Cortar madera en láser 60W?

[MAX JUAN]

hola.
algo a mi no me cuadra, primero tema viejo, segundo, si tengo 100w en un duametro de salida del laser de 1cm de diametro y lo reduzco por convergencia a 0,1mm de diametro, vos a seguir teniendo 100w solo que concentrado, ya que de lo contrario, creamos la forma de crear energia de la nada y multiplicarla, cosa que en un laser es todo lo contrario y en el caso de concentrar la luz del mismo tampoco es crear energia , simplemente es CONCENTRAR LA MISMA CANTIDAD DE ENERGIA.
saludos.

[carpin]

En ningún sitio se dice que se cree mas energia 
Desde mi más absoluto desconocimiento entiendo que la explicación del compañero TecnoWorld es algo así como cuando se pone una lupa para quemar un papel. por ejemplo. La luz solar directa no es capaz poner un papel a muchos grados pero si concentramos la energía que recibe la lupa en un punto más pequeño podemos conseguir la temperatura necesaria para prender el papel. No estamos creando energía, simplemente la estamos concentrando en menor superficie.

[MAX JUAN]

no me gusta citar, ya que me parece gasto inutil de memoria, pero ya que no leiste esta parte, te lo pongo aca, lee con atencion su explicacion de la suma de w en las concentraciones del laser.

Vale, tengo que explicar un poco mejor para la gente que tienen un láser.

La potencia de un láser no es tan importante.

Tenemos un láser de 100W que tiene una óptica que permite un focos de 0.2mm. Así tenemos en el focos una densidad de energía de 3180W/mm.
En contrario tenemos un láser de 40W, que permite un focos de 0.1mm. En este tenemos en el focos 5100W/mm. Mucho más que es de 100W.
Y solo la densidad de energía en el punto de focos es importante para cortar.

Además, en ejemplo para cortar metales, el láser no corta el metal, el hace que el metal se quema, y con el gas de corte, que es 100% oxigeno, tienes un plasma que aumenta la energía de corte y al final corte el acero. Sin este gas de corte a presión no puedes cortar tan profundo.

Un sistema óptica de un láser tampoco esta tan fácil  - pq no puedo hacer un focos de 0,01mm y me permite de cortar todo?
Para que todo entienden, yo NO uso las palabras correctas y voy a explicar fácilmente.



Calculamos un láser común de 100W chinos.
Que datos tenemos?

longitud de onda= 10,4µm
potencia nominal: 100W
Beam-Quality: M²>=1.25 (depende de la marca)
Beam-diámetro en la salida: 1.9mm

Ya tenemos al mínimo 3 espejos. Este son normalmente en los láser baratos de cristal con una superficie reflexivo muy fino.
Este espejos reflejan solo entre 89 y 93%. Así, despues de los espejos quedan aprox. 70W. Este podemos notar, si despues de uso del láser tocamos un espejo y notamos que esta bastante caliente.

Potencia entrada al lente: 70-80W
longitud focal de la lente: 70mm (puede variar depende del modelo, hay entre 50 hasta 150mm)
Eficiencia lente: depende de modelo 95%
Potencia salida del lente: 66,5-76W

Calculamos ya el diámetro del focos:
Spot Dia = (1.27*f*L*M²)/Beam Dia = 0.60mm

La densidad en el focos: en el óptima 268W/mm²

Ya vemos, que influye el diámetro del focos.
=> que más grande el Beam del láser que más pequeño el focos
=> que más corto la longitud focal que más pequeño el focos
=> que más pequeña el longitud de onda que más pequeño el focos
=> que mejor la calidad del Beam que más pequeño el focos

Los dos últimos no podemos cambiar, pero los otros dos si.

Calculamos mi láser de 40W.
longitud de onda= 10,4µm
potencia nominal: 40W
Beam-Quality: M²>=1.25 (depende de la marca)
Beam-diámetro en la salida: 2.3mm

espejos molibdeno, 25,4mm: 98,5%
Beam-Expander 5x, eficiencia: 98.2%
lente, 25.4mm, F=54mm, eficiencia 98.8%
potencia nóminal despues del óptica: 37W (solo 3 W perdidas)
Beam-Diámetro despues del expandir: 11.5mm

Spot Dia = (1.27*f*L*M²)/Beam Dia = 0.0775mm

La densidad en el focos: en el óptima 8479W/mm²

Y ya? El láser de 40W tiene 31,5 veces más potencia en el punto focal que el láser de 100W.

Pero como puede ser?
Directamente despues de la salida de la raya del láser esta una óptica que se llama Beam-Expander. En este entra la raya y sale 5x más gorda. Así tenemos 11.5mm.
Con este diámetro más gordo la densidad de energía en los espejos es menos, suciedad y defectos en la superficie noo molestan tanto. Además los espejos de molibdeno son masizo de este material y tienen una eficaz más alto. En suma tenemos mucho menos perdidas, solo 3W.
Pero solo este no aumenta tanto la potencia. Tenemos un lente con longitud focal más corta, 54mm y además un diámetro mucho más gordo en la entrada del lente.
Así sale un pinto focal mucho más pequeño.

Pero cuidad: Una cosa no hemos visto hasta ya: la longitud focal, el talle.
Para que es importante?
La raya del láser solo en el pinto focal es tan potente y pequeña. Cerca a la lente esta más gorda, y más lejo del punto focal también.
Así tenemos una zona al alrededor del punto focal con bastante densidad de energía - y solo en este zona podemos cortar el material.
La mitad de energía tenemos todavía en un diámetro 1.4x gordo.

Longitud de la talle (DOF)
La longitud DOF es la distancia entre los dos puntos que tienen él diámetro 1.4x más grueso que el punto focal.
El ejemplo del láser de 100W:
DOF= 2.5*L*(f/Beam-Dia)² = 35mm

Así tenemos un rango de 35, sobre la energía esta casi igual y el corte esta limpio. De materiales blandas, como espumas etc. podríamos cortar hasta una altura de 30mm sin problemas.

El ejemplo del láser de 40W:
DOF= 2.5*L*(f/Beam-Dia)² = 0,57mm

Ahí ocurre otra cosa: La talla solo esta casi 0,6mm. No podemos cortar cosas más gordas si necesitamos la entera potencia. Pero para metalles finos, en ejemplo de acero de 0,5mm va bien.
Si no necesitamos la potencia y no molesta la calidad de corte, podemos cortar también materiales más gruesos.

Pero mejor que si tenemos una óptica con cambiador de lentes. Así depende de necesitad podemos elegir la lente correcta, como en la fresadora la fresa.

Un ejemplo todavía tengo:
Tengo un láser ND-YAG de fibra de 60W de potencia.
Probamos que pasa con este láser:
Potencia: 60W
longitud de onda: 1064nm
diámetro de beam: 5mm
calidad M²: <1.05
Lente: f=54mm

Si calculamos este, tengo un diámetro en el focos de 0,016mm, un DOF de 0,31mm y und densidad de energía de 290512W/mm², sí, son 290kW/mm².
Así vemos muy bien comó se cambian los parametros :-)

Espero que así pueden entender un poco mejor de la técnica del láser.
Saludos,
Ingolf

PD: Aquí he encontrado un calculador bueno, muy fácil.

[XLR]

Max       no es crear energia, lo que dice es que hay mayor energia en un laser de 40watts por 0.1 mm cuadrado que en uno de 100 w por 0.2 mm cuadrados  en el punto de corte y eso es correcto (ya que 0.2 mm cuadrados son 4 veces mas superficie que 0.1 mm cuadrado) con lo cual en 0.2 mm tendremos mas potencia pero mas dispersa y en 0.1 menos potencia pero mas concentrada y eso es lo que corta.

seria como tener una manguera con un caudal definido y ver que el chorro sale a 25 cm y luego cae y con el mismo caudal tapar la mitad de la manguera y ver que e choro ( potencia) cae mas lejos y luego con un caudal menor y un orificio mucho menor vemos que el agua llega muchisimo mas lejos, la presion por cm cuadrado no se movio pero la "fuerza" del chorro aumento y disminuyo su superficie.

la concentracion es como te dice Carpin con su ejemplo vos con una lupa no aumentas la energia del sol solo haces que toda esa enegia pase por un punto menor, en la manguera es lo mismo y en el laser igual

saludos 

[MAX JUAN]

hola XLR.
lo endendi desde que publique el mensaje, ya que lo explique, si tengo un diametro de 1cm de salida del tubo laser con una potencia de 100w, por mas que lo concentre a 0,001mm , voy a seguir teniendo 100w menos la merma que consuma el lente de seleniuro de zinc, solo que concentrada.
pero son 100w, no 5000 o 200000miles de w.
saludos.

[carpin]

Creo que no entiendes el concepto de densidad de potencia

[vier]

 Creo que lo que ha confundido es que ha dicho 290Kw/mm2 y, si no tengo mal entendido, son todos esos Kw pero concentrados en ese ínfimo punto del foco, no en un milímetro. ¿podría ser?

[MAX JUAN]

entiendo que densidad de potencia es igual a 100W en 1cm , 1 mm o una centesima de milimetro, sigue siendo 100W no a 2 millones de w, con lo cual, claro esta que el laser calienta mas a mas concentrado su punto, pero no varia el w.
saludos.

[pritt]

Carpin ha puesto un ejemplo muy ilustrativo: el de la lupa.

Aunque sean 100 W, no es lo mismo que se distribuyan en un cm2 que en un 0,1 mm2.

Un saludo.

[XLR]

exacto Pritt  
la potencia en watts no varia pero al concentrarla aumenta en lo que es Watts por (lo que sea mm o cm cuadrados)
ya que el laser dice ser de tantos watts y a medida que concentre mas el haz mas potente sera porque al reducir tamaño del haz toda la potencia debe pasar por ese agujerito  y cuanto mas la achique mas seran los watts por cm o mm cuadrado que los watts de la fuente de luz la cual se mantendra estable (independientemente del lente y el punto focal).

el hecho esta en que con 100 watts y en 50 cm cuadrados solo ilumino fuerte la pieza, pero si apunto esos mismos 100 watts y los "encauso" en 5 cm cuadrados a parte del calor ya siento calor y asi aplicando siempre 100 watts pero achicando el diametro llego a poder perforar, pero siempre seran 100 watts de potencia en la fuente de luz, lo que varia es la concentracion.

saludos 

[MAX JUAN]

o no los entiendo o no entiendo, pero un kilo de plumas o un kilo de plomo es el mismo peso, 100w en un cm de diametro, en 100 en mil o en una centecima de milimetro o una micra de mm, siguen siendo 100w, con mas o menos concentracion, pero no aumenta nada, simplemente disminuye la superficie2 en la cual incide el as de luz, pero no aumenta, ahora si quieren explicar que en la misma superficie de un cm de diametro el tener 100w en 0,01 equivaldria a miles de w? se entiende.
saludos.
pd: 100w son y seguiran siendo siempre 100 w a mayor o menos superficie donde incidan.

[MAX JUAN]

por cierto: yo soldaba con estaño con una lente de telescopio de 25cm diametro, con el sol, se lo que es concentrar el as.

[XLR]

y tambien podes cocinar con la "lente" o espejo adecuada/o y en cambio si dejas un pedazo de carne al sol lo unico que va a pasar es que se pudra   

Y los watts del sol por metro cuadrado no aumentaron, son los mismos,  solo se concentraron y aumentó la potencia concentrada por cm cuadrado 

saludos 

[Abdul]

o no los entiendo o no entiendo, pero un kilo de plumas o un kilo de plomo es el mismo peso, 100w en un cm de diametro, en 100 en mil o en una centecima de milimetro o una micra de mm, siguen siendo 100w, con mas o menos concentracion, pero no aumenta nada, simplemente disminuye la superficie2 en la cual incide el as de luz, pero no aumenta, ahora si quieren explicar que en la misma superficie de un cm de diametro el tener 100w en 0,01 equivaldria a miles de w? se entiende.
saludos.
pd: 100w son y seguiran siendo siempre 100 w a mayor o menos superficie donde incidan.

Se habla de Watts/mm²  que no es lo mismo que Watts.

La analogía mecánica sería apoyar una caja con 20kilos de plumas o plomo en la palma de la mano.  La palma de la mano serán unos 120cm² , asi que la presión resultante son  20/120= 0.17kg/cm²   
Pero si entre la mano y la caja concentramos la fuerza interponiendo un clavo,  la presión resultante es aprox 20/.05²=8000kg/cm²  cuyos efectos podemos imaginar.

[MAX JUAN]

es que ya lo puse arriba, me quieren explicar lo mismo que yo explico de la forma que lo interpreto, la verdad que ahora si no los entiendo.
el laser no puede soportar semejante concentracion de energia en su espejo de salida, con lo cual el diametro a la salida del tubo tiene unos cuantos milimetros, que despues se concentre el as e incida en una superficie menor es otra cosa, pero sigue siendo lo mismo en w a menor superficie.
el peso en una palma de la mano sigue siendo lo mismo sea de aire de plumas o de plutonio ( ya les salto la alarma a los del plutonio, al leer la palabra plutonio) la densidad del mismo es de mm 19 0 20 kilos por litro, pero sigue siendo un kilo en la palma de la mano, que despues se concentre bueno, sera un kilo en una punta, pero no miles de kilos, que despues sumemos miles de puntas con un kilo una pegadita junto a la otra, es lo mismo, en una sola punta solo se tiene un kilo.
si concentramos un laser de derribar aviones de 50 mjulios, en un milimetro, seguiran siendo 50megajulios en un milimetro, aunque el laser en si tenga un diametro de salida de medio metro.
saludos.