Introducción
El fabricante debe ser consciente de que los láseres de fibra están marcando el comienzo de una nueva era de revolución en la fabricación moderna. Gracias a su capacidad de corte, marcado y grabado de gran precisión, alta velocidad y sin contacto, están transformando el panorama de la fabricación. Entre las diversas industrias que se están beneficiando de esta tecnología se encuentran los sectores automovilístico, aeroespacial, electrónico y de dispositivos médicos. El láser de fibra y el láser de CO₂ se consideran dos de los láseres más utilizados en entornos industriales, cada uno con sus propios puntos fuertes y débiles.
- Un rayo láser utiliza una longitud de onda de 1.060 nm, y la tecnología láser de CO₂ utiliza una gama de longitudes de onda de 10.600 nm.
- Para producir un haz láser de alta potencia, los láseres de fibra utilizan una fibra óptica de estado sólido dopada con un elemento de tierras raras, como el erbio o el iterbio.
- Los láseres de CO₂ son una mezcla gaseosa de nitrógeno, dióxido de carbono y helio que se utiliza para producir luz.
Este artículo presenta una comparación exhaustiva de los láseres de fibra y los láseres de CO₂, examinando sus diferencias estructurales, mecanismos de funcionamiento, eficacia, requisitos de mantenimiento y aplicaciones. Al concluir, sabrá qué tecnología utilizar que se ajuste a las necesidades de su sector.
¿Qué es un láser de fibra óptica?
La tecnología láser de fibra utiliza un láser de estado sólido con una fibra óptica como medio de ganancia. La sustancia dopante del núcleo de la fibra está compuesta por elementos de tierras raras como el iterbio (Yb), el erbio (Er) o el neodimio (Nd), que mejoran el haz láser. El diodo guía la luz en un haz láser nítido que se utiliza para tallar y grabar en metal, plástico y muchos otros materiales.
- Principio de funcionamiento
Un láser de fibra sigue un conjunto específico de pasos durante su procesamiento. Éstos son estos cuatro pasos.
- Un diodo de bombeo produce luz que se propaga al núcleo de la fibra y se realiza el bombeo de luz.
- El núcleo de fibra dopada amplifica esta luz cuando rebota en la fibra para obtener mejores resultados.
- La luz se amplifica y aparece como un haz de luz enfocado y coherente para su emisión.
- El haz pasa a través de un cable de fibra flexible directamente al cabezal de corte o marcado para la entrega del haz.
- Componentes
Un láser de fibra consta de varias piezas. Aquí está la lista de ellos, y su función combinada permite realizar la tarea adecuadamente.
- Para producir y amplificar la luz se utiliza una fibra de vidrio dopada con un material de tierras raras.
- La fuente inicial de luz del elemento de tierras raras se inicia con el diodo de bombeo.
- La acción del láser comienza en cuanto el diodo de bombeo genera luz.
- En el proceso, el núcleo de fibra dopada puede servir como medio de ganancia del láser.
- Por último, la lente de fibra láser curva el haz para cortar o grabar.
- Ventajas del láser de fibra óptica
Los láseres de fibra han revolucionado el mundo de la fabricación de metales, permitiendo cortar, grabar y tallar en una amplia gama de materiales.
- Eficacia de conversión eléctrica-óptica estable de hasta 90%.
- No tiene espejos ni pesados tubos de gas, y su tamaño es reducido.
- No hay piezas ópticas móviles y la fibra láser tiene un sistema totalmente sellado.
- Un láser de fibra puede tener más de 100.000 horas de funcionamiento.
- El uso de un láser de fibra puede golpear el punto, que puede hacerse tan pequeño como 90% del tamaño del láser de CO₂, con un detalle más fino.
- Se utiliza mejor con metales reflectantes, como aluminio, cobre y latón.
¿Conoce el láser de CO₂?
Los láseres de CO₂, un tipo de láser de gas que utiliza un haz láser de alta potencia mediante la combinación de gases, con el dióxido de carbono como base, han sido una herramienta fiable en la industria manufacturera desde la década de 1970. Su uso prolongado y su eficacia demostrada los hacen especialmente adecuados para materiales no metálicos.
- Principio de funcionamiento
- En el paso inicial, las moléculas de nitrógeno de la mezcla gaseosa son excitadas por una corriente eléctrica.
- La energía se transfiere a las moléculas de CO₂ desde las moléculas de nitrógeno excitadas.
- Las moléculas de CO₂ emiten fotones, con lo que se construye el haz láser.
- En el tubo, se produce una reflexión de la luz de extremo a extremo mediante espejos hasta que se emite un haz láser estable a través de un espejo parcial mediante resonancia óptica.
- Componentes
- Los principales componentes del sistema son un tubo de gas lleno de dióxido de carbono, nitrógeno y helio.
- Los electrodos del sistema hacen que las moléculas de gas se carguen.
- Un láser de CO₂ tiene un espejo que enfoca y aumenta el haz láser.
- El sistema lleva incorporado un sistema de refrigeración que expulsa el calor producido durante el uso.
- Ventajas de los láseres de CO₂
- Puede utilizar el CO₂ en diferentes materiales como madera, acrílico, vidrio, tela y plásticos, que son ejemplos de materiales no metálicos adecuados para este proceso.
- El uso de un láser de CO₂ proporciona cortes más limpios y suaves en materiales más gruesos.
- Probado y utilizado durante mucho tiempo.
- Requiere menos mantenimiento para su funcionamiento en comparación con un láser de fibra.
- Tiene un bajo coste de puesta en marcha, que suele ser inferior al de los láseres de fibra.
Diferencias entre el láser de fibra y el láser de CO₂
Tanto el láser de fibra como el de CO₂ tienen ventajas y aplicaciones. Sin embargo, hay ciertas áreas en las que estas dos tecnologías también difieren.
Longitud de onda y absorción
Un láser de gas y un láser de fibra tienen longitudes de onda y tasas de absorción diferentes. He aquí la diferencia entre ambos:
| Tipo láser | Longitud de onda | Características de absorción del material |
| Láser de fibra | 1,06µm | El láser de fibra es ideal para metales; los materiales reflectantes lo absorben en gran medida. |
| Láser de CO₂ | 10,6µm | El uso de un láser de CO₂ es más adecuado para materiales orgánicos, como madera y plásticos, y no es adecuado para superficies reflectantes. |
- El uso del láser de fibra, que tiene una longitud de onda más corta, para conseguir una mejor absorción en las superficies metálicas.
- Las longitudes de onda más largas del láser de CO₂ hacen que no sea ideal para su uso en superficies reflectantes.
Materiales de corte
El láser de fibra y el láser de CO₂ tienen aplicaciones en el corte de materiales; los distintos materiales tienen diferente compatibilidad con ambas tecnologías. El fabricante reconoce que el láser de fibra es más eficaz para cortar superficies metálicas reflectantes, mientras que el láser de CO₂ es más adecuado para cortar materiales orgánicos, como madera y textiles.
| Materiales | Láser de fibra | Láser de CO₂ |
| Acero inoxidable | Eficaz | Menos eficaz |
| Aluminio | Eficaz | Menos eficaz |
| Cobre | Eficaz | Ineficaz |
| Latón | Eficaz | Ineficaz |
| Textil | Ineficaz | Eficaz |
| Madera | Ineficaz | Eficaz |
| Plástico | Ineficaz | Eficaz |
| Vidrio | Ineficaz | Eficaz |
Eficiencia energética y consumo de energía
Ambas tecnologías tienen una eficiencia energética y un consumo de energía diferentes. He aquí el detalle:
- Las eficiencias de los láseres de fibra óptica se sitúan entre 30% y 40%.
- En cambio, los láseres de CO₂ alcanzan una eficiencia de sólo 5-10%.
En consecuencia, los láseres de fibra consumen alrededor de 70% menos energía que los láseres de CO₂ con la misma potencia de salida. Por ejemplo, un láser de CO₂ de 6 kW necesitará aproximadamente 70 kW de potencia, mientras que un láser de fibra de 6 kW solo necesita entre 18 y 20 kW. Por lo tanto, los costes operativos serán casi 50% más baratos cuando se utilicen sistemas láser de fibra.
Velocidad y precisión de corte
- Para materiales finos, los láseres de fibra cortan hasta 3-5 veces más rápido que los láseres de CO₂, 2,0 veces más rápido que los de CO₂.
- Para materiales de más de veinte centímetros de grosor, los láseres de CO₂ tienen un mayor efecto gracias a un acabado más liso de los bordes.
Los láseres de fibra también ofrecen:
- Mayor precisión de corte gracias a la menor anchura de corte.
- Corte más preciso gracias a la reducción del tamaño del punto.
- Consistencia mejorada para trabajos intrincados como grabado y microcorte.
| Material | Velocidad del láser de fibra (mm/s) | CO₂ Velocidad del láser (mm/s) |
| 3 mm de acero inoxidable | 55 | 20 |
| Aluminio de 10 mm | 25 | 10 |
| 6 mm de acero dulce | 40 | 15 |
Mantenimiento y vida útil
Para que cualquier maquinaria funcione correctamente, es esencial someterla a inspecciones periódicas. Pero ciertas máquinas requieren más mantenimiento que otras.
Láser de fibra:
- La ausencia de espejos o de recambios de gas hace innecesario el mantenimiento.
- El sistema láser de fibra ofrece una ventaja competitiva con una vida útil superior a las 100.000 horas.
- Tiene un diseño sellado y compacto que minimiza la posible contaminación.
Láser de CO₂:
- Para un mantenimiento adecuado, es necesario alinear y limpiar los espejos con regularidad.
- La recarga de gas y la sustitución de la óptica añaden un tiempo de inactividad innecesario.
- Tiene una vida útil típica de 20.000-30.000 horas.
Mantenimiento
El láser de CO₂ requiere una inspección cada 6-12 meses. Representa una mejora significativa con respecto a los láseres de CO₂, que requieren alineación y limpieza cada 3-6 meses.
Análisis de costes
| Categoría | Láser de fibra | Láser de CO₂ |
| Coste inicial | Más alto | Baja |
| Costes de explotación | Baja | Más alto |
| Coste de mantenimiento | Mínimo | Moderado a alto |
| Coste de propiedad | Baja | Más alto |
Escenarios de aplicación
- Usos del láser de fibra
- Puede utilizarse para cortar, soldar y grabar acero inoxidable, aluminio y cobre.
- Corte y marcado de piezas de precisión en la industria del automóvil.
- Recorte de placas de circuito impreso y marcado de códigos de serie en la fabricación de productos electrónicos.
- Los láseres de fibra pueden utilizarse para cortar aleaciones ligeras en la industria aeroespacial.
- Puede utilizarse para grabar marcas de identificación finas en dispositivos médicos.
- Usos del láser de CO₂
- El láser de CO₂ se utiliza para grabar en cartón, plástico y vidrio.
- Los fabricantes lo utilizan para cortar y grabar componentes de muebles.
- Los láseres de CO₂ realizan el corte de tejidos y el diseño de patrones en la industria textil.
- En grabado sobre acrílico y vidrio en la industria de la señalización y la publicidad.
- Puede utilizarse en el grabado de materiales orgánicos con fines decorativos.
Conclusión
Tanto los láseres de fibra como los de CO₂ comparten algunas características comunes; sin embargo, existen notables diferencias entre ambas tecnologías.
- Aquí se explica que, en las industrias automovilística, aeroespacial y electrónica, los láseres de fibra son más rápidos, precisos y eficaces a la hora de cortar metales.
- Por otro lado, los láseres de CO₂ siguen siendo eficaces para cortar metales no metálicos, como madera, acrílico y tejidos, y dejan bordes finos y lisos.
Mientras que los láseres de fibra son más baratos de mantener y operar, el láser de CO₂ tiene unos costes iniciales más baratos. En última instancia, la selección dependerá del tipo de material, la calidad de corte requerida y la escala de producción para obtener el proceso de fabricación más eficiente.