¿Qué corte es mejor, agua o láser?

Corte por láser y corte por chorro de agua: ¿dos grandes tecnologías que combinan muy bien? ¿O mejor cuando juegan solos? Como siempre, la respuesta es que depende: del trabajo que tiene un taller, de los materiales que se procesan con más frecuencia, de los niveles de habilidad de los operadores y, en última instancia, del presupuesto disponible para equipos.

La respuesta breve, según una encuesta realizada a los principales proveedores para cada tipo de sistema, es que el chorro de agua es menos costoso y mucho más versátil que el láser en términos de materiales que puede cortar. Desde espuma hasta alimentos, los chorros de agua demuestran un grado excepcional de flexibilidad. Los láseres, por otro lado, ofrecen una velocidad y precisión inigualables al producir grandes volúmenes de metales más delgados de hasta 1" (25,4 mm) de espesor.

En términos de costos operativos, los sistemas de chorro de agua consumen materiales abrasivos y requieren reconstrucción de bombas. Los láseres de fibra cuestan más inicialmente pero su funcionamiento es menos costoso que sus primos más antiguos de CO2; También podrían requerir más capacitación de los operadores (aunque las interfaces de control contemporáneas acortan la curva de aprendizaje). Con diferencia, el abrasivo más común utilizado con chorro de agua es el granate; En los muy raros casos en los que se utiliza algo más abrasivo como el óxido de aluminio, los tubos y boquillas de mezcla sufren más desgaste. Con granate, los componentes del chorro de agua pueden cortar durante 125 horas; Es posible que solo duren aproximadamente 30 horas con óxido de aluminio.

En última instancia, ambas tecnologías deben considerarse complementarias, según Dustin Diehl, gerente de productos de la división láser de Amada America Inc., Buena Park, California.

"Cuando un cliente tiene ambas tecnologías, tiene una enorme flexibilidad sobre lo que puede ofertar", explicó Diehl. "Pueden ofertar cualquier tipo de trabajo porque tienen estas dos herramientas diferentes pero similares y pueden ofertar el paquete completo".

Por ejemplo, un cliente de Amada con ambos tipos de sistemas realiza el borrado con láser. “Justo al lado de la plegadora hay un chorro de agua que corta un material aislante resistente al calor”, dijo Diehl. “Tan pronto como la lámina está doblada, colocan el aislamiento, la doblan nuevamente y ejecutan un dobladillo o sellado. Es una pequeña y ordenada línea de montaje”.

En otros casos, continuó Diehl, los talleres indican que les gustaría adquirir un sistema de corte por láser, pero sienten que no están asumiendo el volumen de trabajo para justificar el gasto. “Si vas a hacer cien piezas y te lleva todo el día hacerlo, les pedimos que miren el láser. Podemos realizar una aplicación de chapa en minutos, no en horas”.

Habiendo dirigido un taller con alrededor de 14 láseres y un chorro de agua, el especialista en aplicaciones Tim Holcomb de OMAX Corp. Kent, Washington, recordó un cartel que vio hace años en una empresa que utilizaba láseres, chorro de agua y electroerosión por hilo. El cartel enumeraba los materiales y espesores que cada tipo de máquina podía manejar mejor, y la lista de chorro de agua eclipsaba a las demás.

En última instancia, "he visto láseres intentar competir en el mundo del chorro de agua, y viceversa, y no van a ganar fuera de sus respectivos nichos", explicó Holcomb. También señaló que, debido a que el chorro de agua es un sistema de corte en frío, "podemos aprovechar más aplicaciones médicas o de defensa porque no tenemos zona afectada por el calor (HAZ): somos tecnología de microchorro". Las boquillas minijet y el corte por microjet “realmente están despegando para nosotros”.

Si bien los láseres dominan en el corte de aceros ferrosos suaves, la tecnología de chorro de agua “es realmente la navaja suiza de la industria de las máquinas herramienta”, afirmó Tim Fabian, vicepresidente de marketing y gestión de productos de Flow International Corp., Kent, Washington, una Miembro del grupo Shape Technologies. Cuenta entre sus clientes con Joe Gibbs Racing.

“Si lo piensas bien, un fabricante de autos de carreras como Joe Gibbs Racing tendría menos oportunidades de usar una máquina láser porque a menudo cortan cantidades limitadas de piezas de muchos materiales diferentes, incluidos titanio, aluminio y fibra de carbono. ”, explicó Fabián. “Una de las necesidades que nos explicaron fue que las máquinas que utilicen tienen que ser súper fáciles de programar. Hay ocasiones en las que un operador puede fabricar una pieza de aluminio de ¼" [6,35 mm] y montarla en un auto de carreras, pero luego decide que esa pieza debe estar hecha de titanio, una pieza más gruesa de fibra de carbono o una pieza más delgada de aluminio. "

En los centros de mecanizado CNC tradicionales, continuó, "ese tipo de cambios son bastante importantes". Intentar cambiar engranajes como ese de un material a otro y de una pieza a otra significa cambiar las brocas de las herramientas, las rpm del husillo, las velocidades de avance y los programas.

“Una de las cosas que realmente nos impulsan con el chorro de agua es crear bibliotecas de diferentes materiales que utilizan, de modo que todo lo que tienen que hacer es realizar un par de clics del mouse que les permitan cambiar de ¼" de aluminio a ½" [12,7 mm] de carbono. fibra”, continuó Fabián. “Al volver a hacer clic con el mouse, pasan de fibra de carbono de ½" a titanio de 1/8" [3,18 mm]”. Joe Gibbs Racing está “utilizando muchas aleaciones exóticas y cosas que no siempre ves que usa el cliente promedio. Por eso dedicamos mucho tiempo a ayudar a crear bibliotecas con estos materiales avanzados en cooperación con ellos. Tenemos cientos de materiales en nuestra base de datos y existe un proceso simple en el que un cliente puede agregar sus propios materiales únicos y ampliar esta base de datos aún más”.

Otro usuario de alto nivel de los chorros de agua Flow es SpaceX de Elon Musk. "Tenemos bastantes máquinas en SpaceX para fabricar piezas de cohetes", dijo Fabián. Blue Origin, otro fabricante de exploración aeroespacial, también utiliza máquinas Flow. “No están ganando 10.000 de nada; están haciendo uno de estos, cinco de aquellos, cuatro de otra cosa”.

Para los talleres típicos, “cada vez que tienes un trabajo y necesitas 5000 de algo de ¼" de acero, un láser será difícil de superar”, señaló Fabián. “Pero si necesitas dos piezas de acero, tres piezas de aluminio o cuatro "Para las piezas de nailon, probablemente no considere un láser en lugar de un chorro de agua. Con un chorro de agua, puede cortar cualquier cosa, desde acero de calibre fino hasta metal de 6" a 8" [15,24 a 20,32 cm] de espesor".

Con las divisiones de láser y máquinas herramienta bajo su paraguas, Trumpf tiene los pies claramente plantados en los mundos del láser y del CNC tradicional.

En la ventana estrecha en la que es más probable que se superpongan el chorro de agua y el láser (metales de poco más de 1" [25,4 mm] de espesor), el chorro de agua mantiene el borde limpio.

"Para metales muy, muy gruesos (1,5" [38,1 mm] y más), un chorro de agua no solo brindará una mejor calidad, sino que es posible que el láser no pueda procesar el metal", según Brett Thompson, consultoría de ventas y tecnologías láser. Después, la división es clara: los no metales probablemente se procesen con un chorro de agua, mientras que para cualquier metal de 1" de espesor o menos, “un láser es una obviedad. El láser cortará mucho, mucho más rápido, especialmente entre los materiales más delgados y/o más duros, por ejemplo, el acero inoxidable en comparación con el aluminio”.

En el acabado de piezas, especialmente en la calidad de los bordes, la ventaja vuelve a ser el chorro de agua, ya que los materiales se vuelven más gruesos y el aporte de calor se convierte en un factor.

"Este puede ser un lugar donde un chorro de agua puede tener una ventaja", reconoció Thompson. “La gama de espesores y materiales supera la de un láser con zona menos afectada por el calor. Aunque el procesamiento es más lento que el láser, los chorros de agua también proporcionarán una calidad de borde agradable y constante. También tenderá a tener muy buena perpendicularidad con un chorro de agua, incluso con espesores contados en pulgadas, y todo sin rebabas de las que preocuparse”.

La ventaja en automatización la tiene el láser en términos de integración en líneas de producción extendidas, añadió Thompson.

“Con un láser, es posible una integración completa: cargue el material en un lado y, por el otro lado de un sistema integrado de corte y doblado, tendrá una pieza cortada y doblada terminada. Un chorro de agua probablemente seguiría siendo una mala elección en tal escenario, incluso si hubiera un buen sistema para la gestión de materiales, porque las piezas se cortan mucho más lentamente y, obviamente, habría que lidiar con el agua”.

Thompson afirmó que los láseres son menos costosos de operar y mantener, ya que "los consumibles utilizados son relativamente limitados, particularmente con los láseres de fibra". Sin embargo, “los costos generales generales de un chorro de agua tienen el potencial de ser menores debido a la menor dinámica de la máquina y su relativa simplicidad. Realmente todo se reduce a qué tan bien diseñado y mantenido cada equipo”.

Cuando Holcomb de OMAX tenía un taller en la década de 1990, recordó, “cada vez que encontraba una pieza o un plano en mi mesa, mi pensamiento inicial era: '¿Puedo hacerlo con el láser?' Pero antes de darme cuenta, recibimos cada vez más proyectos exclusivamente para el chorro de agua. Esos eran los materiales de calibre más grueso y algunos tipos de piezas porque con la zona afectada por el calor del láser, no podemos llegar a una esquina muy cerrada; volaría la esquina, por lo que nos inclinaríamos hacia el chorro de agua, y eso incluso con espesores de material que el láser normalmente haría”.

Y mientras que una sola hoja era más rápida con el láser, las hojas apiladas hasta cuatro eran más rápidas con el chorro de agua.

“Si voy a cortar círculos de 3" por 1" [76,2 por 25,4 mm] en acero dulce de ¼" [6,35 mm], probablemente prefiera el láser debido a su velocidad y precisión. El acabado... el perfil de corte lateral tendrá un acabado más vidrioso, muy suave”.

Pero para lograr que el láser funcione con ese nivel de precisión, añadió, “había que ser un experto en frecuencias y potencias. Éramos muy buenos en eso, pero había que hacerlo muy bien; Con un chorro de agua es la primera vez, el primer intento. Ahora tenemos un sistema CAD integrado en todas nuestras máquinas. Puedo diseñar una pieza directamente en la máquina”. Esto resulta útil para la creación de prototipos, añadió. "Puedo programar allí mismo en el chorro de agua y cambiar los espesores y ajustes del material mucho más fácilmente". Y la configuración y el cambio de trabajo “es comparable; He visto algunos cambios en un chorro de agua muy similar a un láser”.

Ahora, para trabajos más pequeños, creación de prototipos o usos educativos, incluso para un taller de pasatiempos o un garaje, ProtoMAX de OMAX cuenta con una bomba y una mesa de corte con ruedas para una fácil reubicación. El material de trabajo se sumerge bajo el agua para un corte silencioso.

En cuanto al mantenimiento, “normalmente puedo entrenar a alguien en el uso del chorro de agua en uno o dos días y enviarlo a la naturaleza con bastante rapidez”, afirmó Holcomb.

Las bombas EnduroMAX de OMAX están diseñadas para utilizar menos agua y permitir reconstrucciones rápidas. La versión actual presenta tres sellos dinámicos. “Aún le digo a la gente que sea meticulosa con el mantenimiento de cualquier bomba, no sólo la mía. Es una bomba de alta presión, así que tómate tu tiempo y capacítate adecuadamente”.

Para Diehl de Amada, el chorro de agua y el láser pueden utilizarse de forma complementaria.

"El chorro de agua es un gran trampolín para entrar en el corte y la fabricación, y tal vez su próximo paso sea un láser", sugirió. “Eso hace que la gente corte piezas. Y las plegadoras son bastante asequibles, por lo que pueden cortarlas y doblarlas. En un entorno de producción, probablemente se inclinará por el láser”.

Si bien los láseres de fibra ofrecen la flexibilidad de cortar materiales que no sean aceros (cobre, latón, titanio), el chorro de agua permite cortar material de juntas y plásticos gracias a que no tiene HAZ.

Operar la generación actual de sistemas de corte por láser de fibra es "tan intuitivo ahora que la producción se dicta a través del programa", dijo Diehl. “Los operadores simplemente cargan las piezas de trabajo y presionan el botón de arranque. Vengo de talleres donde, en los días del CO2, cuando la óptica comenzaba a envejecer y deteriorarse y la calidad del corte se veía afectada, se te consideraba un buen operador si podías diagnosticar esos problemas. Los sistemas de fibra actuales son una especie de cortadores de galletas y no tienen esos consumibles, por lo que están encendidos o apagados, cortando piezas o no. Eso elimina un poco de la necesidad de un operador experto de la ecuación. Dicho esto, creo que pasar del chorro de agua al láser sería una transición sencilla y fluida”.

Diehl estima que un sistema láser de fibra típico puede funcionar a entre 2 y 3 dólares por hora, frente a entre 50 y 75 dólares por hora para el chorro de agua, teniendo en cuenta el consumo de abrasivos (por ejemplo, granate) y las reconstrucciones programadas de la bomba.

Dado que los sistemas de corte por láser aumentan en kilovatios de potencia, son cada vez más una alternativa al chorro de agua en un material como el aluminio.

"Antes, con aluminio grueso, el chorro de agua tenía [la] ventaja", explicó Diehl. “Los láseres no tenían el poder de atravesar algo como aluminio de 1". No nos metimos en ese mundo durante mucho tiempo en el mundo del láser, pero ahora con las fibras de mayor potencia y los avances en la tecnología láser, 1" El aluminio ya no es un problema. Si hiciera la comparación de costos, podría ser más barato en el chorro de agua que la inversión inicial en la máquina. El láser puede cortar 10 veces más piezas, pero tendrás que estar en ese entorno de volumen para compensar ese costo. Cuando se ejecuta una combinación mayor de volúmenes bajos de piezas, ahí es donde el chorro de agua puede tener algunas ventajas, pero ciertamente no en un entorno de producción. Si se encuentra en cualquier tipo de entorno en el que necesita procesar cientos o miles de piezas, esa no es una aplicación de chorro de agua”.

Ilustrando el aumento en las potencias láser disponibles, la tecnología ENSIS de Amada alcanza un máximo de 12 kW, frente a los 2 kW de su introducción en 2013. En el otro extremo de la escala, la máquina VENTIS de Amada, presentada en Fabtech 2019, permite una variedad más amplia de procesamiento de materiales gracias a un haz que se mueve en el diámetro de la boquilla.

"Podemos ejecutar diferentes técnicas con movimientos hacia adelante y hacia atrás, hacia arriba y hacia abajo, de lado a lado o en forma de ocho", dijo Diehl sobre el VENTIS. “Algo que aprendimos de la tecnología ENSIS es que cada material tiene un punto óptimo, una forma en la que le gusta ser cortado. Lo hicimos con diferentes tipos de modos y formas de haz. Con el VENTIS podemos avanzar y retroceder casi como una sierra; A medida que la cabeza se mueve, el haz va hacia adelante y hacia atrás, por lo que se obtienen estrías muy suaves, una excelente calidad de los bordes y, a veces, aumentos de velocidad”.

En la misma línea que el sistema de chorro de agua ProtoMAX de tamaño reducido de OMAX, Amada está preparando un “sistema de fibra de tamaño muy reducido” para talleres más pequeños o “talleres de prototipos de I+D que no quieren irrumpir en su departamento de producción cuando sólo necesitan crear un prototipo. partes."

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