Láser de fibra: funcionalidad y áreas de aplicación

• Definición: Láseres de estado sólido que guían la luz dentro de fibras ópticas de vidrio, normalmente dopadas con tierras raras. 

• Puntos fuertes: Precisión excepcional, gran eficacia, versatilidad y robustez. 

• Aplicaciones: Grabado/marcado complejo 

• Ventajas: Diseño compacto, eficiencia energética, larga vida útil, bajo mantenimiento, proceso sin contacto 

• Limitaciones: No es ideal para materiales orgánicos como la madera o materiales transparentes (vidrio transparente),  o algunos plásticos 

En la fabricación y el diseño, la tecnología láser en su conjunto ha revolucionado el procesamiento de materiales. De todos los láseres, los de fibra destacan por su precisión, eficacia y flexibilidad de marcado en las aplicaciones. Esta guía explica los láseres de fibra, sus ventajas, aplicaciones comunes y consideraciones de seguridad importantes a la hora de elegir un nuevo láser. 

Explorar las máquinas láser

Un láser de fibra es un láser de estado sólido en el que tanto la luz láser como la luz de bombeo se guían dentro de fibras ópticas de vidrio. El medio activo del láser es el área de la sección transversal interna de la fibra de vidrio, que está dopada normalmente con un elemento perteneciente a las tierras rara como el iterbio. 

En concreto, los diodos láser suministran energía, emitiendo luz (por ejemplo, a 915 nm, 977 nm o 1064 nm) a la fibra de vidrio dopada a través de fibras ópticas. Estas fibras ópticas se conectan mediante empalme, un proceso de soldadura de vidrio que elimina las trayectorias de rayo abiertas para la luz de bombeo o láser. Esto hace que los láseres de fibra sean excepcionalmente robustos frente a la contaminación y las vibraciones. 

La mayoría de los láseres de fibra para marcado y grabado son láseres de fibra pulsada, que suelen utilizar un diseño MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). Esta amplificación de paso único en una fibra en espiral permite un gran rango de amplificación y una alta ganancia dentro de un volumen compacto. 

Los láseres de fibra pulsada suelen tener una potencia pico de pulso de 10 kW-20 kW y una potencia media de salida de 10 W-100 W, lo que los hace adecuados para diversas tareas de precisión. Su alta calidad de rayo y su excelente enfoque permiten varias aplicaciones: 

• Grabado y marcado complejos: Los láseres de fibra son excelentes para realizar marcados permanentes de alto contraste en metales, determinados plásticos y cerámicas. Es posible grabar y marcar patrones detallados en alta resolución, lo que los hace perfectos para grabar diseños, texto, logotipos o números de serie. Además, el grabado profundo no supone ningún problema para los láseres de fibra debido a su especial densidad de potencia. Por lo tanto, las aplicaciones de los láseres de fibra producidos por Trotec van desde la joyería hasta la industria del automóvil.    
• Aplicaciones adicionales de los láseres de fibra en general: Además, algunos láseres de fibra también pueden utilizarse para soldar o limpiar superficies y cada vez encuentran más aplicaciones en otros ámbitos. 

A la hora de elegir una máquina láser, se encontrará con diversas tecnologías, y elegir la adecuada para cada uso puede resultar abrumador. La siguiente comparación puede ofrecerle una visión general de las diferencias entre los tipos de láser. 

Láser de fibra vs. láser de CO2: 

• Velocidad y materiales: Con una longitud de onda de 1 064 micrómetros, los láseres de fibra producen un diámetro focal extremadamente pequeño, por lo que su intensidad es hasta 100 veces superior a la de los láseres de CO2 con la misma potencia media emitida. Por lo tanto, los láseres de fibra son óptimos para el marcado de metales mediante recocido, para el grabado de metales y para el marcado de plásticos de alto contraste.  

•  Por otro lado, los láseres de CO2, con su mayor longitud de onda, son ideales para cortar, grabar y marcar materiales no metálicos como madera, acrílico, cuero, papel, textiles y vidrio. 

• Precisión y calidad del rayo láser: En comparación, los láseres de fibra suelen ofrecer una mayor precisión y una calidad de rayo más fina, lo que se traduce en bordes de corte más lisos en los metales. 

• Mantenimiento y vida útil: Por lo general, los láseres de fibra tienen una vida útil más larga y requieren poco mantenimiento debido al marcado y grabado sin contacto y a la ausencia de piezas de desgaste.

Láser de fibra vs. láser Nd:YAG: 

• Casos prácticos: Los láseres de fibra pulsada han sustituido parcialmente a los láseres YAG tradicionales para numerosas aplicaciones, especialmente el marcado y el grabado. Los láseres de fibra suelen ser más adecuados para la metalurgia industrial y la producción a alta velocidad. 

• Pulso: Los láseres YAG pueden tener potencias pico de pulso más elevadas (30-100kW), frente a los 10kW-20kW de los láseres de fibra. 

• Usabilidad: Los láseres de fibra ofrecen ventajas significativas en cuanto a compacidad de diseño, robustez, longevidad y rentabilidad general. 

Láser de fibra vs. Láser de diodo  

• Versatilidad de materiales y aplicaciones: Los láseres de fibra suelen funcionar a 1064 nm. Esta longitud de onda es absorbida en gran medida por los metales, por lo que los láseres de fibra son ideales para marcar metales y determinados plásticos. Los láseres de diodo suelen funcionar a 450 nm (luz azul) o a veces en torno a 808-980 nm (infrarrojos), según el tipo de diodo. Los diodos azules (450 nm) son absorbidos de forma correcta por materiales orgánicos como la madera, el cuero y algunos plásticos, además de marcar algunos metales. Así, el láser de fibra se utiliza principalmente para fines especiales en el marcado de metales y plásticos, mientras que el láser de diodo ofrece una mayor versatilidad en diferentes materiales. 

• Grabado profundo de metales: Los láseres de fibra son adecuados para el grabado profundo en metales, mientras que los láseres de diodo no pueden alcanzar la misma profundidad en el marcado de metales. 

• Presupuesto: Los sistemas láser de diodo (como el Speedy 100 cross ) suelen proporcionar un área de marcado mayor a un coste inferior en comparación con muchos sistemas láser de fibra galvo.  

Una ventaja significativa de los láseres de fibra es su impresionante longevidad. Los diodos de bomba separados espacialmente, cada uno con su propio disipador térmico, contribuyen a una elevada vida útil de estos componentes críticos. Los láseres de fibra suelen tener una vida útil de entre 50 000 y 100 000 horas de funcionamiento antes de que se produzca un mantenimiento importante o un deterioro significativo. Esta mayor vida útil los convierte en una inversión inteligente a largo plazo. 

Los láseres de fibra ofrecen varias ventajas convincentes: 

• Marcado rápido y de alta calidad, especialmente en metales y plásticos 
• Alta precisión también en marcados finos y detallados 
• Diseño compacto y sin mantenimiento: La gran superficie y el bajo volumen de las fibras de vidrio permiten una refrigeración eficaz, lo que contribuye a un diseño compacto, robusto y prácticamente exento de mantenimiento. 
• Eficiencia energética: Presentan un alto rendimiento eléctrico-óptico (más del 20 %), lo que reduce los costes energéticos y el calor residual durante el funcionamiento. 
• Menores costes globales: En comparación con los antiguos láseres YAG, los láseres de fibra tienen unos costes generales de vida útil significativamente inferiores para aplicaciones similares, lo que los convierte en una opción más económica a largo plazo. 
• Resistencia a la contaminación: El guiado interno de la luz de bombeo y láser dentro de las fibras ópticas, conseguido mediante empalmes de precisión, elimina las trayectorias abiertas del rayo, lo que las hace muy resistentes al polvo y otros contaminantes. 

A pesar de sus inmensas capacidades, los láseres de fibra tienen limitaciones en cuanto a la compatibilidad de materiales: 

• Materiales transparentes: Materiales como el vidrio transparente suponen un reto para los láseres de fibra. Los materiales transparentes no absorben fácilmente la longitud de onda de los láseres de fibra, por lo que los resultados de grabado o corte son deficientes o nulos.  
• Madera: Los láseres de fibra no son ideales para el corte o grabado profundo de madera. La estructura orgánica y desigual de la madera suele dar lugar a resultados nulos o incoherentes. En este caso, los láseres de CO2 suelen ser los preferidos para cortar o grabar. 
• Determinados plásticos: En general, se pueden conseguir buenos resultados de marcado en plásticos con un láser de fibra. Aquí los pigmentos del plástico crean una coloración más clara o más oscura dependiendo de la pigmentación, donde los pigmentos oscuros provocan una coloración más clara y los plásticos más claros consiguen una coloración más oscura. Por otra parte, algunos plásticos no pueden marcarse debido a su sensibilidad al calor, que depende mucho de la composición del plástico.   
• Materiales con riesgo de daños en las fibras: La generación de pulsos de muy corta duración y alta energía puede crear intensidades de pico extremadamente altas dentro de la pequeña sección transversal de la fibra de vidrio, dañando potencialmente la fibra al formar «centros de color». 
• Otros materiales inadecuados: Los materiales que contienen cromo (VI), como algunos cueros, fibras de carbono, PVC, PVB, PTFE (teflón) y óxido de berilio, no deben procesarse nunca con ningún láser debido a la liberación de humos tóxicos.

Los láseres de fibra emiten radiaciones intensas que pueden ser nocivas. Por lo tanto, la seguridad es primordial a la hora de utilizar cualquier máquina láser. Los puntos clave de seguridad incluyen: 

• Protección ocular y de la piel: La exposición directa al rayo láser puede causar lesiones oculares graves y permanentes o provocar quemaduras en la piel. Aun así, con los láseres de Trotec no se necesitan requisitos de protección adicionales, como gafas de seguridad láser adecuadas, ya que solo se suministran láseres de clase 2.  
• Humos y partículas: El corte por láser de fibra, especialmente de metales, genera humos, polvo y partículas. Por lo tanto, unos sistemas de ventilación y extracción adecuados son esenciales para prevenir los riesgos de inhalación y mantener un entorno de trabajo seguro. 
• Peligro de incendio: El calor intenso puede encender materiales inflamables. Por lo tanto, es necesario asegurarse de que el espacio de trabajo esté libre de combustibles. 

La observancia de estas precauciones, así como de estrictos protocolos de seguridad, es crucial para proteger tanto a los operadores como a las personas cercanas. 

Teniendo en cuenta su alta eficacia, larga vida útil y excepcional precisión en metales y plásticos, los láseres de fibra suelen ser una inversión óptima. Las ventajas en términos de velocidad, calidad y versatilidad justifican a menudo la inversión en un láser de fibra de alta calidad, especialmente para las empresas centradas en el procesamiento de metales y las aplicaciones de alta precisión. 

Si sus principales necesidades implican grabar o marcar metales con una precisión y velocidad inigualables, o si necesita un sistema robusto con un mantenimiento mínimo y una larga vida operativa, un láser de fibra es muy adecuado para usted. Aun así, tenga siempre en cuenta los requisitos específicos de su material y aplicación. Además, nuestros expertos estarán encantados de ayudarle en su proceso de toma de decisiones o de responder a cualquier pregunta que pueda tener. 

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