTA ENERGÍA tecnología que generalmente se usa para aplicaciones industriales y utiliza un láser para cortar materiales. En MECANIZADO POR RAYO LÁSER (LBM), una fuente láser enfoca la energía óptica en la superficie de la pieza de trabajo. El corte por láser dirige la salida altamente enfocada y de alta densidad de un láser de alta potencia, por computadora, al material a cortar. Luego, el material objetivo se derrite, se quema, se vaporiza o es expulsado por un chorro de gas, de manera controlada, dejando un borde con un acabado superficial de alta calidad. Nuestras cortadoras láser industriales son adecuadas para cortar material de láminas planas, así como materiales estructurales y de tuberías, piezas de trabajo metálicas y no metálicas. Por lo general, no se requiere vacío en los procesos de mecanizado y corte por rayo láser. Hay varios tipos de láseres que se utilizan en el corte y la fabricación por láser. La onda pulsada o continua CO2 LASER es adecuada para cortar, taladrar y grabar. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical en estilo y difieren sólo en la aplicación. El neodimio Nd se utiliza para mandrinado y donde se requiere alta energía pero baja repetición. El láser Nd-YAG, por otro lado, se usa donde se requiere una potencia muy alta y para perforar y grabar. Los láseres de CO2 y Nd/ Nd-YAG se pueden usar para LASER WELDING. Otros láseres que utilizamos en la fabricación incluyen Nd:GLASS, RUBY y EXCIMER. En el mecanizado por haz láser (LBM), los siguientes parámetros son importantes: La reflectividad y conductividad térmica de la superficie de la pieza de trabajo y su calor específico y calor latente de fusión y evaporación. La eficiencia del proceso de mecanizado por haz láser (LBM) aumenta con la disminución de estos parámetros. La profundidad de corte se puede expresar como:

 

t~P/(vxd)

 

Esto significa que la profundidad de corte “t” es proporcional a la potencia de entrada P e inversamente proporcional a la velocidad de corte v y al diámetro del punto del rayo láser d. La superficie producida con LBM es generalmente rugosa y tiene una zona afectada por el calor.

 

 

 

CORTE Y MECANIZADO POR LÁSER DE DIÓXIDO DE CARBONO (CO2): Los láseres de CO2 excitados por CC se bombean al pasar una corriente a través de la mezcla de gases, mientras que los láseres de CO2 excitados por RF utilizan energía de radiofrecuencia para la excitación. El método RF es relativamente nuevo y se ha vuelto más popular. Los diseños de CC requieren electrodos dentro de la cavidad y, por lo tanto, pueden tener erosión de electrodos y revestimiento de material de electrodo en la óptica. Por el contrario, los resonadores de RF tienen electrodos externos y, por lo tanto, no son propensos a esos problemas. Utilizamos láseres de CO2 en el corte industrial de muchos materiales, como acero dulce, aluminio, acero inoxidable, titanio y plásticos.

 

 

 

CORTE POR LÁSER YAG and MECANIZADO: Utilizamos láseres YAG para cortar y trazar metales y cerámica. El generador láser y la óptica externa requieren refrigeración. El calor residual es generado y transferido por un refrigerante o directamente al aire. El agua es un refrigerante común, por lo general circula a través de un enfriador o un sistema de transferencia de calor.

 

 

 

CORTE Y MECANIZADO POR LÁSER EXCIMER: Un láser excimer es un tipo de láser con longitudes de onda en la región ultravioleta. La longitud de onda exacta depende de las moléculas utilizadas. Por ejemplo, las siguientes longitudes de onda están asociadas con las moléculas que se muestran entre paréntesis: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Algunos láseres excimer son sintonizables. Los láseres excímeros tienen la propiedad atractiva de que pueden eliminar capas muy finas de material de la superficie casi sin calentar ni cambiar el resto del material. Por lo tanto, los láseres excimer son muy adecuados para el micromecanizado de precisión de materiales orgánicos, como algunos polímeros y plásticos.

 

 

 

CORTE LÁSER ASISTIDO POR GAS: A veces usamos rayos láser en combinación con una corriente de gas, como oxígeno, nitrógeno o argón para cortar materiales de lámina delgada. Esto se hace usando una ANTORCHA LASER-BEAM. Para el acero inoxidable y el aluminio utilizamos corte láser asistido por gas inerte de alta presión con nitrógeno. Esto da como resultado bordes libres de óxido para mejorar la soldabilidad. Estas corrientes de gas también eliminan el material fundido y vaporizado de las superficies de la pieza de trabajo.

 

 

 

En a LASER MICROJET CUTTING tenemos un láser guiado por chorro de agua en el que un rayo láser pulsado se acopla a un chorro de agua a baja presión. Lo usamos para realizar el corte por láser mientras usamos el chorro de agua para guiar el rayo láser, similar a una fibra óptica. Las ventajas del microchorro láser son que el agua también elimina los residuos y enfría el material, es más rápido que el corte láser "en seco" tradicional con velocidades de corte en cubos más altas, corte paralelo y capacidad de corte omnidireccional.

 

 

 

Desplegamos diferentes métodos en el corte mediante láser. Algunos de los métodos son vaporización, fundido y soplado, fundido soplado y quemado, agrietamiento por tensión térmica, trazado, corte en frío y quemado, corte por láser estabilizado.

 

- Corte por vaporización: El haz enfocado calienta la superficie del material hasta su punto de ebullición y crea un agujero. El agujero conduce a un aumento repentino de la capacidad de absorción y lo profundiza rápidamente. A medida que el agujero se hace más profundo y el material hierve, el vapor generado erosiona las paredes fundidas expulsando material y agrandando aún más el agujero. Los materiales que no se derriten, como la madera, el carbón y los plásticos termoestables, generalmente se cortan con este método.

 

- Corte por fusión y soplado: Utilizamos gas a alta presión para soplar el material fundido del área de corte, disminuyendo la potencia requerida. El material se calienta hasta su punto de fusión y luego un chorro de gas sopla el material fundido fuera de la ranura. Esto elimina la necesidad de elevar más la temperatura del material. Cortamos metales con esta técnica.

 

- Agrietamiento por tensión térmica: Los materiales frágiles son sensibles a la fractura térmica. Un haz se enfoca en la superficie causando calentamiento localizado y expansión térmica. Esto da como resultado una grieta que luego se puede guiar moviendo la viga. Utilizamos esta técnica en el corte de vidrio.

 

- Cortado sigiloso de obleas de silicio: La separación de chips microelectrónicos de obleas de silicio se realiza mediante el proceso de corte sigiloso, utilizando un láser Nd:YAG pulsado, la longitud de onda de 1064 nm se adapta bien a la banda prohibida electrónica de silicio (1,11 eV o 1117nm). Esto es popular en la fabricación de dispositivos semiconductores.

 

- Corte reactivo: también llamado corte por llama, esta técnica puede parecerse al corte con soplete de oxígeno pero con un rayo láser como fuente de ignición. Lo utilizamos para cortar acero al carbono en espesores superiores a 1 mm e incluso chapas de acero muy gruesas con poca potencia láser.

 

 

 

LOS LÁSER DE PULSOS nos proporcionan una ráfaga de energía de alta potencia durante un período corto y son muy efectivos en algunos procesos de corte por láser, como perforación, o cuando se requieren agujeros muy pequeños o velocidades de corte muy bajas. Si en su lugar se utilizara un rayo láser constante, el calor podría llegar al punto de fundir toda la pieza que se está mecanizando. Nuestros láseres tienen la capacidad de pulsar o cortar CW (onda continua) bajo control de programa NC (control numérico). Usamos LASERS DE DOBLE PULSO emitiendo una serie de pares de pulsos para mejorar la tasa de eliminación de material y la calidad del orificio. El primer pulso elimina material de la superficie y el segundo pulso evita que el material expulsado se vuelva a adherir al costado del orificio o corte.

 

 

 

Las tolerancias y el acabado superficial en corte y mecanizado por láser son sobresalientes. Nuestras modernas cortadoras láser tienen precisiones de posicionamiento cercanas a los 10 micrómetros y repetibilidades de 5 micrómetros. Las rugosidades estándar Rz aumentan con el espesor de la lámina, pero disminuyen con la potencia del láser y la velocidad de corte. Los procesos de mecanizado y corte por láser son capaces de lograr tolerancias estrechas, a menudo dentro de 0,001 pulgadas (0,025 mm). La geometría de la pieza y las características mecánicas de nuestras máquinas están optimizadas para lograr las mejores capacidades de tolerancia. Los acabados superficiales que podemos obtener del corte por rayo láser pueden oscilar entre 0,003 mm y 0,006 mm. Por lo general, logramos agujeros con un diámetro de 0,025 mm, y se han producido agujeros tan pequeños como 0,005 mm y relaciones de profundidad a diámetro de 50 a 1 en diversos materiales. Nuestras cortadoras láser más sencillas y estándar cortan metal de acero al carbono de 0,020 a 0,5 pulgadas (0,51 a 13 mm) de espesor y pueden ser fácilmente hasta treinta veces más rápidas que el aserrado estándar.

 

 

 

El mecanizado por rayo láser se usa ampliamente para taladrar y cortar metales, no metales y materiales compuestos. Las ventajas del corte por láser sobre el corte mecánico incluyen una sujeción más sencilla, limpieza y contaminación reducida de la pieza de trabajo (ya que no hay filo de corte como en el fresado o torneado tradicional que puede contaminarse con el material o contaminar el material, es decir, la acumulación de suciedad). La naturaleza abrasiva de los materiales compuestos puede hacer que sean difíciles de mecanizar con métodos convencionales, pero fáciles de mecanizar con láser. Debido a que el rayo láser no se desgasta durante el proceso, la precisión obtenida puede ser mejor. Debido a que los sistemas láser tienen una pequeña zona afectada por el calor, también hay menos posibilidades de deformar el material que se está cortando. Para algunos materiales, el corte por láser puede ser la única opción. Los procesos de corte por rayo láser son flexibles, y la entrega del rayo de fibra óptica, la fijación simple, los tiempos cortos de configuración y la disponibilidad de sistemas CNC tridimensionales hacen posible que el corte y el mecanizado por láser compitan con éxito con otros procesos de fabricación de chapa, como el punzonado. Dicho esto, la tecnología láser a veces se puede combinar con las tecnologías de fabricación mecánica para mejorar la eficiencia general.

 

 

 

El corte por láser de láminas de metal tiene las ventajas sobre el corte por plasma de ser más preciso y usar menos energía, sin embargo, la mayoría de los láseres industriales no pueden cortar el mayor espesor de metal que el plasma puede. Los láseres que funcionan a potencias más altas, como 6000 vatios, se acercan a las máquinas de plasma en su capacidad para cortar materiales gruesos. Sin embargo, el costo de capital de estas cortadoras láser de 6000 vatios es mucho mayor que el de las máquinas de corte por plasma capaces de cortar materiales gruesos como placas de acero.

 

 

 

También hay desventajas del corte y mecanizado por láser. El corte por láser implica un alto consumo de energía. Las eficiencias de los láseres industriales pueden oscilar entre el 5 % y el 15 %. El consumo de energía y la eficiencia de cualquier láser en particular variarán según la potencia de salida y los parámetros operativos. Esto dependerá del tipo de láser y qué tan bien coincida el láser con el trabajo en cuestión. La cantidad de potencia de corte por láser necesaria para una tarea en particular depende del tipo de material, el grosor, el proceso (reactivo/inerte) utilizado y la tasa de corte deseada. La tasa de producción máxima en el corte y mecanizado por láser está limitada por una serie de factores que incluyen la potencia del láser, el tipo de proceso (ya sea reactivo o inerte), las propiedades del material y el grosor.

 

 

 

En LASER ABLATION removemos material de una superficie sólida irradiándolo con un rayo láser. Con un flujo láser bajo, el material es calentado por la energía láser absorbida y se evapora o sublima. A un flujo láser alto, el material se convierte típicamente en plasma. Los láseres de alta potencia limpian una mancha grande con un solo pulso. Los láseres de menor potencia utilizan muchos pulsos pequeños que se pueden escanear en un área. En la ablación con láser, eliminamos material con un láser pulsado o con un rayo láser de onda continua si la intensidad del láser es lo suficientemente alta. Los láseres pulsados pueden perforar agujeros extremadamente pequeños y profundos a través de materiales muy duros. Los pulsos de láser muy cortos eliminan el material tan rápidamente que el material circundante absorbe muy poco calor, por lo que la perforación con láser se puede realizar en materiales delicados o sensibles al calor. La energía láser puede ser absorbida selectivamente por los recubrimientos, por lo tanto, los láseres pulsados de CO2 y Nd:YAG pueden usarse para limpiar superficies, eliminar pintura y recubrimiento, o preparar superficies para pintar sin dañar la superficie subyacente.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. Estas dos técnicas son, de hecho, las aplicaciones más utilizadas. No se utilizan tintas, ni implica brocas de herramientas que entren en contacto con la superficie grabada y se desgasten, como ocurre con los métodos tradicionales de grabado y marcado mecánico. Los materiales especialmente diseñados para el grabado y marcado láser incluyen polímeros sensibles al láser y nuevas aleaciones metálicas especiales. Aunque los equipos de marcado y grabado láser son relativamente más caros en comparación con alternativas como punzones, alfileres, palpadores, sellos de grabado, etc., se han vuelto más populares debido a su precisión, reproducibilidad, flexibilidad, facilidad de automatización y aplicación en línea. en una amplia variedad de entornos de fabricación.

 

 

 

Finalmente, usamos rayos láser para varias otras operaciones de fabricación:

 

- SOLDADURA LÁSER

 

- TRATAMIENTO TÉRMICO CON LÁSER: Tratamiento térmico a pequeña escala de metales y cerámicas para modificar sus propiedades mecánicas y tribológicas superficiales.

 

- TRATAMIENTO/MODIFICACIÓN DE SUPERFICIE CON LÁSER: Los láseres se utilizan para limpiar superficies, introducir grupos funcionales, modificar superficies en un esfuerzo por mejorar la adhesión antes de la deposición del recubrimiento o los procesos de unión.