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Entrevista a Frank Gaebler en Autorevista: “Nuestro enfoque CleanWeld ya está demostrando resultados superiores”

blog, Láser en automoción, Soldadura láser

27.11.2018

El Director de Marketing de Coherent Rofin, Frank Gaebler, ha sido entrevistado en el número de noviembre de Autorevista sobre el estado actual de la utilización de la tecnología láser en automoción, especialmente en el campo de la soldadura. Reproducimos el contenido.

Entrevista a FRank Gaebler numero 2334 Autorevista-1

AutoRevista.-. ¿Cómo está utilizando la industria de automoción las tecnologías láser actualmente? ¿cuáles son las expectativas de crecimiento y en qué aplicaciones?
Frank Gaebler.- Esa es una pregunta muy amplia, por lo que me gustaría centrarme solo en un área, la soldadura. Esto se debe a que para Coherent, y nuestros láseres de fibra en particular, la soldadura es el área de crecimiento de mayor calado. Esta dinámica está siendo impulsada por varias tendencias, incluyendo el coche eléctrico, los vehículos con pilas de combustible y la construcción de carrocerías ligeras. En el vehículo eléctrico, la necesidad de soldar las tapas de las baterías es un reto importante que, previamente, ha sido un desafío para otros métodos con láser y sin láser. Nuestra solución CleanWeld [Soldadura Limpia] ofrece ventajas significativas aquí. Además, el mayor uso de aluminio en las carrocerías de automóviles y el paso a la construcción de aceros de alta resistencia y espesor fino, especialmente para vehículos de gama más alta, generan retos para los métodos de soldadura tradicionales. Esto se debe a que se trata de materiales “difíciles” de soldar (como el aluminio), o de combinaciones de materiales o aleaciones que no se han utilizado en el pasado. Nuevamente, nuestro enfoque CleanWeld ya está demostrando resultados superiores en este terreno en términos de disminución de proyecciones y porosidad, y mejora de la consistencia del proceso.

AR.- Coherent Rofin ha desarrollado dos nuevos métodos para la soldadura por láser específicamente enfocados a vehículos eléctricos. ¿Podría describirlos y hablar sobre las ventajas para los procesos de fabricación OEM para este tipo de automóviles?
F.G.- La mayor parte de la tecnología de soldadura por láser de fibra que hemos introducido recientemente es parte de nuestra iniciativa CleanWeld. En realidad, se trata de un conjunto de tecnologías posibles, que incluyen oscilación de haz, distribuciones de intensidad de punto de láser no convencionales, mejoras de cabezales e incluso boquillas de suministro de gas de proceso avanzado.
En respuesta a su pregunta, las dos aplicaciones más importantes son probablemente la soldadura de la tapa de la batería y la soldadura de las horquillas de cobre del estator del motor. Para la soldadura de la tapa de la batería, estamos utilizando nuestro láser de modo de anillo ajustable (ARM). Esto produce un punto focalizado que consiste en un punto central, rodeado por un segundo anillo concéntrico (a diferencia del punto único producido por los láseres de fibra tradicionales).
El beneficio de esta inusual configuración de haz es que permite que la potencia del láser se aplique de tal manera que el material se calienta y enfría más gradualmente. Esto produce una soldadura más estable, lo que hace que el proceso sea más consistente, y una con una ventana de proceso más grande. El resultado es una soldadura con menos proyecciones y porosidad, con una penetración más profunda y un mejor cierre hermético.
Para la soldadura de las horquilla de cobre del estator, estamos utilizando principalmente oscilación del haz (movimiento transversal rápido del haz láser durante el proceso de soldadura). En última instancia, la oscilación del haz en esta aplicación ofrece el mismo beneficio que el ARM, es decir, la distribución de la potencia del láser en un área más grande y un control más preciso sobre la dinámica de la temperatura del conjunto de fusión. Para esta aplicación, un beneficio clave es la eliminación de cualquier distorsión de la pieza, así como minimizar defectos, salpicaduras y porosidad.

AR.- La industria de automoción tiende a soluciones multimateriales. ¿Cómo pueden las tecnologías láser aumentar su papel para unir diferentes materiales?
F.G.- La construcción multimaterial ha sido un desafío para los láseres de fibra en el pasado, nuevamente porque la potencia del láser tiende a acoplarse a la pieza de trabajo rápidamente y en un área muy pequeña. Esto causa un calentamiento rápido que evapora primero los elementos más volátiles en la aleación o en el material. Esto causa burbujas y turbulencias, creando una piscina de fusión caótica. El resultado neto de esto son las proyecciones (cuando las burbujas rompen la superficie), la porosidad (cuando están atrapadas en el material resolidificado), la inconsistencia del cordón de soldadura y el control del proceso deficiente.
Para entregar la potencia del láser de una manera más controlada, la solución de Coherent consiste en distribuir espacialmente la potencia del láser y/o aumentarla temporalmente hacia arriba o hacia abajo. Esto se puede lograr a través de la modulación de la potencia, la oscilación del haz o la modificación de la distribución de la intensidad en el foco. Ya lo hemos aplicado con éxito en uniones de cobre/aluminio con pequeñas fases intermetálicas, buena adhesión y baja fragilidad. También nos permite soldar aluminio de las series 5000 y 6000 sin material de aportación, lo que nuestra competencia no puede conseguir con ese grado de calidad.

AR.- El tratamiento térmico con láser se está utilizando en procesos avanzados de estampación en caliente. ¿Cuál puede ser la evolución del uso de las tecnologías láser en este campo?
F.G.- Hay un par de aplicaciones diferentes en esta área. En primer lugar, el corte de aceros conformados en caliente. No es práctico hacerlo mecánicamente porque el acero extremadamente duro produce mucho desgaste de la herramienta. Sin embargo, un láser de fibra en el rango de 3-6 kW puede realizarlo muy bien. La segunda aplicación consiste en ablandar zonas localizadas del material antes del punzonado (para agujeros de remaches o pernos). Por lo general, esto se logra mejor utilizando un sistema de láser de diodo de alta potencia, ya sea un sistema de “diodo directo” (que utiliza la óptica de espacio libre para enfocar el haz), o un sistema de fibra acoplada.

AR.- Las tecnologías láser se han referido generalmente a partes metálicas, pero Coherent ha dedicado grandes esfuerzos para ofrecer soluciones en piezas de plástico, ¿cómo está el estado del arte en este campo?
F.G.- Los automóviles incorporan cada vez más sensores electrónicos, como LIDAR, así como otros componentes microelectrónicos. A menudo, estos dispositivos están encapsulados con cobertura de polímeros. Tenemos soluciones de láser de diodo directo para soldadura de alta precisión para ese empaquetado de polímeros. Esto implica no solo el láser, sino también el control del proceso en bucle cerrado, como la medición de la temperatura de la pieza y la robótica de alta precisión para posicionar las piezas con exactitud. Esto último es necesario para mantener las estrictas tolerancias dimensionales requeridas en estas aplicaciones.

AR.- ¿Cómo comparte Coherent sinergias entre otros sectores (médico, aeronáutico) y la industria de automoción?
F.G.- Tenemos amplia experiencia en aplicaciones de fabricación de dispositivos médicos que requieren microestructuración de alta precisión de polímeros y metales. Cada vez más, las piezas de automóviles requieren este mismo nivel de precisión, por lo que nuestra experiencia en el sector médico es directamente aplicable. Se puede extrapolar a ensamblajes de microelectrónica y sensores, así como a piezas mecánicas, como boquillas de inyección de combustible.