Máquinas de Corte Láser – Una Guía Completa de Dispositivos de Corte Láser

Las cortadoras láser, consideradas en el pasado como una solución de alta tecnología reservada para especialistas, se han convertido hoy en una parte integral de muchas industrias. El corte láser de chapas, tubos y perfiles se utiliza actualmente tanto en pequeños talleres como en grandes naves de producción. Hasta hace poco, el mercado estaba dominado por cortadoras basadas en tecnología CO2 y YAG, pero están siendo reemplazadas cada vez más por cortadoras láser de fibra. Estas máquinas modernas proporcionan mejores parámetros de funcionamiento, mayor eficiencia, ahorro de energía y fiabilidad, revolucionando el proceso de corte láser.

¿Cómo funciona una cortadora láser de fibra?

Una cortadora láser utiliza un láser de estado sólido bombeado por diodos semiconductores como fuente de luz. Esta es una solución muy interesante, en la que el medio activo es una fibra óptica compuesta por tres capas:

• capa externa: el revestimiento de polímero de la fibra tiene el índice de refracción más bajo, lo que evita que la radiación láser se emita al exterior.

• revestimiento interno: el recubrimiento de bombeo está hecho de un material con un índice de refracción más alto que la capa externa. El revestimiento interno se comporta como un espejo que rodea el núcleo, y la reflexión múltiple del haz desde los bordes de la capa hace que la luz regrese repetidamente al núcleo. Esto crea un resonador que genera y amplifica el haz de luz.

• núcleo: la capa interna dopada con elementos de tierras raras tiene el índice de refracción más alto y es responsable de la propagación de la señal.

El láser de fibra genera un haz de luz de alta densidad de energía y lo transmite a través de fibra óptica al cabezal de corte. Aquí, el haz es enfocado por una lente encerrada en el cabezal sobre la superficie de la pieza procesada, y el área sometida al punto focal ultra delgado se funde y evapora.

El haz del láser de fibra puede enfocarse hasta 1/10 del diámetro de un punto obtenido con un láser CO2. El diámetro más pequeño, así como el brillo mucho más alto de la luz, permite a los láseres de fibra alcanzar una densidad de energía mucho mayor - hasta 100 veces mayor que en el caso de los láseres CO2. Esto asegura un corte preciso del material y permite bordes extremadamente limpios y suaves con una brecha de corte muy estrecha.

Características y capacidades clave de las cortadoras láser

Las cortadoras láser se pueden dividir en varios grupos según la forma y el tipo de material procesado, la potencia del láser y el grado de automatización del trabajo. El mercado ofrece grandes máquinas con mesas para cortar y recortar grandes láminas o cortar tubos y perfiles largos, así como dispositivos compactos más económicos. Estos últimos, gracias a su carcasa compacta y cerrada y la posibilidad de trasladar la fuente a otra sala, pueden ocupar muy poco espacio en la nave de producción.

Los elementos procesados en cortadoras de fibra pueden estar hechos de diversos materiales como: acero inoxidable, acero dulce, titanio, aluminio y telas, madera, papel, plástico y materiales cerámicos, y el material en sí puede tener diferentes espesores. Por lo tanto, una característica importante de una cortadora de fibra es su potencia. Actualmente, las cortadoras láser con potencia desde 1 kW hasta más de 20 kW están disponibles en el mercado, pero debido al costo, los dispositivos más populares son los de potencia hasta 6kW.

Debido a la alta velocidad de corte de los láseres de fibra, elementos importantes de las cortadoras son los sistemas que permiten la automatización de la carga y descarga de materiales y piezas fabricadas. Con una alta carga de trabajo, soluciones como un almacén de chapa metálica, sistema automático de carga de tubos y perfiles, o sistema inteligente de paletización permiten aumentar la eficiencia, minimizar los costos de corte láser y mejorar la competitividad y los beneficios de la empresa.

Muchos fabricantes ofrecen dispositivos con sistemas operativos dedicados y software que permite el diseño de piezas y su colocación óptima en chapa metálica, así como la programación de la cortadora y el control del dispositivo en sí y sus operadores.

También hay cortadoras de fibra equipadas con sistemas de comunicación Wi-Fi que permiten el control remoto del dispositivo, lo que se traduce en un mejor uso de la máquina en sí y una mayor eficiencia de producción.

Parámetros técnicos clave de las cortadoras láser de fibra

Las líneas de división de las cortadoras de fibra corresponden a los parámetros de los dispositivos mismos. En el caso de cortadoras con mesas y dispositivos que cortan láminas en bobinas, es el tamaño del área de trabajo, y en cortadoras de fibra para tubos y perfiles - la longitud de corte del tubo y su diámetro.

Para las cortadoras láser de fibra, un parámetro es, por supuesto, la potencia de la fuente láser, que es responsable del espesor máximo de la chapa cortada.

Otros parámetros son la precisión de posicionamiento del cabezal de corte y la precisión de cambio de su posición, así como la velocidad máxima de avance del cabezal.

Elementos básicos de las cortadoras de fibra

Las cortadoras de fibra son sistemas avanzados que ofrecen alta eficiencia y calidad de corte resultante no solo de la tecnología de corte láser de fibra en sí, sino también del uso de soluciones avanzadas y subsistemas de máquinas:

• Fuente láser es el elemento básico responsable del funcionamiento y método de corte con una cortadora de fibra. Los láseres de fibra:

  • Ofrecen alta densidad de potencia y corte rápido debido al punto focal más pequeño del haz láser.

  • Presentan varias veces mayor absorción gracias a una longitud de onda más corta.
    Gracias a la alta densidad de potencia y alta absorción, aumentan significativamente la eficiencia y la velocidad de corte.

  • Tienen una vida útil muy larga. La vida útil estimada de un láser de fibra estándar es de 100,000 horas, lo que corresponde a unos 45 años de uso.

  • Son muy eficientes energéticamente y ahorran energía. Su eficiencia energética es tres veces mayor que la de los láseres CO2, lo que significa que consumen menos energía durante el funcionamiento que un láser CO2 en modo de espera.

• Sistema de transmisión de haz - el haz de luz generado en la fuente se transmite al cabezal de corte a través de un sistema de fibra óptica. Esta es una solución confiable y prácticamente libre de mantenimiento que ha eliminado muchas partes móviles de la máquina, como espejos ópticos, bombas de vacío, ventiladores o filtros utilizados en otros tipos de láseres. Por esta razón, no hay reemplazo programado de consumibles láser durante el mencionado período de 100,000 horas de operación de la fuente.

• Cabezal es el elemento de corte de la cortadora de fibra. Consta de una boquilla, lente de enfoque y sistema de seguimiento de enfoque. Algunas cortadoras también están equipadas con sistemas de cámaras para monitorear la operación del cabezal en tiempo real. El cabezal se mueve a lo largo de la trayectoria de corte programada con precisión y velocidad que se encuentran entre los parámetros básicos de la cortadora. Al programar el proceso de corte, también se debe establecer la altura del cabezal según el tipo de material que se corta y su espesor.

• Lente - la calidad de la lente láser es directamente responsable de la potencia de salida del láser y la eficiencia de toda la máquina, y las lentes de alta calidad sin contaminantes ópticos permiten cortar materiales con láseres de potencia realmente alta. La lente también es el componente más utilizado de las cortadoras láser, así como el más sensible.

• Sistema de refrigeración tiene dos tareas principales. La primera es enfriar el generador láser, que convierte la energía eléctrica en energía luminosa, y en el que la energía restante se convierte en calor. La segunda es eliminar el exceso de calor y garantizar un funcionamiento uniforme del láser. Además, el sistema de refrigeración asegura un funcionamiento estable del sistema de transmisión del haz, evita la deformación y agrietamiento de la lente causados por una temperatura excesiva. Las cortadoras de fibra utilizan sistemas de refrigeración por aire o agua.

• Sistema CNC - el sistema de control es responsable del funcionamiento de todos los módulos de la cortadora láser, como sistemas de carga y descarga, sistemas de ajuste de chapas, tubos y perfiles. Sin embargo, su tarea más importante es controlar la potencia de salida del láser y controlar el avance del cabezal de corte a lo largo de los ejes X, Y y Z. El sistema CNC permite ajustar el cabezal de corte tanto verticalmente como en ángulo. Y después de equipar la cortadora con un brazo adicional, también es posible el corte y recorte en 3D. Además, el sistema CNC es responsable de la estabilidad y velocidad de funcionamiento de la cortadora de fibra, y sus funciones avanzadas pueden mejorar eficazmente la precisión y calidad del corte.

• Mesa / Viga transversal - las cortadoras láser tienen requisitos muy altos para el funcionamiento estable de la máquina. Las mesas de alta calidad fundidas en hierro gris o aluminio proporcionan alta rigidez, durabilidad y resistencia del dispositivo a las vibraciones y permiten la máxima estabilidad y precisión del proceso de corte. A su vez, las grandes cortadoras láser utilizan vigas transversales, que deben caracterizarse por una rigidez adecuada, al mismo tiempo que flexibilidad y resistencia que facilitan los avances rápidos del cabezal de corte durante el corte.

• Motor es el elemento básico responsable de los avances de los sistemas de la cortadora de fibra y cuyos parámetros tienen un impacto directo en la velocidad y eficiencia de la producción, así como en la calidad del producto final. Actualmente, se utilizan comúnmente motores paso a paso y servomotores, y el tipo de motor debe seleccionarse según el tipo de trabajo realizado por la cortadora.

• Sistema de eliminación de vapores y contaminación - durante el proceso de corte - especialmente al cortar plásticos - se crean vapores y polvo que pueden afectar no solo la calidad del proceso de corte sino también la salud de los operadores. Por lo tanto, las cortadoras están equipadas con sistemas automáticos de eliminación de vapores y polvo, que no solo cuidan a los trabajadores que operan los dispositivos en la sala sino que también hacen que el dispositivo sea respetuoso con el medio ambiente.

¿Prensa, corte por plasma, chorro de agua o corte láser?

Las prensas de estampación son una excelente solución utilizada para cortar materiales, que funcionan perfectamente en el caso de volúmenes de producción muy grandes, ofreciendo el menor costo unitario de fabricación del producto. Requieren inversiones adicionales en herramientas, pero dan la posibilidad de realizar muchos otros procesos, como formado o roscado. Las prensas de torreta tradicionales pueden cortar agujeros y cualquier forma y son muy económicas, aunque, nuevamente, necesitan herramientas adicionales. Y las máquinas punzonadoras, aunque tienen una eficiencia significativamente menor que las cortadoras láser, permiten la formación de productos, similar a las prensas de estampación.

Otra solución que es muy adecuada para cortar materiales gruesos y para aplicaciones donde la calidad del borde de la pieza cortada no es lo más importante, son los sistemas de corte por plasma y los sistemas de corte por chorro de agua. Sin embargo, en su caso, como en el caso de la mayoría de los métodos de corte térmico, los metales procesados pueden tener una extensa zona afectada por el calor.

Recordemos también que aunque los sistemas de corte por plasma y los sistemas de chorro de agua son mucho más baratos que las cortadoras láser, son mucho más lentos. Por supuesto, se puede aumentar la eficiencia de ambas máquinas montando múltiples cabezales y cortando productos semielaborados dispuestos en pilas, pero este enfoque reduce en gran medida la calidad de los productos finales.

Las cortadoras láser son la solución más nueva y avanzada. Ofrecen alta precisión, calidad, eficiencia, fiabilidad y flexibilidad, y es por eso que han estado desplazando sucesivamente a tecnologías más antiguas utilizadas en la industria durante varias décadas.

¿Por qué invertir en una cortadora láser?

Una empresa que actualmente no tiene su propia cortadora láser típicamente subcontrata el trabajo a uno o más subcontratistas que tienen tales capacidades. Esta solución no implica un alto riesgo y puede funcionar bastante bien, siempre que el tiempo para completar los pedidos proporcione cierta flexibilidad. Sin embargo, tarde o temprano, el fabricante todavía tiene que considerar si su empresa debe realizar el corte láser por sí misma. Para averiguarlo, solo revisa las facturas mensuales por el corte láser de piezas, porque como dijo Henry Ford: "Si necesitas una máquina y no la compras, entonces finalmente descubrirás que has pagado por ella y no la tienes".

El mercado ofrece actualmente muchas opciones para comprar cortadoras láser. Se pueden comprar a distribuidores especializados en la venta de equipos usados o a fabricantes de cortadoras originales, o sus representantes, que proporcionan el equipo de corte más moderno y máquinas reacondicionadas. Estas últimas, aunque pueden no tener los parámetros de los sistemas nuevos, seguirán funcionando mucho mejor que otros dispositivos con un kilometraje similar.

También debe recordarse que las cortadoras láser de fabricantes OEM reconocidos en la industria son generalmente más caras, pero por otro lado, ofrecen mejores parámetros y equipos que garantizan una mayor calidad de producción y fiabilidad.

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¿Láser de fibra, CO2 o YAG?

El mercado de láser industrial está dominado por tres tipos de soluciones: los láseres YAG más antiguos, los láseres CO2 tradicionales y los láseres de fibra más nuevos.

Láseres YAG

El láser YAG es un láser semiconductor en el que el medio activo es un cristal único YAG (granate de itrio-aluminio) con neodimio incorporado (Nd:YAG) o itrio (Yt:YAG). Estos dispositivos ofrecen una potencia pulsada muy alta necesaria para soldar, perforar y cortar metales, metales recubiertos, semiconductores y varias aleaciones, así como plásticos y cerámicas. También se utilizan para grabar, marcar por recocido o grabar varios metales y plásticos, así como para realizar marcas subsuperficiales en materiales transparentes como vidrio o acrílico.

El láser YAG puede acoplarse con un chorro de agua utilizado para conducir el haz de luz a la superficie procesada. Este método se utiliza, por ejemplo, para cortar obleas de silicio. El chorro de agua elimina los contaminantes y enfría el material procesado. La desventaja de estas máquinas es su costo, no solo debido al precio sino también porque tienen una vida útil corta de 8,000 a 15,000 horas.

Láseres CO2

Los láseres CO2 se han utilizado masivamente en la industria durante más de dos décadas. Son láseres de gas que generan un haz láser transmitiendo energía eléctrica a través de un resonador lleno de una mezcla de gas que contiene CO2. El dispositivo luego usa espejos para enfocar y transmitir el haz al cabezal responsable de procesar el material. Los láseres CO2 son muy eficientes, confiables, ofrecen una larga vida útil y una excelente calidad de haz.

Este tipo de láser se utiliza más comúnmente para procesar madera o papel (y sus derivados), plexiglás y otros plásticos acrílicos. También funciona bien para procesar cuero, telas, papeles pintados y materiales similares. Y aunque los mejores efectos del uso de un láser CO2 se obtienen al procesar materiales no metálicos, también puede cortar y procesar láminas delgadas de aluminio y otros metales no ferrosos.

Láseres de Fibra

El láser de fibra apareció en el mercado alrededor de 2008. Es un dispositivo que se caracteriza no solo por bajos costos operativos sino que ofrece mayor velocidad de corte y fiabilidad en comparación con los láseres tradicionales CO2 y YAG.

En una etapa temprana de desarrollo, la tecnología de fibra permitía cortar solo materiales delgados a altas velocidades. Sin embargo, después de la aparición de láseres más potentes, los láseres de fibra logran tales velocidades de procesamiento incluso para materiales con un espesor de 2cm. Como resultado, la popularidad de los láseres de fibra está creciendo constantemente a pesar de su precio más alto.

La tecnología de fibra también significa nuevas posibilidades, ya que las cortadoras de fibra pueden cortar materiales reflectantes como latón o cobre, lo que era muy difícil con láseres CO2. También generan un haz con una densidad de energía 100 veces mayor que los láseres CO2 con una potencia de fuente similar, lo que los hace energéticamente eficientes y proporciona una mayor velocidad de procesamiento.

Los láseres de fibra son máquinas precisas y eficientes perfectamente adecuadas para aplicaciones industriales muy diversas, que van desde el corte y la soldadura de alta potencia hasta tareas que requieren menos potencia, por ejemplo, en la producción de semiconductores y sistemas fotovoltaicos. Estos son dispositivos modulares y escalables que pueden configurarse según las necesidades de diversos procesos, desde máquinas de grabado de nanosegundos hasta sistemas de varios kilovatios para soldadura y corte.

Los láseres de fibra son simples de implementar y operar. También suelen ser más pequeños y ligeros que los láseres tradicionales. Y debido a que los láseres CO2 son bastante delicados debido a la necesidad de ajustar con precisión los espejos y las lentes, los láseres de fibra son mucho más duraderos gracias al uso de fibras ópticas. Por la misma razón, pueden operar en muchos entornos diferentes, y las cortadoras de fibra más pequeñas se pueden mover fácilmente sin necesidad de reajustar el sistema óptico.

Los láseres de fibra son bastante versátiles y sobresalen - dependiendo de la potencia - con una variedad de procedimientos de procesamiento para muchos materiales. Se desempeñan excelentemente en el corte y recorte de chapa metálica, láminas en bobinas, tubos y perfiles, así como en el marcado de metales por recocido, grabado de metales y marcado de plásticos. Permiten procesar metales y no metales, e incluso vidrio, madera y plásticos. Son ideales para trabajar con materiales delgados - para materiales de más de 20 mm, es necesario invertir en un láser de fibra con una potencia superior a 6 kW, que desafortunadamente es mucho más caro.

Anteriormente hemos presentado muchas tecnologías de corte de materiales actualmente disponibles en el mercado. La elección de la solución correcta depende de las necesidades de producción de la empresa y, no lo ocultemos, sus capacidades financieras. Sin embargo, apostamos por los láseres de fibra porque creemos que son los más versátiles, precisos y eficientes, y que simplemente es difícil competir con la calidad de los productos fabricados con su ayuda.

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Ventajas de las cortadoras láser de fibra

Las cortadoras láser de fibra son mucho más precisas que las máquinas herramienta mecánicas, también son más flexibles, energéticamente eficientes, ocupan menos espacio y ayudan a proteger el medio ambiente. También proporcionan alta eficiencia y repetibilidad de producción, y la tecnología de corte láser permite obtener bordes perfectos y suaves de las piezas y omitir la etapa de procesamiento final.

Los láseres generalmente funcionan mejor al procesar formas redondeadas y complejas en comparación con las máquinas herramienta mecánicas, y adicionalmente:

• El proceso de corte es sin contacto y rápido, y el punto focal ultra estrecho del haz láser significa que la zona afectada por el calor y la distorsión del detalle procesado son muy pequeñas, y sus bordes son suaves y limpios.

• Una gran ventaja de las cortadoras láser es su velocidad. El láser es capaz de cortar materiales gruesos en una sola pasada, mientras que otras máquinas herramienta pueden requerir varias pasadas.

• La tecnología de corte láser también significa menos consumibles y piezas de repuesto, lo que es particularmente evidente en las cortadoras de fibra, donde el haz láser se transmite al cabezal de corte utilizando fibra óptica. También significa que en el caso de las cortadoras láser de fibra, no hay necesidad de tener y reemplazar varias herramientas y puntas que permitan diferentes tipos de corte. Menos piezas de repuesto también significa costos de mantenimiento y servicio más bajos. Especialmente porque en los láseres de fibra, guiar el haz a través de fibra óptica ha eliminado muchas partes móviles.

• El corte, troquelado, marcado y grabado, así como la alimentación de material y la recolección de piezas están en gran medida automatizados, lo que asegura un alto grado de control sobre la producción y aumenta la eficiencia.

• Una gran ventaja de las cortadoras láser es su eficiencia energética, que en el caso de los láseres de fibra alcanza hasta el 30%. Esto significa que estos dispositivos consumen menos energía cuando trabajan a plena carga, proporcionan ahorros significativos y ayudan a proteger el medio ambiente.

Materiales procesados usando cortadoras láser

Usando una cortadora láser, se pueden procesar la mayoría de los materiales metálicos, como acero inoxidable, acero al carbono, acero dulce, oro, plata, titanio y aleaciones de titanio, aleaciones de níquel, chapa galvanizada, cobre, aluminio, aleaciones metálicas, etc., así como materiales cerámicos, plásticos, textiles, madera e incluso papel. El tipo y espesor del material cortado dependen de la potencia del láser y el equipo utilizado.

• Acero inoxidable es el material más comúnmente utilizado y procesado por los fabricantes en diversas industrias. También es el material más popular cortado con láseres de fibra.

• Acero al carbono - el espesor de la chapa de acero al carbono cortada con láser puede ser de 25 mm y más. Para acero más grueso que 25 mm, se debe usar un láser de fibra con una potencia mayor a 6 kW.

• Aluminio y aleaciones de aluminio, cobre y latón son materiales con un alto coeficiente de reflexión y conductividad térmica. El cobre y el latón no podían cortarse con tipos de láseres más antiguos. Sin embargo, los láseres de fibra los manejan perfectamente, permitiendo el corte de láminas tanto delgadas como más gruesas y piezas hechas de aluminio, cobre y latón con un espesor de 15mm y más, dependiendo del tipo de aleación y la potencia del láser.

Aplicaciones de las cortadoras láser

Las cortadoras láser se utilizan ampliamente en la producción en serie automatizada y en industrias como: aeroespacial, automotriz, sanitaria, electrónica. También se utilizan, por ejemplo, para la producción de joyería, elementos decorativos, piezas o en la industria publicitaria o de fitness para la producción de productos metálicos. Las cortadoras láser se utilizan ampliamente para cortar, troquelar, marcar y grabar chapa metálica y chapa en bobinas, por ejemplo, en la industria de maquinaria agrícola. Las cortadoras láser están causando sensación en esta rama de la industria, especialmente porque las máquinas punzonadoras utilizadas tradicionalmente allí obligan al uso de muchos tipos de punzones, lo que a su vez limita significativamente la introducción de cambios en los productos.

Las cortadoras láser son excelentes para el corte rápido y preciso de tubos y perfiles, así como para cortar agujeros apropiados de cualquier forma en ellos. Además, los bordes de las piezas hechas con tecnología láser son de muy alta calidad y no requieren procesamiento adicional.

Las cortadoras también se utilizan en la industria del mueble, por ejemplo, en la producción de gabinetes (distribución, gabinetes metálicos para documentos), campanas o encimeras metálicas. Su producción requiere repetibilidad, precisión, acabado perfecto y, lo más importante, alta eficiencia.

La producción en la industria automotriz significa series cortas de elementos repetitivos con un alto nivel de complejidad, que están sujetos a altos requisitos de calidad, así como un rápido reequipamiento de producción y la necesidad de marcar cada detalle.

Las cortadoras láser también pueden cortar y troquelar productos con formas especiales, a veces únicas, basadas en diseños preparados en programas CAD/CAM.

¿Cómo elegir la máquina de corte láser adecuada?

Al elegir una cortadora láser, debe considerar cuidadosamente sus necesidades actuales y futuras, es decir, determinar el tipo de componentes procesados y su espesor, así como el tipo de procesamiento de material (corte/troquelado, marcado/grabado) y seleccionar el equipo en consecuencia. A continuación, hemos preparado criterios importantes que vale la pena considerar al elegir un dispositivo de corte láser:

• Materiales procesados - aquí debe tener en cuenta el tamaño, espesor y propiedades del material procesado, ya que permitirán seleccionar adecuadamente la potencia del láser y el tamaño de la mesa de la cortadora. También se debe tener en cuenta el tipo de material - en el mercado hay disponibles cortadoras láser equipadas con torres para alimentar chapa metálica o sistemas para cargar y posicionar tubos y perfiles.

• Potencia del láser - uno de los parámetros más importantes de las cortadoras láser es su potencia, ya que corresponde directamente al espesor del material cortado y a la velocidad del corte en sí.

• Software - la mayoría de las cortadoras láser están equipadas con sus propios sistemas OEM y funcionan perfectamente con programas CAD/CAM populares. Sin embargo, es necesario averiguar qué funciones ofrece este software y si puede integrarse con sistemas ya utilizados en la empresa.

• Servicio postventa - el servicio postventa debe incluir instalación, puesta en marcha, uso, reparación y mantenimiento de la máquina. También se debe prestar atención al período de garantía. Y aunque los láseres de fibra modernos básicamente no requieren mantenimiento, como todos los dispositivos, pueden averiarse. Y cada falla significa tiempo de inactividad innecesario y pérdidas. Por lo tanto, al elegir una cortadora láser, vale la pena prestar atención al cuidado del servicio. Más aún porque estos son dispositivos tecnológicamente avanzados y requieren habilidades apropiadas de los empleados de servicio.

Las cortadoras láser están tomando por asalto diversas industrias, demostrando su utilidad en la producción de productos cada vez más nuevos. Y aunque estos son dispositivos bastante caros, la situación cambia radicalmente en el momento de comenzar a trabajar, porque los costos reales de corte con una cortadora láser son bastante bajos. Especialmente si se tiene en cuenta la precisión, flexibilidad y alta eficiencia de producción que ofrecen.