Guía de materiales que se pueden cortar con máquinas de corte láser de CO2 y de fibra

Un generador láser de fibra produce su haz mediante un mecanismo fundamentalmente diferente. Diodos de bombeo semiconductores inyectan energía óptica en un tramo de fibra óptica cuyo núcleo está dopado con iterbio, un elemento de tierras raras cuya estructura de niveles de energía permite la emisión estimulada a aproximadamente 1064 nanómetros. La fibra dopada actúa simultáneamente como medio de ganancia y guía de onda para la transmisión del haz; la salida es un haz de infrarrojo cercano de alta luminosidad que se transmite directamente a través de una fibra óptica monomodo estándar hasta el cabezal de corte. La trayectoria del haz totalmente de fibra elimina los requisitos de alineación de espejos de los sistemas de CO2 y permite diseños de máquinas compactos y robustos con una eficiencia energética muy alta, típicamente del 30 al 45 %, en comparación con el 10 al 20 % de los generadores láser de CO2.

Los materiales no metálicos —madera, plásticos, cuero, textiles y polímeros orgánicos en general— absorben fuertemente en la región del infrarrojo medio, alrededor de 10,6 µm, debido a las resonancias vibracionales de sus enlaces moleculares carbono-hidrógeno, carbono-oxígeno y carbono-nitrógeno. Por eso, los generadores láser de CO2 cortan estos materiales con tanta eficacia. Los metales, en cambio, absorben mucho más eficientemente en la longitud de onda más corta del infrarrojo cercano, de 1,064 µm, donde su respuesta óptica de electrones libres proporciona un fuerte acoplamiento. Por eso, los generadores láser de fibra son la tecnología dominante para el corte de metales. Los plásticos transparentes y de colores claros —en particular el acrílico y el policarbonato— son parcial o totalmente transparentes a 1,064 µm, por lo que los generadores láser de fibra no pueden cortarlos eficazmente ni siquiera a alta potencia.

Aluminio y sus aleaciones son procesables mediante generadores láser de fibra, aunque su alta reflectividad a 1,064 µm y su alta conductividad térmica requieren una mayor potencia del generador láser y una cuidadosa optimización de parámetros en comparación con el acero de espesor equivalente. Los generadores láser de fibra de alto brillo, cuya calidad de haz superior logra una mayor densidad de potencia en el punto focal para una potencia de salida dada, han mejorado significativamente el rendimiento del corte de aluminio en comparación con los sistemas láser de fibra anteriores de menor brillo. Se utiliza gas de asistencia de nitrógeno para el corte de aluminio, produciendo bordes limpios y brillantes con mínima escoria. El aluminio se corta ampliamente con láser de fibra para paneles de carrocería de automóviles, componentes estructurales aeroespaciales, carcasas electrónicas, revestimientos arquitectónicos y accesorios marinos, y su ligereza, combinada con las características de los bordes cortados con láser de alta calidad, lo convierte en un material cada vez más importante en el mercado del corte por láser de fibra.

El acero galvanizado —acero dulce con un recubrimiento de zinc aplicado para protegerlo de la corrosión— se procesa ampliamente con generadores láser de fibra en las industrias automotriz, de la construcción y de climatización. El zinc se vaporiza durante el proceso de corte láser, produciendo humos de óxido de zinc que son peligrosos a niveles de exposición elevados y requieren una extracción de humos eficaz con una filtración adecuada para aerosoles de óxido metálico. La calidad del corte en acero galvanizado suele ser buena, aunque el recubrimiento de zinc puede producir una cantidad ligeramente mayor de escoria que el acero dulce sin recubrimiento con parámetros equivalentes, y puede ser necesario reducir la velocidad de corte en comparación con el acero sin recubrimiento del mismo espesor. Tanto la chapa de acero pregalvanizada —donde el recubrimiento de zinc se aplicó antes del conformado y el corte— como los perfiles estructurales galvanizados por inmersión en caliente son procesables, aunque el espesor y la uniformidad del recubrimiento afectan la optimización de los parámetros. Otros metales recubiertos —acero con recubrimiento en polvo, acero pintado y aluminio anodizado— también pueden cortarse con láser de fibra, con consideraciones similares respecto a la generación de humos de los materiales de recubrimiento y la posible necesidad de ajustar los parámetros en relación con el sustrato sin recubrimiento. Los productos de descomposición de determinadas formulaciones de recubrimientos, en particular las que contienen compuestos de cromo, requieren una evaluación previa al corte en producción para confirmar que las disposiciones existentes para la extracción de humos son adecuadas.

La potencia del generador láser y la velocidad de corte son las dos variables fundamentales del proceso, y deben ajustarse entre sí y a las propiedades del material de forma equilibrada. Un exceso de potencia a una velocidad determinada genera un aporte excesivo de calor, lo que ensancha el corte, aumenta la formación de escoria y degrada la calidad del borde por quemaduras o fusión. Una potencia insuficiente provoca una penetración incompleta o requiere velocidades tan bajas que la acumulación de calor sigue degradando la calidad del borde. La combinación óptima de potencia y velocidad para cada material y espesor debe determinarse mediante ensayos sistemáticos, partiendo de los parámetros recomendados por el fabricante y ajustándolos en función de la calidad de corte observada.