Láser y chorro de agua: ¿amigos o enemigos?

Sus capacidades hacen que estas tecnologías se complementen y no que compitan entre sí

November 12, 2009

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Figura 1 Las partes de muestra en tres espesores y dos materiales demuestran las diferencias entre el corte con un láser (izquierda) y con un chorro de agua (derecha). Los espesores de las partes, de arriba a abajo, son 0.125 pulg., 0.5 pulg., y 0.75 pulg. Los materiales son acero inoxidable (arriba y abajo) y aluminio (en medio).

La fabricación ha sido por mucho tiempo la piedra angular de la ma­nufactura estadounidense. Ésta desempeña un rol central, proveyendo componentes y subensambles a otros sectores manufactureros, como el aeroespacial, el de los electrodomésticos y el automotriz. Los avances significativos en el equipo, los materiales y las aplicaciones de la industria metalmecánica han dado como resultado más opciones y oportunidades que nunca para los fabricantes. Los fabricantes actuales están buscando más que simple velocidad. Quieren tener equipos que aumenten las capacidades y la flexibilidad, que les permitan atraer nuevos negocios.

Las aplicaciones dinámicas en los mercados de mayor demanda de la actualidad están usando materiales más interesantes e inusuales que antes, y se les está pidiendo a muchos fabricantes que corten metales más exóticos y materiales compuestos.

Láser

La tecnología de corte láser es un viejo jugador en el mundo de la fabricación. Usa un rayo láser de alta potencia para cortar muchos tipos de materiales.

Hace veinte años, los láseres eran capaces de cortar acero de ½ pulgada a una velocidad de 1 a 2 pulgadas por mi­nuto (IPM) (de 2.5 a 5 centímetros por minuto). Ahora cortan acero de ½ pulgada a 60 IPM (1.5 metros por minuto). La automatización, una mayor potencia del resonador y las mejoras en los controladores han revolucionado la industria láser.

Los láseres pueden cambiar rápida y fácilmente de un metal al siguiente con poco tiempo improductivo. Además, la automatización láser ayuda a los fabricantes a lograr la manufactura esbelta aumentando la salida mientras que se reducen o eliminan los costos por mano de obra.

Chorro de agua

El corte con chorro de agua es una de las tecnologías de más rápido crecimiento de la actualidad, y se está convirtiendo rápidamente en un proceso de fabricación líder. El corte con chorro de agua usa un chorro de agua a alta presión con un abrasivo como granate para hacer el corte. No se genera calor durante el corte con cho­rro de agua, eliminando el riesgo de distorsión del material.

El corte con chorro de agua es adecuado casi para cualquier material, incluyendo vidrio, cerámica, madera, piedra, plástico y hule. Esta versatilidad puede ayudar a proveedores nicho a diversificar segmentos pequeños de mercado y atraer una base mucho más amplia de clientes.

Factores que se deben considerar

Tanto las máquinas láser como de chorro de agua tienen una buena esperanza de vida debido a que no usan fuerzas dinámicas de maquinado y no entran en contacto directo con la pieza de trabajo durante el proceso de corte. Por lo tanto, cuando ambas tecnologías pueden hacer el trabajo, ¿cómo determinan los fabricantes qué proceso usar? El entender algunos factores clave puede ayudarlos a elegir.

Velocidad y Espesor. Los láseres son muy adecuados para cortar partes hasta de ½ pulgada, pero pueden cortar me­tales hasta de 11/2 pulgada de espesor. Por otro lado, los chorros de agua pueden cortar material hasta de 6 pulgadas de espesor (vea la Figura 1).

Los láseres con frecuencia tienen una ventaja de velocidad sobre los chorros de agua. Por ejemplo, en acero al carbón de 1 pulgada de espesor (2.54 cm), un cho­rro de agua con una bomba que desarro­lla 60,000 libras por pulgada cuadrada (PSI) (4,225 kg/cm2), equipado con un orificio de 0.014 pulgadas y una boquilla de 0.030 pulgadas, y que consume abrasivo a un ritmo de 1.2 libras por minuto, corta a 2.9 IPM (7.36 centimetros por minuto). Un láser equipado con un re­sonador de 3,800 W y una boquilla coa­xial de 2 mm, y que usa oxígeno como el gas auxiliar a 8.4 PSI (0.59 kg/cm2), puede cortar más de ocho veces más rápido a 24.5 IPM (62.2 cm/minuto).

Sin embargo el chorro de agua puede cortar con facilidad metales y materiales alternativos significativamente más gruesos. Se cortó con chorro de agua una parte de muestra de estos materiales: hule espuma de 0.75 pulgadas en 45 segundos, granito de 0.375 pulgadas en 198 segundos y vidrio de 0.625 pulgadas en 126 segundos.


Para este ejemplo, se usaron chorro de agua y láser para cortar una parte de muestra con un longitud de corte lineal de 42.5 pulgadas (108 cm). El chorro de agua tenía un orificio de 0.014 pulgadas y una boquilla de 0.030 pulgadas; consumía 1.2 libras por minuto (0.54 kilogramos por minuto) de abrasivo. El láser estaba equipado con un resonador de 4,000 watts. Para la muestra delgada, el láser usó una boquilla de 2.5 mm y oxígeno a 168 PSI; para la muestra gruesa, tenía una boquilla de 3.5 mm y oxígeno a 210 PSI.

Material. Los láseres pueden procesar materiales no metálicos, pero esto no significa que deban hacerlo. Por ejemplo, en plásticos y hules, el corte láser libera subproductos. El chorro de agua puede cortar estos otros materiales fácilmente sin emisiones químicas peligrosas.

Materiales altamente reflectantes como el aluminio y el cobre también son particularmente difíciles de cortar para los láseres. Por ejemplo, las velocidades de corte del láser y del chorro de agua son casi idénticas en aluminio de 0.5 pulgadas (188 segundos para un láser y 198 segundos para un chorro de agua), pero la calidad del borde es significativamente mejor con chorro de agua.

Un láser funciona mejor en superficies lisas; las superficies texturizadas pueden alterar el flujo del gas auxiliar y afectar el foco del rayo. Un chorro de agua, por otro lado, no discrimina cuando se trata de reflectividad o textura.

Acabado. El calor del corte láser produce una zona afectada por el calor (HAZ, por sus siglas en inglés) pequeña cerca del corte, la cual podría necesitar acabado secundario dependiendo de los requerimientos de acabado.

El chorro de agua no crea una zona afectada por el calor. Además, el corte con chorro de agua brinda un acabado de borde liso sin bordes irregulares, escoria o rebabas, eliminando la necesidad de procesos de acabado secundario como rectificado (vea la Figura 2). Además, debido a que no transmite calor no distorsiona las partes, las cuales pueden almacenarse luego para aumentar la productividad.



Jeff Hahn


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