¿Qué corte es mejor, agua o láser?

Corte por láser y corte por chorro de agua: ¿dos grandes tecnologías que van muy bien juntas? ¿O mejor cuando juegan solos? Como siempre, la respuesta es que depende: del trabajo que le espera a un taller, qué materiales se procesan con mayor frecuencia, los niveles de habilidad del operador y, en última instancia, el presupuesto disponible para el equipo.

La respuesta corta, según una encuesta de 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 la espuma hasta la comida, 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 la reconstrucción de la bomba. Los láseres de fibra cuestan más inicialmente pero son menos costosos de operar que sus primos de CO2 más antiguos; también pueden requerir más capacitación del operador (aunque las interfaces de control contemporáneas acortan la curva de aprendizaje). Con mucho, el abrasivo más común utilizado con chorro de agua es el granate; en casos muy raros cuando se usa algo más abrasivo como el óxido de aluminio, los tubos mezcladores y las boquillas sufren más desgaste. Usando granate, los componentes de chorro de agua pueden cortarse durante 125 horas; solo pueden durar aproximadamente 30 horas con óxido de aluminio.

En última instancia, ambas tecnologías deben verse como 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 gran flexibilidad en lo que puede ofertar", explicó Diehl. “Pueden ofertar cualquier tipo de trabajo porque tienen estas dos herramientas diferentes pero similares y pueden ofertar todo el paquete”.

Por ejemplo, un cliente de Amada con ambos tipos de sistemas realiza un borrado en un láser. "Justo al lado de la prensa plegadora hay un chorro de agua que corta un material aislante resistente al calor", dijo Diehl. "Tan pronto como se dobla la hoja, colocan el aislamiento, la vuelven a doblar y ejecutan un dobladillo o sello. Es una pequeña línea de ensamblaje ordenada".

En otros casos, continuó Diehl, los talleres indican que les gustaría adquirir un sistema de corte por láser pero sienten que no están absorbiendo el volumen de trabajo para justificar el gasto. "Si va a fabricar cien piezas y le lleva todo el día hacerlo, les pedimos que miren el láser. Podemos hacer una aplicación de lámina de metal en minutos, no en horas".

Habiendo manejado un taller con cerca 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 la compañía que usaba láser, 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 para chorro de agua eclipsaba a las demás.

En última instancia, "he visto láseres que intentan 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 una zona afectada por el calor (HAZ): somos tecnología de microchorro". Las boquillas minijet y el corte microjet "realmente están despegando para nosotros".

Si bien los láseres dominan 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 piensa, un fabricante de autos de carrera 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. Fabián explicó. "Una de las necesidades que nos explicaron fue que las máquinas que usan tienen que ser muy fáciles de programar. Hay ocasiones en las que un operador puede hacer una pieza de aluminio de ¼" [6,35 mm] y colocarla en un auto de carreras, pero luego decida que la parte 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 así de un material a otro y de una pieza a otra significa cambiar las brocas de la herramienta, 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, por lo que todo lo que tienen que hacer es realizar un par de clics del mouse que les permitan cambiar de aluminio de ¼" a carbono de ½" [12,7 mm] 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 "usando muchas aleaciones exóticas y cosas que no siempre ve que usa su cliente promedio. Por lo tanto, 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 hay un proceso simple donde un cliente puede agregar a sus propios materiales únicos y expandir 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 Fabian. Blue Origin, otro fabricante de exploración aeroespacial, también utiliza máquinas Flow. "No están haciendo 10.000 de nada; están haciendo uno de estos, cinco de esos, cuatro de otra cosa".

Para los talleres típicos, "siempre que tenga un trabajo y necesite 5000 de algo de acero de ¼", un láser será difícil de superar", señaló Fabian. "Pero si necesita dos piezas de acero, tres piezas de aluminio o cuatro piezas de nailon, es probable que no considere un láser en lugar de un chorro de agua. Con un chorro de agua, puede cortar cualquier cosa, desde acero de calibre delgado hasta metal de 6" a 8" [15,24 a 20,32 cm] de espesor".

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

En la estrecha ventana 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 transparente.

"Para metales muy, muy gruesos (1,5" [38,1 mm] y más), un chorro de agua no solo le brindará una mejor calidad, sino que es posible que el láser no pueda procesar el metal", según Brett Thompson, consultor de ventas y tecnologías láser. Luego, la división es clara: es probable que los no metales se procesen en 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, particularmente entre los más delgados y/o materiales más duros, por ejemplo, acero inoxidable en comparación con aluminio".

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

"Este puede ser un lugar donde un chorro de agua puede tener una ventaja", reconoció Thompson. "El rango de espesores y materiales excede el de un láser con una zona menos afectada por el calor. Aunque el procesamiento es más lento que el láser, los chorros de agua también brindarán una calidad de borde consistentemente buena. También tenderá a tener una muy buena perpendicularidad con un chorro de agua— incluso en espesores contados en pulgadas, y todo sin rebabas de las que preocuparse".

La ventaja en automatización va al láser en términos de integración en líneas de producción extendidas, agregó Thompson.

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

Thompson afirmó que los láseres son menos costosos de operar y mantener, ya que "los artículos 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 la relativa simplicidad. Realmente se reduce a qué tan bien diseñado y mantenido está cada pieza del equipo".

Cuando Holcomb de OMAX dirigía un taller en la década de 1990, recordó, "cada vez que tenía una pieza o un plano en mi mesa, mi pensamiento inicial era, '¿puedo hacerlo en el láser?' Pero antes de que me diera cuenta, estábamos recibiendo más y 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 entrar en una esquina muy estrecha; volaría la esquina, por lo que nos inclinaríamos hacia el chorro de agua, y eso es incluso con espesores de material que normalmente haría el láser".

Y mientras que una sola hoja fue más rápida con el láser, las hojas apiladas hasta cuatro de altura fueron 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, será más un acabado vidrioso, muy suave".

Pero para que el láser funcionara con ese nivel de precisión, añadió, "había que ser un experto en frecuencias y potencias. Éramos muy buenos en eso, pero había que ajustarlo muy bien; con un chorro de agua es lo primero". tiempo, primero inténtelo. Ahora, tenemos un sistema CAD integrado en todas nuestras máquinas. Puedo diseñar una pieza directamente en la máquina". Esto es útil para la creación de prototipos, agregó. "Puedo programar allí mismo en el chorro de agua y cambiar el espesor y la configuración del material mucho más fácilmente". Y la configuración del trabajo y el cambio "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 una tienda de pasatiempos o un garaje, el ProtoMAX de OMAX cuenta con una bomba y una mesa de corte sobre ruedas para una fácil reubicación. El material de trabajo se sumerge bajo el agua para un corte silencioso.

Con respecto al mantenimiento, "por lo general, puedo entrenar a alguien con chorro de agua en un día o dos y enviarlo a la naturaleza con bastante rapidez", afirmó Holcomb.

Las bombas EnduroMAX de OMAX están diseñadas para usar menos agua y permitir reconstrucciones rápidas. La versión actual cuenta con tres sellos dinámicos. "Todavía le digo a la gente que sea meticulosa con el mantenimiento de cualquier bomba, no solo la mía. Es una bomba de alta presión, así que tómese su tiempo y obtenga la capacitación adecuada".

Para Diehl de Amada, el chorro de agua y el láser se pueden utilizar 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 prensas plegadoras son bastante asequibles, por lo que pueden cortarlas y doblarlas. En un entorno de producción, probablemente se inclinará por el láser".

Mientras que los láseres de fibra ofrecen la flexibilidad para cortar 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 inicio. 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 lo consideraba un buen operador si podía diagnosticar esos problemas. Los sistemas de fibra actuales son una especie de cortador 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 del operador experto de la ecuación. Dicho esto, creo que pasar del chorro de agua al láser sería una transición suave y fácil".

Diehl estima que un sistema típico de láser de fibra puede funcionar a un costo de $2 a $3 por hora, en comparación con $50 a $75 por hora para chorro de agua, teniendo en cuenta el consumo de abrasivos (p. ej., granate) y las reconstrucciones programadas de la bomba.

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

"Solía ​​ser que con aluminio grueso, el chorro de agua tendría [la] ventaja", explicó Diehl. "Los láseres no tenían el poder para 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, el aluminio de 1" ya no es un problema. Si hizo la comparación de costos, podría ser más barato en el chorro de agua por la inversión inicial en la máquina. El láser puede cortar 10 veces más piezas, pero tendrá que estar en ese entorno de volumen para compensar ese costo. Cuando está ejecutando una combinación más alta de bajo volúmenes de piezas, ahí es donde podría haber algunas ventajas para el chorro de agua, 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 está alcanzando un máximo de 12 kW, frente a los 2 kW en su presentación en 2013. En el otro extremo de la escala, la máquina VENTIS de Amada, lanzada 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 movimiento 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 cortarse. Lo hicimos con diferentes tipos de modos y formas de haz. Con VENTIS, podemos ir y venir casi como una sierra; a medida que la cabeza se mueve, el haz va de un lado a otro, por lo que se obtienen estrías muy suaves, gran calidad de borde y, a veces, aumentos de velocidad".

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

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