Existen dos tipos de tecnología de corte por láser: el corte por láser pulsado, adecuado para materiales metálicos, y el corte por láser de onda continua, adecuado para materiales no metálicos. Este último representa un área de aplicación importante para la tecnología de corte por láser.
Las máquinas de corte por láser se basan en tecnologías integradas que combinan óptica, mecánica y electrónica. Los parámetros del rayo láser, junto con el rendimiento y precisión de la máquina y su sistema CNC, determinan directamente la eficiencia y calidad del corte. En particular, al cortar piezas que requieren alta precisión o implican un espesor significativo, se deben dominar y abordar las siguientes tecnologías clave:
Tecnología de control de posición focal
Una de las ventajas del corte por láser es la alta densidad de energía del haz, normalmente de 10 W/cm². Dado que la densidad de energía es inversamente proporcional al área, el diámetro del punto focal debe ser lo más pequeño posible para producir una ranura estrecha; sin embargo, el diámetro del punto focal también es directamente proporcional a la profundidad de enfoque de la lente. Una profundidad de enfoque menor da como resultado un diámetro del punto focal más pequeño. Sin embargo, el corte genera salpicaduras y colocar la lente demasiado cerca de la pieza de trabajo corre el riesgo de dañarla; en consecuencia, las máquinas industriales de corte por láser de CO2 de alta potencia suelen utilizar distancias focales de entre 5 y 7,5 pulgadas (127 a 190 mm). El diámetro real del punto focal suele oscilar entre 0,1 y 0,4 mm. Para un corte de alta calidad, la profundidad de enfoque efectiva también depende del diámetro de la lente y del material que se corta. Por ejemplo, al cortar acero al carbono con una lente de 5 pulgadas, la profundidad de enfoque, definida como el rango dentro del ±2% de la distancia focal, es de aproximadamente 5 mm. Por lo tanto, controlar la posición del punto focal con respecto a la superficie del material es crucial. Teniendo en cuenta factores como la calidad y la velocidad de corte, la regla general es la siguiente: para material metálico de 6 mm, la atención se centra en la superficie; para acero al carbono de 6 mm, el foco se sitúa por encima de la superficie; y para el acero inoxidable de 6 mm, el foco se sitúa debajo de la superficie. Las dimensiones exactas se determinan mediante experimentación.
Existen tres métodos sencillos para determinar la posición focal en la producción industrial:
(1) Método de impresión: mueva el cabezal de corte verticalmente hacia abajo y dispare el rayo láser sobre una placa de plástico; el punto donde la marca impresa tiene el diámetro más pequeño indica el punto focal.
(2) Método de placa inclinada: coloque una placa de plástico en ángulo con respecto al eje vertical y muévala horizontalmente; el punto donde la marca del rayo láser es más pequeña indica el punto focal.
(3) Método de chispa azul: retire la boquilla, sople aire y dispare el láser pulsado sobre una placa de acero inoxidable mientras mueve el cabezal de corte verticalmente hacia abajo; el punto donde la chispa azul es más intensa indica el punto focal.
Para las máquinas de corte de óptica volante, el ángulo de divergencia del haz provoca variaciones en la longitud de la trayectoria óptica cuando se corta en el extremo cercano versus el extremo lejano, lo que resulta en diferencias en el tamaño del haz antes del enfoque. Un diámetro de haz incidente mayor produce un diámetro de punto focal más pequeño. Para minimizar las fluctuaciones en el tamaño del punto focal causadas por cambios en las dimensiones del haz de preenfoque, los fabricantes de sistemas de corte por láser ofrecen dispositivos especializados:
(1) Colimador (expansor del haz): este es un método común que implica la instalación de un colimador en la salida del láser de CO2 para expandir el haz. La expansión del haz aumenta el diámetro del haz y reduce el ángulo de divergencia, asegurando que las dimensiones del haz de preenfoque permanezcan relativamente consistentes en los extremos cercano y lejano del rango de corte.
(2) Adición de un eje de lente móvil independiente en el cabezal de corte: este eje funciona junto con el mecanismo que controla la distancia entre la boquilla y la superficie del material (distancia de separación)... El eje Z consta de dos componentes mutuamente independientes. A medida que se mueve la mesa de la máquina o el eje óptico, el haz viaja desde el extremo cercano al extremo lejano; el eje F se mueve simultáneamente para garantizar que el diámetro del punto del haz enfocado permanezca constante en toda el área de procesamiento, como se muestra en la Figura 2.
(3) Controlar la presión del agua de la óptica de enfoque (normalmente un sistema de enfoque reflectante de metal). Si el tamaño del haz disminuye antes del enfoque, lo que provoca que aumente el diámetro del punto focal, el sistema ajusta automáticamente la presión del agua para alterar la curvatura del elemento de enfoque, reduciendo así el diámetro del punto focal.
(4) Incorporar un sistema de compensación de trayectoria óptica en las direcciones X e Y para máquinas de corte de óptica volante. Específicamente, el camino de compensación se acorta cuando la longitud del camino óptico hasta el extremo lejano aumenta y se alarga cuando el camino hacia el extremo cercano disminuye, manteniendo así una longitud del camino óptico total constante.
