La sabiduría tradicional sobre el corte de metales gruesos con láseres de fibra ha quedado gradualmente obsoleta. Por ello, se ha hecho necesario realizar un análisis actualizado de las capacidades relativas del corte por láser y el corte por plasma.
Los láseres de fibra de alta potencia , que ahora están disponibles con potencias superiores a 100 kilovatios, han cambiado las reglas del juego, cuestionando muchas suposiciones arraigadas sobre el coste, la velocidad y el rendimiento. Lo más importante es que estas cortadoras láser de fibra de mayor potencia ya no se limitan principalmente a metales delgados: ahora superan constantemente a las cortadoras de plasma en espesores de material superiores a 2 pulgadas (50 mm).
Esta guía actualizada ofrece un resumen de los avances tecnológicos que impulsan estos cambios y una comparación basada en datos entre los láseres de fibra y las cortadoras de plasma, antes de responder a la pregunta fundamental: ¿cuándo es realmente más económica una cortadora láser que una cortadora de plasma?
Esta información debería ayudarle a decidir si una cortadora láser puede ofrecer el rendimiento, la productividad y el retorno de la inversión que satisfacen sus requisitos de producción.
Avances tecnológicos en láseres de fibra de alta potencia
Los avances más significativos se han producido en la tecnología de diodos de bombeo que alimenta las fuentes láser de fibra. La potencia de salida que puede alcanzar un solo emisor ha aumentado varios órdenes de magnitud, pasando de una fracción de vatio a varias docenas de vatios.
Al mismo tiempo, la eficiencia eléctrica de los diodos ha aumentado de alrededor del 20 % a aproximadamente el 70 %.
Estos avances fundamentales han reducido el coste por vatio en un factor de 100, al tiempo que han aumentado la fiabilidad y la vida útil.
Mejoras a nivel del sistema para el corte de metales gruesos
La potencia del láser por sí sola no es suficiente para cortar metal grueso de manera eficiente. También ha sido esencial el progreso en otros componentes del sistema de corte.
- Mejora en la emisión del haz: los láseres de fibra multimodo, combinados con cabezales de corte diseñados específicamente para un funcionamiento de alta potencia, ahora mantienen un enfoque preciso del haz en mayores profundidades de corte. Esto se complementa con técnicas ópticas como la oscilación del haz y la modulación dinámica del enfoque.
- Suministro optimizado de gas auxiliar: los sistemas modernos cuentan con un suministro mejorado de gas auxiliar que expulsa el material fundido de manera más eficiente durante el corte. Esto es fundamental para lograr cortes limpios en materiales más gruesos y mantener al mismo tiempo altas velocidades de corte.
- Gestión térmica mejorada: el corte por láser de alta potencia genera un calor significativo. La refrigeración avanzada, la óptica más eficiente y el control más inteligente del sistema permiten que los láseres de fibra se mantengan estables bajo cargas térmicas elevadas continuas.
Análisis de rendimiento: láser de fibra frente a cortador de plasma
Ya está ampliamente demostrado que el corte por láser ofrece ventajas significativas con respecto a la tecnología de plasma. Los láseres ofrecen una mayor precisión, producen un corte más estrecho y recto, y crean una zona afectada por el calor (HAZ) mucho más pequeña. Los bordes más limpios significan que las piezas cortadas con láser suelen estar listas para soldar y no requieren posprocesamiento.
Los láseres también pueden producir con precisión pequeños orificios con una redondez excelente y una conicidad mínima. Esto puede ahorrar tiempo y, en ocasiones, elimina la necesidad de realizar operaciones de perforación o de utilizar equipos de perforación.
Corte por láser de fibra: fe en un poder superior
Sin embargo, la sabiduría convencional sugiere que los láseres son más lentos que el plasma para cortar acero dulce de más de 1 pulgada (25 mm) de espesor (y la mitad de eso para el acero inoxidable).
Esto solía ser (más o menos) cierto. Pero ya no es así.
Para ver cómo ha cambiado esto con la aparición de los láseres de fibra de alta potencia, ampliamente disponibles, repasemos algunos datos reales (y más actuales) sobre el corte.
Los gráficos anteriores muestran la velocidad de corte en relación con el grosor del material, comparando la mejor tecnología láser de fibra y de corte por plasma de su clase.
Estos gráficos para acero dulce y acero inoxidable muestran que los láseres de fibra de alta potencia casi siempre cortan a velocidades más altas que los cortadores de plasma para materiales de 10 mm a 40 mm de espesor. Incluso en materiales de 40 mm de espesor, un láser de 60 kW corta el acero dulce aproximadamente 2,5 veces más rápido que un cortador de plasma de 460 A. Para el acero inoxidable del mismo espesor, la ventaja aumenta a 3,2 veces más rápido.
Los datos muestran que las cortadoras por plasma solo superan a los láseres de fibra cuando la potencia del láser se reduce a 30 kW o menos. Y solo cuando se cortan secciones más gruesas.
Comprender el gas auxiliar
La forma más rápida y limpia de cortar acero con un láser de fibra es utilizando un gas auxiliar mixto (nitrógeno con una pequeña cantidad de oxígeno). Todas las pruebas de corte representadas en los gráficos anteriores, en las que el láser superó al plasma, utilizaron gas auxiliar mixto.
Sin embargo, una vez que se alcanza una relación potencia del láser/espesor suficientemente baja, es necesario cambiar a oxígeno puro. El gas auxiliar de oxígeno evita que el proceso de corte por láser se detenga, pero a una velocidad necesariamente menor y produciendo un borde de menor calidad. Se requirió oxígeno puro en las pruebas en las que el corte por láser tuvo un rendimiento inferior al corte por plasma.
Afortunadamente, este problema se elimina por completo cuando se utiliza un láser más potente. Cuando se utiliza un láser con una potencia de 40 kW o superior, el gas auxiliar mixto es ideal para cortar todos los metales, excepto los más gruesos (muy superiores a 40 mm).
En última instancia, esto significa que los láseres de fibra de 40 kW y superiores cortan el acero más rápido que el plasma , a menudo por un factor muy significativo, en la gran mayoría de las aplicaciones de corte. Y lo consiguen al tiempo que ofrecen bordes más limpios y rectos con un mínimo de escoria.
Análisis del retorno de la inversión: ¿Cuándo tiene sentido utilizar un láser de fibra?
Los láseres de fibra de alta potencia superan a las cortadoras de plasma en velocidad, calidad y consistencia, pero también son más caros. Afortunadamente, su mayor rendimiento permite recuperar rápidamente ese gasto de capital adicional.
La mayoría de los costes operativos (amortización, mano de obra, gastos generales y mantenimiento) están relacionados con la propiedad y el funcionamiento del sistema, no con la velocidad de corte. El consumo de electricidad y otros consumibles aumenta con la potencia y el uso del sistema, pero no de forma proporcional al rendimiento adicional. Por lo tanto, si el funcionamiento de las cortadoras láser y plasma cuesta aproximadamente lo mismo al mes (que es así), la máquina que produzca más durante ese tiempo siempre será la más económica.
Ejemplo de costes y resultados
Comparemos un láser de fibra de 40 kW con una cortadora de plasma de 300 A utilizando los datos anteriores.
El láser de fibra de 40 kW corta acero dulce de 20 mm de espesor a aproximadamente 8 m/min. A pleno rendimiento, puede realizar unos 38 000 metros de cortes al mes.
La cortadora de plasma de 300 A funciona aproximadamente a la mitad de esa velocidad, con un rendimiento de unos 19 000 metros en el mismo periodo.
Podemos estimar con precisión que ambos sistemas cuestan alrededor de 20 000 dólares al mes para funcionar a estos niveles de utilización.
Si el requisito del producto es de aproximadamente 38 000 metros, una cortadora láser satisface la demanda. Para lograr el mismo rendimiento con el corte por plasma se necesitan dos máquinas, lo que duplica el coste operativo mensual a 40 000 dólares.
Si el láser único cuesta 400 000 dólares más que las dos cortadoras de plasma, esos 20 000 dólares de ahorro mensual compensan la diferencia de precio en solo 20 meses.
¿Es una máquina de corte por láser de fibra de alta potencia adecuada para usted?
El corte por láser ofrece el mejor valor y el retorno de la inversión más rápido en condiciones específicas. Considere invertir en un láser de fibra de alta potencia si su operación implica:
- Alta utilización: la máquina se mantiene lo suficientemente ocupada como para que los ahorros impulsados por el rendimiento se acumulen rápidamente.
- Requisitos de bordes limpios: la reducción (o eliminación) del posprocesamiento se traduce directamente en un ahorro de mano de obra y equipamiento.
- Conjuntos soldados: los bordes cortados con láser listos para soldar reducen el tiempo de preparación y mejoran el flujo posterior.
- Características destacadas: los láseres pueden crear pequeños orificios y contornos precisos en una sola operación.
- El espacio disponible es limitado: un láser de alta potencia puede sustituir a múltiples cortadoras de plasma y reducir el espacio necesario.
- La geometría de las piezas es compleja: las formas intrincadas, los radios estrechos y las características internas favorecen siempre el corte por láser frente al corte por plasma.
Introducción a una solución de corte por láser
A medida que la tecnología láser de fibra sigue avanzando y las capacidades de las máquinas láser aumentan, decidir entre una cortadora láser y una cortadora de plasma se vuelve más complicado.
Para muchos fabricantes y productores, los láseres se han convertido en una herramienta ideal para el corte de metales. Para otros, el corte por plasma sigue siendo más práctico.
Hable con uno de nuestros expertos en corte por láser para saber qué tipo de resultados y retorno de la inversión puede esperar en su aplicación.
