Las rutas de mecanizado tradicionales incluyen el corte mecánico, el corte térmico (por ejemplo, plasma/llama) y el corte láser convencional. El mecanizado mecánico se basa en el contacto; el desgaste de la herramienta y las fuerzas de corte pueden inducir microdaños y deformaciones, lo que limita la precisión y la integridad de la superficie alcanzables. El corte térmico es eficiente para secciones gruesas, pero normalmente produce una gran HAZ, tensiones residuales y microfisuras que reducen el rendimiento mecánico. El procesamiento láser convencional, aunque versátil, aún puede sufrir una HAZ relativamente grande y un rendimiento inestable en materiales altamente reflectantes o sensibles al calor.

Como se resume en la Fig. 3, WJGL utiliza agua como medio de transmisión y refrigerante concurrente, lo que reduce significativamente la HAZ y suprime la distorsión y las microfisuras, mejorando así la precisión y la calidad de los bordes/superficies (ver Fig. 4). Sus ventajas se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Daño térmico bajo y calidad mejorada: La alta capacidad calorífica específica y el flujo continuo de agua eliminan rápidamente el calor, lo que limita la acumulación térmica y ayuda a preservar la microestructura y las propiedades.

2. Estabilidad de enfoque mejorada y utilización de energía: El confinamiento dentro del chorro reduce la dispersión y la pérdida de energía en comparación con la propagación en el espacio libre, lo que permite una mayor densidad de energía y un procesamiento más consistente, lo que es adecuado para el corte fino, la microperforación y geometrías complejas.

3. Operación más limpia y segura: El medio acuoso captura y elimina humos, partículas y residuos, lo que reduce la contaminación en el aire y mejora la seguridad laboral.

Especificación

Distribución de aplicaciones y distribución sectorial de materiales de corte por láser guiado por chorro de agua (WJGL)

Aeroespacial y energía (≈30–35%)

Este sector representa la mayor parte de las aplicaciones de WJGL. Los materiales típicos incluyen polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), compuestos de matriz de aluminio (Al MMC) y compuestos de matriz cerámica (CMC). WJGL es particularmente adecuado para estos materiales debido a su capacidad para minimizar el daño térmico y preservar las propiedades mecánicas al cortar compuestos térmicamente sensibles y anisotrópicos utilizados en estructuras aeroespaciales y energéticas de alto rendimiento.

Instrumentos de precisión y materiales metálicos (≈25–30%)

Una parte importante del uso de WJGL se dedica al procesamiento de metales de precisión. Las aplicaciones representativas incluyen álabes de motor fabricados con superaleaciones a base de Ni (por ejemplo, Inconel 718, Haynes 188), aleaciones de titanio (Ti-6Al-4V) y componentes de alta precisión como piezas de reloj de pulsera hechas de Cu, Al y Ti. La tecnología permite una alta precisión dimensional, anchos de ranura estrechos y una calidad de superficie superior.

Semiconductores y microelectrónica (≈20–25%)

En el sector de los semiconductores y la microelectrónica, WJGL se aplica ampliamente al corte de materiales cristalinos y frágiles, incluidos obleas de silicio, diamantes y materiales fotovoltaicos como Si y GaAs. Su capacidad para suprimir microfisuras, astillado y daños subsuperficiales lo hace muy adecuado para el corte de obleas de alta precisión y la fabricación a microescala.

Componentes médicos (≈10–15%)

Aunque es menor en la cuota general, las aplicaciones médicas son de alto valor tecnológico. WJGL se utiliza principalmente para fabricar stents planos cardiovasculares a partir de aleaciones biocompatibles como CoCr, NiTi, Cr-Pt y aleaciones de magnesio. El proceso cumple con los estrictos requisitos de características ultrafinas, tolerancias ajustadas y zonas mínimas afectadas por el calor, fundamentales para el rendimiento de los dispositivos médicos.

En general, la distribución sectorial demuestra que el corte WJGL se emplea predominantemente en dominios de fabricación avanzados donde la alta precisión, el bajo impacto térmico y la excelente integridad del material son esenciales.

Preguntas frecuentes sobre el láser guiado por chorro de agua (WJGL)

 

1) ¿Qué es el mecanizado con láser guiado por chorro de agua (WJGL)?

WJGL es un método de procesamiento láser en el que el haz láser se acopla a un microchorro de agua. El chorro de agua actúa como medio de guía del haz y como medio de refrigeración/eliminación de residuos, lo que permite una alta precisión con un daño térmico reducido.

2) ¿Cómo funciona WJGL?

WJGL se basa en la reflexión interna total en la interfaz agua-aire. Debido a que el agua y el aire tienen diferentes índices de refracción, el láser se puede confinar y guiar dentro de la columna de agua, similar a una “fibra óptica líquida”, y se entrega de forma estable a la zona de mecanizado.

3) ¿Por qué WJGL reduce la zona afectada por el calor (HAZ)?

El agua que fluye continuamente elimina el calor de manera eficiente debido a su alta capacidad calorífica. Esto suprime la acumulación de calor, reduciendo la HAZ, la distorsión y las microfisuras.