Luisa Fernanda Castro Patiño

Periodista M&M

 El grabado, marcado y corte de superficies, son procesos que industrialmente pueden ser realizados al aprovechar la tecnología láser o los equipos de haz de luz de CO₂. En el mercado existen, actualmente, máquinas para transformar diferentes materiales y para distintas aplicaciones, entre ellas, la carpintería y la marquetería.  

Los equipos láser se utilizan para realizar grabados y cortes sobre casi todo tipo de superficies como metales, maderas, cartones, cueros y cauchos, y su funcionamiento es similar al de una impresora convencional, con la diferencia que en vez de realizar una impresión a base de tinta, realizan una diminuta excavación, marca o penetración en el material soporte, a través de un rayo láser, para reproducir así, fielmente, una imagen, fotografía o dibujo.

En la industria maderera este tipo de máquinas se utilizan para realizar grabados y cortes de material de hasta 5.0 mm de espesor, con tan buenos resultados que, en muchos casos, pueden reemplazar las tradicionales máquinas ruteadoras en las que si bien se obtienen diferentes formas y trabajos que demandan cierto grado de complejidad, pero que también necesitan mayores tiempos para producir, comparadas con los láser.

De igual manera, los equipos láser ofrecen otras ventajas con respecto a otros métodos de corte y grabado, una de ellas es que permite graficar imágenes de mayor calidad y precisión, dado que el haz de luz casi invisible puede llegar a puntos donde otras herramientas como las fresas –y debido a su tamaño– no lo logran; de hecho, ofrecen cortes y grabados en dos y tres dimensiones, con un alto nivel de complejidad.

Así pues, a través de los equipos láser, la industria puede lograr una gran variedad de diseños hechos sobre superficies de madera con diferentes formas: desde figuras en relieve, hasta dibujos con cortes internos similares a los que se obtienen aplicando de la técnica de troquelado; de igual manera pueden reproducir con un 100 por ciento de fidelidad, cualquier tipo de fotografías y en diferentes tonalidades.

Vale anotar que, aunque en la industria maderera, los equipos láser se utilizan, principalmente, para corte y grabado, este último es una de las aplicaciones que más ha cobrado popularidad en los últimos años, ya que con ella es posible cambiarle la cara de infinidad de productos que van desde gabinetes y marcos fotográficos, hasta mangos para cuchillos y prácticamente cualquier trabajo de carpintería.

De igual manera, son muy estimados en la fabricación de juegos didácticos en madera y para la elaboración a escala de maquetas arquitectónicas, un negocio que alcanza, actualmente, su mayor auge en ciudades de Bogotá y Medellín.

Tipos de Máquinas

El mercado ofrece tres tipos de máquinas láser, cada una con funciones específicas según el tipo de trabajo especial que adelanten: experimental, profesional e industrial.

Serie para principiantes: este tipo de equipos tienen un área de trabajo que va desde 16″ x 12″ (406 x 305 mm) hasta 24″ x 12″ (610 x 305 mm), y sobre la que el industrial puede trabajar materiales de hasta 305 mm de grosor. Su potencia láser varía entre los 25 y los 60 vatios, es decir, alcanza una velocidad de trabajo media, por lo que es recomendable para trabajos en pequeñas empresas en las que no se necesitan productos a gran escala y/o con un alto grado de complejidad.

La velocidad y potencia de control puede ser igualmente regulada de forma manual o por computadora rangos que pueden aumentar de 1 hasta un 100 por ciento; además, ofrece una buena resolución de grabado que va desde los 100 a 1000 dpi (pixeles por pulgada).

Serie profesional: a diferencia de la anterior, este tipo de máquina funciona a mayores velocidades, con grabados y cortes de mayor calidad y precisión, por lo que es utilizada ampliamente en medianas y grandes empresas.

 En el mercado se encuentran máquinas que ofrecen áreas de grabado desde 18″ x 12″ (457 x 305 mm), hasta 36″ x 24″ (914 x 609 mm), para trabajar superficies o materiales de espesores de hasta 305 mm. Su potencia láser alcanza los 120 vatios, lo que aumenta, comparada con la anterior, casi en un 50 por ciento la productividad de la impresión y su capacidad de resolución es de de 75 a 1200 dpi.

Serie Industrial: este tipo de máquinas utilizan, a diferencia de las anteriores que funcionan con láser de CO₂, láser de fibra, que permite un proceso de marcado con un alto nivel de calidad industrial. La serie industrial permite además realizar trabajos a partir de cualquier software basado en Windows, lo que incluye AutoCAD, Illustrator, CorelDRAW o prácticamente cualquier software empresarial.

El láser de fibra tiene un área grande de grabado, 24″ x 12″ x 5″ (610 x 305 x 127 mm), y la entrega de rayo láser permite un marcado de alta velocidad para grabar y cortar piezas hasta de 190.5 mm de espesor.

 La Impresión

El principio de funcionamiento de estos equipos se concentra, inicialmente, en el rayo láser intenso de luz invisible que es creado, por medio de la excitación de gas carbónico CO₂ al contacto con electricidad y que es direccionado por un sistema de espejos hasta que finalmente, a través de un lente convexo, se condensa y proyecta sobre el material.

Al igual que una impresora, los equipos láser dependen de un software que se instala en el computador y se encarga de establecer comunicación entre la máquina y su sistema operativo. La función principal del controlador es informar al equipo ciertas características o variables de impresión como por ejemplo, el tipo de trabajo que se va a realizar, es decir, si es corte, grabado o la combinación de ambos.

Según John Rodríguez, ingeniero de soporte técnico de Laser Depot, compañía colombiana que desde hace siete años comercializa equipos láser, pantógrafos computarizados y software de última tecnología, el software de impresión es un sistema en el que se puede seleccionar desde el tamaño del grabado, hasta la calidad de impresión; de hecho, a través de este programa el usuario interactúa realmente con la máquina, pues funciona como un panel desde el cual se regulan las velocidades de grabado, de corte y las potencias, entre otras variables, que se explican a continuación.

Así, la dirección de grabado o corte se regula cuando en el proceso se necesita que el rayo mecanice la pieza bien desde la parte de atrás de la máquina hacia adelante o viceversa, esta depende del tipo de material que trabaje la máquina.

“Algunos operarios necesitan empezar el grabado o corte desde la parte final del modelo gráfico hacia parte de arriba, o donde empieza la imagen, con el fin de direccionar el humo hacia el sistema de filtro de la máquina –ubicado en la parte de atrás–, mientras mecaniza el material, para que lo aspire y de esta manera se eliminen residuos en la superficie”, señala Rodríguez.

La frecuencia, que consiste en el tiempo que tarda el rayo láser en pasar por un punto determinado, varía su graduación dependiendo del material a mecanizar, dado que algunos pueden presentar diferentes transformaciones o reacciones, según la mayor o menor frecuencia que reciban, durante el maquinado.

Para un acrílico, por ejemplo, la máquina debe aplicar una frecuencia alta, de modo que elimine rápida y eficazmente las partículas sobrantes pues, debido a la alta temperatura, este tipo de piezas tienden a derretirse y sus partículas a pegarse nuevamente con facilidad, lo que impide un buen acabado en el proceso de corte o grabado.

En materiales como el cuero o las maderas, los proveedores de estos equipos recomiendan conservar una frecuencia baja, dado que son superficies flamables que, al contacto con el rayo láser, pueden provocar llama, hasta el punto de incendiarse y por ende, acabar con la superficie y la pieza misma. En materiales como el balso, la recomendación apunta a manejar frecuencias entre los 150 y 300 Hz, a fin de evitar bordes con afectados e irregulares.

Para trabajos con MDF, los expertos recomiendan conservar una frecuencia entre 2.500 y 3.500 Hz, sobre todo en materiales con excelente comportamiento en procesos de corte, propiedad que depende de su nivel de calidad pues algunos tableros contienen demasiadas partículas o residuos que generan demasiada llama e impiden la profundización del corte.

Lo mismo sucede con las maderas macizas. Para este tipo de material, la sugerencia es que el operario analice su grado de rigidez y estime la llama que pueda generar al contacto con el rayo láser; que el operario realice un primer corte para verificar la intensidad de la llama y de acuerdo a los resultados obtenidos, varíe la frecuencia que mejor se ajuste a dicho proceso.

La profundidad de corte que, para aplicarla de la manera correcta, el operario debe considerar el siguiente postulado “a mayor velocidad, menor profundidad de corte y a menor velocidad, mayor profundidad de corte”, y paralelamente, tener en cuenta también, el grado de potencia de la máquina. Por citar un ejemplo, cuando el equipo trabaja con una velocidad al 100 por ciento y una potencia al 100 por ciento, el corte es poco profundo, pero si la velocidad disminuye, el corte alcanzará un mayor nivel de profundidad.

El autoenfoque, variable relacionada con la regulación de la distancia entre el lente por donde se proyecta el rayo de luz y la pieza de trabajo durante el proceso de mecanización, determinante para obtener un grabado más preciso y nítido. Dicha distancia, que debe ser de aproximadamente 2.0 pulgadas, en muchos casos puede ser regulada de forma manual, a través de una galga o pieza metálica encargada de proporcionar esta misma medida.

Ya, para la impresión de fotografías en madera, por lo regular, estas máquinas cuentan con un software de tratamiento gráfico especial, el cual convierte cualquier imagen bmp, jpg o gif, en una matriz de puntos que sirve de guía para el grabado por láser de la fotografía, y garantiza un acabado definido para evitar que el exceso de sombras y colores de la imagen original, convierta el resultado en un grabado sin detalles.

Es importante mencionar que los dibujos a cortar o grabar por el equipo láser puede elaborarlos y enviarlos el operario de estas máquinas, desde la gran mayoría de las aplicaciones o programas de diseño gráfico existentes: Corel Draw, Autocad, Freehand y Photoshop, entre algunos de los software más conocidos.

El Equipo en su Interior

Los equipos láser para corte y grabado están compuestos por siete partes básicas.

• Unidad Láser: particularmente en la industria, existen dos tipos de láser para el corte y el grabado de materiales:

-Láser de CO₂: se caracterizan por su versatilidad para trabajar diferentes superficies, pues graban y cortan una gran variedad de materiales como madera, acrílico, plástico, vidrio, aluminio anodizado, acero inoxidable, corcho, entre otros.

-Láser de fibra: diseñados para el marcado de metal base y plásticos de ingeniería. Estos sistemas se utilizan principalmente para aplicaciones industriales en las que se requiera el grabado de códigos de barras, números de serie, logos de las empresas y otro tipo de identificación permanente del producto.

Este tipo de láser, a diferencia del CO_2, aparece como una delgada fibra de vidrio fina o un haz de luz excelente calidad, por esta razón es utilizado en aplicaciones industriales de alto nivel profesional.

Entre las posibilidades de grabado que ofrece el rayo de fibra, se encuentra que brinda un mecanizado compacto y pequeño sobre la superficie, permite enfriarse rápidamente y gracias a su flexibilidad, permite realizar grabados en tercera dimensión.

Es importante mencionar que el tubo de la unidad láser tiene una durabilidad promedio de 20 mil horas, pero esta depende del tipo y la cantidad de procesos que se adelanten en la empresa. La recarga del tubo puede costar entre los 1.400 a 1.600 dólares, inversión que, según Rodríguez, puede recuperarse con dos o tres años de trabajo empleando este tipo de máquinas.

• Motores: por los regular, estos equipos disponen de un motor paso a paso y dos servomotores: el primero de ellos ubicado en la mesa de trabajo y los segundos, en cada una de las coordenadas X y Y. Los servomotores se activan mediante un mecanismo eléctrico que les permite trabajar a grandes velocidades sin que la máquina se caliente.
• Compresor de aire: su función es aumentar la presión de energía para desplazar el CO_. Dicho proceso se realiza, a través de un intercambio de energía entre la máquina y el gas, lo que aumenta la presión y energía cinética y lo impulsa a fluir.

Aunque no hace parte del sistema interno de la máquina, es un complemento importante encargado de brindar ventilación al equipo, con el fin de proteger la óptica de la máquina y mantener la zona de trabajo totalmente limpia.

• Rodamientos y partes móviles: son elementos mecánicos que facilitan el desplazamiento del brazo de la máquina en el eje Y y X, por lo regular, son correas y rodamientos duraderos que ofrecen una vida útil de cuatro a cinco años.
• Sistema de filtrado: tras la realización de grabados, es normal la generación de residuos, partículas y humos que deben ser extraídos de la zona de trabajo y es aquí cuando entra en funcionamiento el sistema de filtrado; su función es la de absorber dichos residuos y eliminarlos, mediante un conjunto de filtros que retienen las partículas de mayor tamaño, las volátiles, humos, gases y olores.

En consecuencia, este sistema, proporciona un aire purificado en un 99,997% que es expulsado nuevamente a la zona de operaciones, sin que sea necesario disponer de una salida de humos al exterior.

• Ópticas y espejos: son dispositivos, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida que direccionan el rayo de luz. Es uno de los componentes que requiere mayor revisión, por lo que se recomienda comprar máquinas con un acceso fácil a estos sistemas, a fin de que su mantenimiento sea óptimo y periódico
• Unidad de proceso (CPU): aunque, al igual que el compresor de aire, la CPU no hace parte del sistema interno de la máquina, es una de las secciones fundamentales para su funcionamiento y, en combinación con la unidad láser, se le considera el corazón de toda la máquina. La CPU es un ordenador que cuenta con un sistema operativo residente en una memoria SD industrial, con una capacidad aproximada de 64 Mb, la cual permite almacenar hasta 99 trabajos o diseños diferentes.

Antes de Comprar una Máquina…

A la hora de adelantar procesos de corte y grabado y antes de pensar en la compra de un sistema láser que cumpla esta función, hay aspectos importantes a considerar como conocer la velocidad de trabajo, la potencia o el vatiaje y el tipo de motores que integra la máquina. A continuación, se reseñan cada uno de estos aspectos.

• Velocidad de trabajo: la velocidad de un sistema de corte y grabado de CO_2, está directamente relacionada con la potencia del equipo y es expresada en vatios (W). Es importante tener en cuenta que, a mayor potencia o vatiaje, mayor velocidad de grabado y a menor potencia, menor velocidad de trabajo.

Por citar un ejemplo, si el usuario de la máquina necesita una potencia de 10W y la ajusta a una velocidad muy elevada, el láser no tendrá el tiempo suficiente para realizar el corte o el grabado; por el contrario, una máquina que alcance una velocidad de 1000 mm/seg con una potencia de 100W, será mucho más rápida en la gran mayoría de trabajos, que otra que disponga de una velocidad máxima de 2000 mm/seg y solamente conserve una potencia de 25W.

• Motores (Servomotores o motores de pasos): En muchas ocasiones, para lograr elevadas velocidades los clientes recurren a los motores denominados servomotores que, a diferencia de los motores de pasos, disponen de mayor aceleración y velocidad punta. Para aprovecharlos correctamente es necesario considerar ciertos factores como por ejemplo, que el exceso de aceleración produce diferencias notables en trabajos de grabado, según la zona del área de trabajo: que el sistema de motores es más sensible a los desajustes y al desgaste de las piezas, siendo su mantenimiento más complejo; y por último, que las reparaciones y los repuestos de este tipo de motores son más costosos.

Un Mercado que se Expande

En Colombia, como en el resto de países que lo aprovecha, el mercado de equipos láser para corte y grabado sirve a distintas industrias como la fotográfica, maderera, publicitaria, entre otras; sin embargo algunas empresas continúan utilizando máquinas alternativas que, en no pocos casos, resultan poco eficientes en su operación, por los tiempos extensos que invierten para trabajar.

Rodríguez considera al respecto que el mercado de máquinas láser, si bien aún se encuentra en una fase inicial en Colombia, está extendiéndose rápidamente a causa de los beneficios que ofrecen los novedosos equipos y que ya identifica la industria.

“En este momento Láser Depot reporta alrededor de 120 máquinas vendidas en el país –durante los siete años de funcionamiento de la empresa– de las cuales todas, sin excepción, se encuentran operando. En general, en Colombia, el mercado de estos equipos tiende a aumentar cada vez más, no sólo porque son fáciles y rápidos de manejar, sino porque la calidad de corte y grabado es buena”.

Actualmente, un equipo láser con un área de trabajo de 16 «x 12″ (406 x 305 mm) y un vatiaje de 25.30 o 40, puede costar 21 millones de pesos; pero si la empresa cliente una máquina con mayor capacidad, es decir, 18″ x 12» (457 x 305 mm), su precio puede variar entre los 40 y 50 millones de pesos, la selección depende de los procesos industriales que adelanten la compañía.

Aunque el costo de la máquina puede representar una inversión importante para el empresario; vale anotar que son muchos quienes la asumen con firmeza, en la medida que la saben justificada y tienen la certeza de lograr el retorno de su dinero en un plazo justo.

Los equipos láser son pues, una alternativa que puede abrir nuevas perspectivas para los empresarios, sobre todo aquellos vinculados a campos como la carpintería, la juguetería y la marquetería pues, gracias a su desarrollo, hoy representan soluciones industriales ventajosas en cuanto al ahorro en tiempos, procesos y dinero se refiere; sistemas que son verdaderos aliados para las empresas.

Fuentes

• John Rodríguez. Ingeniero Soporte Técnico Láser Depot. soporte@laser-depot.com
• eslaser.net