Principales procesos de la máquina de corte por láser.
1. Corte de gases. Durante el proceso de corte por vaporización por láser, la temperatura de la superficie del material aumenta rápidamente hasta la temperatura del punto de ebullición, que es suficiente para evitar la fusión causada por la conducción de calor. Por lo tanto, parte del material se vaporiza y desaparece, y parte del material se evapora. Expulsado desde la parte inferior del corte bajo la acción del flujo de aire auxiliar. En este caso se requiere una potencia láser muy alta.
Para evitar que el vapor del material se condense en las paredes de la incisión, el espesor del material no puede exceder mucho el diámetro del rayo láser. Por lo tanto, este proceso sólo es adecuado para aplicaciones donde se debe evitar el material fundido. De hecho, este proceso sólo se utiliza en una gama muy pequeña de aleaciones a base de hierro.
Este proceso no se puede utilizar con materiales como la madera y algunas cerámicas porque estos materiales no están en estado fundido y, por lo tanto, no pueden permitir que el vapor del material se vuelva a condensar. Además, estos materiales suelen requerir cortes más gruesos. En el corte por vapor con láser, el enfoque óptimo del haz depende del espesor del material y de la calidad del haz. La potencia del láser y el calor de vaporización tienen sólo una cierta influencia en la posición óptima del enfoque. Para un espesor de lámina determinado, la velocidad máxima de corte es inversamente proporcional a la temperatura de vaporización del material. La densidad de potencia del láser requerida es superior a 108 W/cm2 y depende del material, la profundidad de corte y la posición de enfoque del haz. Para un espesor de lámina determinado, suponiendo que la potencia del láser sea lo suficientemente alta, la velocidad máxima de corte está limitada por la velocidad del chorro de gas.
2. Corte por fusión.
En el corte por fusión por láser, la pieza de trabajo se funde parcialmente y luego se expulsa el material fundido con la ayuda de un chorro de gas. Dado que la transferencia de material se produce sólo en estado líquido, el proceso se denomina corte por fusión por láser.
El rayo láser se acopla con un gas de corte inerte de alta pureza para alejar el material fundido de la zona de corte, sin que el propio gas participe en el corte. El corte por fusión por láser permite velocidades de corte más altas en comparación con la vaporización. La energía necesaria para gasificar es generalmente mayor que la energía necesaria para fundir el material. En el corte por fusión por láser, el rayo láser sólo se absorbe parcialmente. La velocidad máxima de corte aumenta al aumentar la potencia del láser y disminuye casi inversamente al aumentar el espesor de la lámina y la temperatura de fusión del material. Para una potencia láser determinada, los factores limitantes son la presión del aire en el lugar de corte y la conductividad térmica del material. El corte por fusión por láser permite el corte sin oxidación de metales ferrosos y titanio. Para materiales de acero, la densidad de potencia del láser que produce fusión pero menos que vaporización está entre 104 W/cm2 y 105 W/cm2.
3. Corte por fusión por oxidación (corte por llama láser).
El corte por fusión generalmente utiliza gases inertes. Si en su lugar se utiliza oxígeno u otros gases reactivos, el material se encenderá bajo el rayo láser y se producirá una reacción química violenta con el oxígeno para producir otra fuente de calor. que calentará aún más el material, llamado corte por fusión oxidativa.
Debido a este efecto, la velocidad de corte obtenida con este método es mayor que la del corte por fusión para el mismo espesor de acero estructural. Por otro lado, este método puede producir una peor calidad de corte en comparación con el corte por fusión. De hecho, produce cortes más anchos, mayor rugosidad, zonas afectadas por el calor más grandes y peor calidad de los bordes. El corte por llama con láser no es propicio para procesar modelos de precisión y esquinas afiladas (existe el riesgo de quemar las esquinas afiladas). El uso de un láser en modo pulsado limita los efectos térmicos y la potencia del láser determina la velocidad de corte. Para una determinada potencia del láser, los factores limitantes son el suministro de oxígeno y la conductividad térmica del material.
4. Corte de fractura controlado. Para materiales frágiles que son susceptibles al daño térmico, el corte controlado de alta velocidad mediante calentamiento por rayo láser se denomina corte por fractura controlada. El contenido principal de este proceso de corte es utilizar un rayo láser para calentar una pequeña área de material quebradizo, provocando un gran gradiente térmico y una severa deformación mecánica en la zona, provocando que el material forme grietas. Mientras se mantenga un gradiente de calentamiento equilibrado, el rayo láser puede guiar el desarrollo de grietas en cualquier dirección deseada.