Un sistema de máquina de corte por láser generalmente consta de un generador láser, un sistema de suministro de haz externo, una máquina herramienta (mesa de trabajo), un gabinete CNC, un enfriador y un sistema informático (hardware y software).
1) Unidad de Máquina Herramienta: El componente mecánico que ejecuta los movimientos de los ejes X, Y y Z, incluida la plataforma de corte. Sostiene la pieza de trabajo y la mueve con precisión según el programa de control; Suele ser accionado por servomotores.
2) Generador Láser: El dispositivo que genera el rayo láser. Para aplicaciones de corte por láser, aunque en algunos casos se utilizan láseres de estado sólido YAG, la gran mayoría utiliza láseres de gas CO2 debido a su alta eficiencia de conversión electroóptica y su alta potencia de salida. Dado que el corte por láser exige una alta calidad del haz, no todos los láseres son adecuados para este fin. El modo gaussiano se utiliza para láseres de menos de 1500 W; Los láseres de CO2 en modo de orden bajo se utilizan para el rango de 100 W a 3000 W; y los láseres multimodo se utilizan para potencias superiores a 3000W.
3) Sistema de entrega de haz externo: compuesto por espejos que se utilizan para dirigir el rayo láser según sea necesario. Para garantizar que la trayectoria del haz permanezca libre de problemas, todos los espejos están encerrados en carcasas protectoras y se les suministra gas limpio a presión positiva para evitar la contaminación de las lentes. Una lente de alta calidad enfoca un haz colimado (ángulo de divergencia cero) en un punto extremadamente pequeño. Normalmente se utiliza una lente con una distancia focal de 5,0 pulgadas, mientras que una lente de 7,5 pulgadas se reserva para materiales de más de 12 mm de espesor.
4) Sistema CNC: Controla los movimientos de los ejes X, Y y Z de la máquina herramienta y regula la potencia de salida del láser.
5) Estabilizador de voltaje: Conectado entre el láser, la máquina herramienta CNC y el sistema de suministro de energía; Sirve principalmente para proteger contra interferencias externas de la red.
6) Cabezal de corte: consta de componentes como la carcasa, la montura de la lente de enfoque, la lente de enfoque, el sensor capacitivo y la boquilla de gas auxiliar. El mecanismo de accionamiento del cabezal de corte mueve el cabezal a lo largo del eje Z según el programa y consta de un servomotor y componentes de transmisión como un tornillo de avance o un conjunto de engranajes.
7) Consola de operación: Se utiliza para controlar todo el funcionamiento del sistema de corte.
8) Unidad enfriadora: Se utiliza para enfriar el generador láser. Láser: Dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía luminosa; por ejemplo, los láseres de gas CO2 suelen tener una eficiencia de conversión de alrededor del 20%, y la energía restante se transforma en calor. El agua de refrigeración elimina el exceso de calor para garantizar que el generador láser funcione normalmente. La unidad enfriadora también enfría los espejos de trayectoria óptica externos y las lentes de enfoque, lo que garantiza una calidad de transmisión del haz estable y previene eficazmente la deformación o el agrietamiento de las lentes causado por temperaturas excesivas.
9) Cilindros de gas: Incluye cilindros para el medio de trabajo de la máquina de corte por láser y gases auxiliares; estos suministran los gases industriales necesarios para la oscilación del láser y los gases auxiliares utilizados por el cabezal de corte.
10) Compresor de aire y tanque de almacenamiento de aire: Suministra y almacena aire comprimido.
11) Secador de aire y filtro: Suministra aire limpio y seco al generador láser y a la trayectoria del haz, asegurando el correcto funcionamiento de la trayectoria óptica y los espejos.
12) Sistema de eliminación de polvo y escape: extrae el humo y el polvo generados durante el procesamiento y los filtra, asegurando que las emisiones de escape cumplan con los estándares de protección ambiental.
13) Sistema de eliminación de escorias: Elimina material de desecho y desperdicios generados durante el procesamiento.
Tipos de láser
Láser de gas CO2
Desde la introducción de la tecnología láser para cortar chapa, los láseres de CO2 han dominado el mercado. Las fuentes de láser de CO2 requieren una energía significativa para excitar las moléculas de nitrógeno, lo que hace que colisionen con las moléculas de CO2 (el gas láser) y desencadenen la emisión de fotones, formando en última instancia un rayo láser capaz de cortar metal. La actividad molecular dentro de la cavidad resonante libera calor junto con la luz, lo que requiere un sistema de enfriamiento para el gas láser. Esto da como resultado un consumo de energía adicional durante el proceso de enfriamiento, lo que reduce aún más la eficiencia energética general.
Láser de fibra
Las máquinas que utilizan láseres de fibra ocupan menos espacio y sus fuentes láser y sistemas de enfriamiento son más compactos; eliminan la necesidad de líneas de gas láser y alineación de espejos. Además, una fuente láser de fibra con 2 kW o 3 kW de potencia logra un rendimiento equivalente a una fuente láser de CO2 que requiere 4 kW o 6 kW, al tiempo que ofrece velocidades más rápidas, menor consumo de energía y menor impacto ambiental. Los láseres de fibra utilizan diodos de estado sólido para bombear moléculas dentro de una fibra dopada con iterbio de doble revestimiento; la emisión estimulada pasa repetidamente a través del núcleo de fibra antes de salir como un rayo láser a través de una fibra de entrega al cabezal de corte. Dado que todas las interacciones moleculares ocurren dentro de la fibra, no se requiere gas láser, lo que resulta en un consumo de energía significativamente menor: aproximadamente un tercio del de los láseres de CO2. Como se genera menos calor, el sistema de refrigeración se puede hacer más compacto. En general, para un rendimiento equivalente, los láseres de fibra consumen un 70 % menos de energía que los láseres de CO2.
