En el mundo del corte por láser de fibra, el tamaño del punto desempeña un papel fundamental en la obtención de resultados óptimos: desde la precisión hasta la eficacia, afecta significativamente a varios aspectos del proceso de corte por láser.
¿Qué es el tamaño puntual?
Antes de profundizar en las razones por las que el tamaño del punto es tan importante, establezcamos qué es el tamaño del punto. El tamaño del punto se refiere al diámetro del rayo láser en su punto de enfoque. En otras palabras, es la zona en la que la energía del láser se concentra en la superficie del material. Una parte de esa energía es absorbida por el material, lo que provoca una fusión localizada. En el corte de metales por láser de fibra, el gas de asistencia a alta presión suministrado por un cabezal de corte se utiliza para expulsar el metal líquido, creando un corte a medida que el haz se desplaza por la pieza, con la "anchura de corte" en función del tamaño del punto.
¿Qué influye en el tamaño de las manchas?
El tamaño del punto está influido por varios parámetros, como la longitud de onda del láser, el tamaño del haz en la lente y la distancia focal de la lente de enfoque, todos los cuales tienen un profundo efecto en el proceso de corte. Las longitudes de onda más largas conducen a tamaños de punto más grandes para configuraciones ópticas idénticas. Los láseres de fibra de iterbio con una longitud de onda de 1.070 nm tienen puntos de menor tamaño que los láseres deCO2, que funcionan con longitudes de onda más largas, en torno a los 10.600 nm, y dan lugar a puntos de mayor tamaño.
Cuando se utiliza la entrega de haz basada en fibra, el tamaño del punto puede calcularse basándose en el diámetro de la fibra y la longitud focal del colimador (ambos definen el tamaño del haz en el objetivo de enfoque) y la longitud focal del objetivo de enfoque (véase la figura 1). El aumento de la longitud focal del objetivo de enfoque da lugar a tamaños de punto mayores, mientras que el aumento del tamaño del haz en el objetivo da lugar a tamaños de punto menores (siempre que el haz se mantenga dentro de un tamaño en el objetivo que permita un rendimiento limitado por difracción).
Figura 1: Cálculo del tamaño del punto de emisión del haz de fibra
Precisión de corte: cuanto más pequeño, mejor
Los tamaños de punto más pequeños en las operaciones de corte por láser ofrecen una mayor precisión y resolución debido a que la energía láser se concentra estrechamente en una región más pequeña, lo que facilita la eliminación precisa de material. Esto permite la realización de diseños intrincados, detalles más finos y tolerancias más ajustadas. Además, los cortes más pequeños resultantes de los tamaños de punto más estrechos permiten un anidamiento más estrecho de las piezas, optimizando así la utilización del material y minimizando los residuos en el proceso de fabricación.
Velocidad y calidad de corte: Encontrar el equilibrio
En la búsqueda del equilibrio perfecto entre velocidad de corte y calidad, la interacción entre los parámetros del láser resulta crucial. La densidad de energía desempeña un papel fundamental, ya que los tamaños de punto más pequeños permiten consolidar la energía láser en un área menor. Esto permite alcanzar la misma densidad de energía con láseres de menor potencia.
Sin embargo, la relación entre el tamaño del punto y el grosor del material es compleja. Aunque se requiere una densidad de energía mínima para conseguir la fusión en todo el espesor del material, el tamaño del punto debe ser lo suficientemente grande como para permitir la expulsión eficaz del material fundido. A medida que aumenta el grosor del material, es necesario aumentar el tamaño de los puntos para mantener la calidad y la velocidad de corte. Además, el tamaño óptimo del punto también depende de las propiedades del material, como la conductividad térmica y la viscosidad.
La profundidad de foco, correlacionada con el tamaño del punto, también requiere atención. Los tamaños de punto más pequeños se correlacionan con una menor profundidad de enfoque, que suele definirse como la distancia desde la cintura del haz a la que se duplica el área del haz. A distancias superiores a la profundidad de enfoque, la calidad del corte empezará a verse afectada. Por lo tanto, es imprescindible encontrar el delicado equilibrio entre el tamaño del punto, la densidad de energía y la profundidad de enfoque para lograr los resultados de corte deseados sin comprometer la velocidad ni la calidad.
Equilibrio para un corte por láser óptimo
En definitiva, los fabricantes deben encontrar un equilibrio. Para materiales más gruesos, puede ser preferible un tamaño de punto mayor para mantener la calidad y la velocidad de corte. Sin embargo, para trabajos complejos o materiales finos, se prefieren tamaños de punto más pequeños. Por lo general, los fabricantes eligen una configuración óptima de suministro de haz que da como resultado un tamaño de punto que es el más adecuado para la potencia láser disponible y los materiales y grosores que se pretende cortar, con el objetivo de lograr el equilibrio perfecto entre precisión, calidad de corte y rendimiento.
