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Corte láser asistido por computadora¶
En este módulo, exploramos el corte láser asistido por computadora.
Aunque ya estaba familiarizado con el funcionamiento del equipo de corte láser que utilizo en mi laboratorio me parece una buena oportunidad para profundizar mis conocimientos en este tema, además de aprender nuevas utilidades tanto en el corte grabado láser como en el corte de vinilo.
En esta entrega, compartiré los principales aprendizajes que he obtenido durante este período de formación.
Funcionamiento del Láser:
Un aspecto que me resulto muy interesante ha sido el estudio del funcionamiento del láser. Desde su historia hasta su aplicación en la tecnología moderna, el material de estudio comprende diversos aspectos como por ejemplo la diferencia entre la luz láser y la luz convencional, así como también la naturaleza de la radiación láser y el fenómeno de emisión estimulada.
El corte láser es una tecnología sustractiva que ofrece múltiples ventajas en la fabricación. A diferencia de la impresión 3D, mantiene las propiedades mecánicas de los materiales y es más eficiente para crear geometrías 2D, lo que lo convierte en una opción ideal para prototipos rápidos.
La tecnología de corte láser con tubo CO2 es el estándar en laboratorios de fabricación digital, como los de la UTEC y FabLabs a nivel global. Esta tecnología, que genera un haz de luz láser de alta potencia, permite cortar y grabar una amplia variedad de materiales con precisión y eficiencia. Es valorada por su facilidad de uso, ideal para prototipado rápido, y es controlada mediante software, donde se ajustan parámetros como potencia y velocidad. Además, es muy utilizada en entornos educativos, facilitando el aprendizaje y la innovación, permitiendo experimentar a través de diversos proyectos.
Otras tecnologías existentes:
El corte láser de fibra, o fiberlaser, utiliza una fibra óptica dopada con tierras raras como erbio, neodimio e iterbio para amplificar el haz de luz, bombeado por varios diodos láser. Esta tecnología es ideal para cortar acero inoxidable, acero al carbono y aluminio entre otros, además en el proceso puede ser asistido con gases para facilitar el trabajo y mejorar su eficacia.
Los láseres de neodimio (Nd) YAG se bombean ópticamente mediante diodos láser, lo que aumenta su eficiencia y reduce costos. Estos láseres pueden operar en modo pulsado o continuo y emiten luz infrarroja con una longitud de onda típica de 1064 nm. El láser de neodimio tiene aplicaciones industriales y científicas variadas, desde tratamientos médicos y estéticos hasta procesos industriales como corte y marcado de plásticos y metales.
Abordamos temas importantes en el manejo del equipo de corte laser como:
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Operación de Equipos y Preparación para el Corte: el proceso de preparación previa al corte, puesta de material así como también el mantenimiento necesario para garantizar el buen funcionamiento de los equipos.
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Cortador Láser por CO2: Se profundizó en el funcionamiento específico del cortador láser por CO2, el cual será utilizado en nuestro entorno educativo desde los componentes básicos como el tubo CO2, los espejos y el lente o foco, hasta la importancia del sistema de enfriamiento chiller. También sobre la configuración adecuada de parámetros como potencia, altura, velocidad y definición para obtener resultados óptimos.
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Seguridad y Configuraciones de Potencia: Otro aspecto destacable ha sido el énfasis en la seguridad durante el manejo de los equipos, las medidas de seguridad necesarias para proteger a las personas (especialmente las manos y los ojos) así como la importancia del equipo de extracción de humos.
Preparación de diseños para corte láser: Es importante emplear tanto herramientas en 2D como en 3D para optimizar el proceso. En mi caso, utilizo Corel, que mediante una extensión permite grabar o cortar directamente a través de un plugin que dirige mi diseño al software RDCAM de mi cortadora de CO2. También se pueden emplear programas como Fusion 360 de Autodesk, que permiten parametrizar el proceso.
Es importante tener en cuenta una serie de consejos útiles previos a la realización del trabajo: Técnicas de Corte y Grabado Láser
Corte laser: EL láser corta continuamente siguiendo una geometría vectorial. Adecuado para cortar materiales con diseños precisos y líneas finas.
Grabado Raster: Utiliza archivos de mapa de bits para grabar línea por línea. Similar a una impresora de tinta, elimina material píxel a píxel, ideal para imágenes detalladas y sombreados.
Grabado Vectorial: El láser sigue líneas vectoriales, cortando solo la superficie. Usa menor potencia que el corte láser para grabar líneas finas y curvas.
Configurar correctamente los parámetros de potencia, velocidad, PPI, Hz, pasada, flujo de aire y offset z es crucial para obtener resultados óptimos en el corte láser, adaptados a las características específicas del material y del diseño.
Tolerancias y Holguras en Corte Láser
La tolerancia en el corte láser afecta la variación esperable de una pieza respecto al diseño original, puede ser tan precisa como ± 0,1 mm. La tolerancia estándar es de ± 0,2 mm en bordes y ± 0,05 mm para entre centros en piezas menores a 500 x 500 mm.
La holgura es el espacio necesario para que dos piezas encastren y está influenciado por el grado de error de la técnica de fabricación. A mayores rangos de tolerancia, mayor holgura será requerida.Como referencia, si con la tecnología utilizada tenemos un rango de error es 0.2 mm, el encastre requiera una holgura de 0.4 mm aproximadamente.
Ejemplos y aplicaciones A través de diversos ejemplos aprendimos sobre las numerosas aplicaciones del corte láser en el campo de la moda, donde esta tecnología ofrece posibilidades infinitas para los diseñadores, demostrando su gran potencial creativo y práctico para emprendedores.
También se destacan algunos ejemplos de aplicaciones en la creación de objetos decorativos con diferentes terminaciones, como lámparas LED de acrílico con grabado lineal vectorizado. Estas lámparas aprovechan la difusión de la luz a través del acrílico para lograr efectos visuales muy interesantes.
Valoro estos conocimientos adicionales sobre tecnologías de corte láser, ya que han ampliado mi comprensión sobre las diversas aplicaciones y técnicas disponibles en este campo. Esto me motiva a seguir experimentando con todas posibilidades creativas y prácticas que ofrece el corte láser para mis futuros proyectos.
Técnicas que me resultaron muy interesantes: Técnicas como el kerf bending, que permite debilitar materiales de forma controlada para facilitar el doblado, puede ampliar las posibilidades de diseño y fabricación.
Herramientas Utilizar software como Slider for Fusion para transformar modelos 3D en piezas planas y encastrables para el corte láser o CNC.
Nesting La optimización de la disposición de piezas en una lámina de material se realiza utilizando herramientas como SVGnest. Estas herramientas ayudan a reducir el desperdicio y mejorar la eficiencia en el corte. También investigué sobre Flatfab, un software de diseño y fabricación 3D que permite a los usuarios crear objetos 3D a partir de dibujos 2D y luego convertirlos en piezas planas de encastre que pueden ser cortadas con láser o CNC y ensambladas posteriormente.
Cargar nuestro diseño al equipo de corte:
Luego de tener pronto nuestro diseño debemos generar el archivo de corte. Este archivo contiene las instrucciones de movimiento y potencia que seguirá el cortador láser para cumplir con la tarea.
Este archivo suele ser del tipo .gcode, para ello debemos procesar nuestro diseño en un software de tipo CAM donde definimos de qué forma se reproduce cada elemento en la máquina: (velocidad, potencia y frecuencia).
Aunque cada equipo de corte láser viene con su propio software CAM, en los laboratorios de fabricación de UTEC y en la mayoría de laboratorios makers, utilizamos el software RDWorks. Instalamos este software en nuestras PC para generar nuestros archivos de corte y grabado.
A continuación, describo los pasos de dos ejercicios que realicé para profundizar en mi aprendizaje con diferentes herramientas y un tercer ejercicio, que es el proyecto final para este módulo técnico. Este proyecto culminará con una visita al laboratorio de UTEC para materializar mi diseño.
Ejercicio 1:
Utilizando la técnica de Kerf Bending, que permite el debilitamiento y deformación de materiales de manera controlada, decidí fabricar un símil reloj pulsera. Desde Fusion 360, definí las dimensiones finales en un sketch.
Generé líneas verticales con una separación de 1,8 mm y líneas horizontales que definían el largo total. Después de realizar las restricciones y acotar medidas, procedí a realizar un patrón rectangular para repetir las líneas de corte cada 3,6mm, posteriormente añadí un círculo que simulaba el reloj y realicé los encastres.
Guardé el sketch como DXF para trabajarlo en Inkscape. Luego importé el DXF y revisé todas las líneas, eliminando las de construcción y superposiciones existentes, dejándolo listo para el envío a RDWorks. Finalmente pude cortar un acrílico de 3 mm con un resultado muy interesante.
Ejercicio 2:
Para mi segundo ejercicio, utilicé el software Slicer for Fusion, que permite transformar modelos 3D en cortes planos para el corte láser.
Tal como se mencionaba en el tutorial de YouTube que nos enviaron, el software tiene algunos problemas con los archivos.
Después de intentar importar varios archivos STL sin éxito, logré hacer funcionar un modelo muy simple de una figura de una película (Darth Vader). Aunque no fue la figura ideal, me sirvió para probar esta herramienta.
Luego de importar la figura, configuré el tamaño y elegí el método stacked slices, generando capas ordenadas en varias planchas de 500x500 mm. Guardé en mi pendrive la carpeta con un zip con 5 archivos en formato DXF listos para cortar en el equipo láser.
Cada archivo que abrí en RDWorks estaba listo para usar, dividido en dos colores, lo que permitía utilizar menos potencia para el grabado vectorial de los números de registro y una potencia alta de corte para el color que contenía la figura.
Si bien la espera para el corte de todas las piezas en cartonplast y el ensamblaje final fue larga, estoy muy conforme con el resultado.
Ejercicio 3:
Este tercer trabajo corresponde al trabajo de entrega el que consistía en la realización de piezas para cortar en láser con encastres paramétricos y un logo.
Para esto decidí transformar estas piezas en una lámpara de colgar. Diseñé también dos soportes paramétricos utilizando el método de kerfing para colgar y sostener la lámpara.
Fue muy útil profundizar en el uso de Fusion nuevamente. Configuré los parámetros de espesor y holgura, y los probé con éxito cambiando los números. La figura fue un círculo de 110 mm con ranuras de 20 mm x el espesor paramétrico (3 mm). Realicé un patrón circular para realizar las repeticiones.
Sin duda, el mayor problema fue mover las piezas para que encastraran y realizar nuevamente el patrón circular, fue todo un aprendizaje y varias veces tuve que iniciar el trabajo desde cero.
Para la realización del logotipo no tuve problemas, dado que ya habíamos realizado un trabajo similar, igualmente elegí otro logo para seguir practicando en Inkscape.
Las últimas dos piezas fueron los soportes con kerf. Como también los había realizado anteriormente como ejercicio, no tuve mayores dificultades.
Esta vez les agregué encastres paramétricos para seguir la lógica del ejercicio. El sketch lo realicé del lado derecho y luego lo espejé con la herramienta de simetría.
Posteriormente, cada sketch generado y guardado como DXF fue revisado y mejorado en Inkscape, generando tres archivos independientes, los cuales fueron importados por separado a RDWorks, asignando a cada color una potencia y velocidad.
Para finalizar, envío todos los archivos generados para trabajar en la práctica presencial de laboratorio de UTEC.
Este módulo ha sido una oportunidad invaluable para profundizar en las tecnologías de corte láser. He adquirido competencias técnicas importantes y un entendimiento profundo del funcionamiento y aplicaciones del láser. Estoy motivado por aplicar estos conocimientos en futuros proyectos y seguir explorando las posibilidades creativas y prácticas del corte láser asistido por computadora.
Pràctico¶
Finalmente llegó el momento de probar mi diseño para la tarea de entrega de trabajos prácticos. En mi caso, esto se realizó en el LABA de UTEC Rivera, donde repasamos con el profesor los pasos de diseño en Fusion 360. Intercambiamos comentarios y aprendizajes sobre la tarea. Revisamos las modificaciones y revisiones previas en Inkscape. En RDWorks, chequeamos las configuraciones que había realizado.
El profesor me mostró cómo guardar correctamente las configuraciones en RDWorks, ya que inicialmente los guardé a través de Archivo > Guardar como y el nombre del archivo, lo cual no funcionó porque no se guardaron las configuraciones adecuadamente. Lo correcto es guardar desde la ventana de configuración a la derecha, en la pestaña Laser Work, utilizando la opción Save to UFile.
De esta manera, las configuraciones de potencia y velocidad quedaron registradas. Para cargar los archivos, me pareció muy interesante probar otro tipo de máquina de corte láser, diferente y probablemente un modelo más nuevo al que suelo utilizar. Descubrí muchas utilidades nuevas en este equipo, como la visualización previa y en tiempo real del trabajo, así como la posibilidad de regular la altura del foco a través del panel de comandos.
El resto del procedimiento de carga fue similar al de otros equipos. Procedí a iniciar el proceso de corte después de ajustar y verificar el punto de inicio del trabajo. Realizamos un testeo o frame para asegurarnos de que todo estaba correctamente alineado. Luego, bajamos la tapa y encendimos el extractor de humo antes de iniciar el corte.
Luego de cortar las primeras piezas del modelo paramétrico, el equipo encendió una llama que duró pocos segundos, lo suficiente como para derretir parte de un terminal del forzador de aire del cabezal.
Esto requirió detener el trabajo, reconectar la manguera y limpiar cuidadosamente el lente del cabezal. Este suceso, sin mayores consecuencias, es un recordatorio de lo peligroso que puede resultar dejar un equipo sin supervisión, aunque sea por pocos segundos, ya que los daños pueden ser totales.
Una vez restablecido el funcionamiento del equipo, pudimos continuar y obtener un resultado desde mi punto de vista muy bueno. Tanto el diseño, los encastres y el logo quedaron muy bien. El complemento que agregué, dos tiras de kerfing con encastres paramétricos, funcionaron muy bien y el trabajo lo convertí en una lámpara de colgar que comparto a continuación.
La experiencia en el laboratorio fue muy interesante. El profesor me facilitó y acompañó en todo el proceso. Como conclusión, la visita y practica en Utec fue muy positiva y motivante.