Es claro que, al programar el patrón de corte en una máquina láser, se busca aprovechar al máximo una lámina; no obstante, muchas veces (al hacerlo), se descuida la optimización del proceso. El proceso de anidado (o nesting, por tu término en inglés) tiene como objetivo principal reducir el desperdicio y mantener las piezas muy próximas entre sí, pero la secuencia en la que el cabezal ejecuta cada corte también determina dónde y cuándo se introduce calor en el material. Cuando esta variable no se considera, pueden aparecer deformaciones capaces de afectar la estabilidad de la lámina e incluso la continuidad del proceso.
Esta relación ha sido estudiada experimentalmente. Masayuki Nunobiki, Koichi Okuda y Toshiyuki Yoshida analizaron el efecto de diferentes secuencias de corte sobre láminas de acero inoxidable SUS304 de 1 mm. Su investigación, publicada en Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, demostró que cambiar el orden de los cortes modificaba el sentido de la deformación de la lámina, aun manteniendo las demás condiciones. En consecuencia, los autores plantearon que la deformación térmica podía controlarse mediante una selección adecuada de la secuencia.
El nesting va más allá del material
Tradicionalmente, uno de los objetivos principales del nesting en el corte láser es distribuir las geometrías para aprovechar la mayor superficie posible. Después, viene la necesidad de determinar una secuencia que permita reducir los movimientos sin corte y, con ello, el tiempo ciclo.
Una investigación publicada en Journal of Manufacturing Systems por S. Umar Sherif, N. Jawahar y M. Balamurali aborda precisamente estos dos objetivos. Su método genera primero un nesting orientado al máximo aprovechamiento del material y, posteriormente, optimiza la secuencia para disminuir los recorridos sin corte mediante un algoritmo de recocido simulado. Los autores advierten que optimizar un objetivo de manera aislada puede producir una solución subóptima para el otro.
El comportamiento térmico introduce otra variable. La ruta más corta entre dos piezas puede resultar eficiente en términos de distancia, pero no necesariamente en lo que concierne a la distribución térmica. Si el programa concentra sucesivamente operaciones en una misma zona, el proceso modifica el flujo y acumulación de calor en esa sección de la lámina.
Un estudio previo de Nunobiki, Okuda y Tomita encontró precisamente que la deformación del material durante el corte láser estaba influida por el flujo de calor y no únicamente por el calor residual.
La trayectoria también modifica la deformación
Este asunto llega, de hecho, hasta la geometría de la trayectoria. En otra de sus investigaciones, Nunobiki y Shohei Kita estudiaron puntos de perforación, líneas rectas, cambios de dirección y curvas. Los mayores niveles de deformación se observaron alrededor del punto de perforación, mientras que el radio de las curvas y el ángulo de los cambios de dirección también influyeron en la deformación de la lámina.
Esto amplía el concepto de programación CAM al ámbito del corte láser. No estamos únicamente ante un dilema sobre dónde colocar las piezas y cuál es el recorrido más corto. La programación puede considerar dónde perforar, qué contorno cortar primero y cómo distribuir espacialmente las operaciones.
Es entonces que, el denominado nesting térmico, debe ser entendido como una estrategia de programación que incorpora el comportamiento térmico al definir el nesting y la secuencia de corte. No sustituye objetivos como aprovechamiento de material o reducción del tiempo ciclo; sino que añade una condición más al problema.
La consideración del programador debe centrarse en lograr la mejor trayectoria, que no siempre será la más corta, sino aquella que equilibre el aprovechamiento de la lámina, el recorrido del cabezal, el tiempo de proceso y la estabilidad térmica del material.