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Fuentes láser en aplicaciones para la industria del automóvil

Aplicaciones láser, blog

02.07.2017

Captura de pantalla 2017-07-10 a las 11.30.37Este artículo de Coherent Rofin ha sido publicado en el número 2320 (Mayo 2017) de Autorevista.

La industria del automóvil es sin duda una de las principales impulsoras y facilitadoras de la rápida implantación de la tecnología láser en la industria. Hoy por hoy, la utilización de la tecnología láser en la automoción se centra fundamentalmente en tres pilares:

  • La construcción de vehículos más ligeros. Los nuevos aceros de alta resistencia encuentran en el láser una herramienta perfecta para su procesado (corte y soldadura); la incorporación del aluminio en elementos constructivos y la simplificación de diseños si estos están adaptados a la utilización de la tecnología láser.
  • La electrificación. El láser juega un factor importante en la fabricación de baterías y de los motores eléctricos
  • La personalización y el confort. Muchos elementos decorativos de interiores se personalizan con tecnología láser. Además, los cada vez más numerosos elementos de confort como sensores, airbags o la propia reducción de emisiones encuentran en el láser una herramienta para su fabricación.

Las empresas COHERENT y ROFIN, ahora fusionadas en una sola empresa, hemos sido participes de esta implantación, desde el origen de la tecnología hasta nuestros días.  Con esta fusión, nos hemos convertido en la empresa de tecnología láser más grande del mundo, lo que va a permitir juntar sinergias para mejorar aún más nuestros productos en cuanto a su robustez y fiabilidad en entornos industriales, así como en el desarrollo de nuevas tecnologías láser innovadoras.

El objeto de este artículo es aportar unos conocimientos generales sobre los parámetros que afectan en la aplicación de tecnologías láser para aplicaciones de alta potencia que sirvan a modo de guía general para seleccionar la mejor fuente láser en función de la aplicación. En esta línea, aportaremos ejemplos reales de aplicaciones para ilustrar lo anteriormente expuesto.

Coherent Rofin Autorevista junio 2017-1

PARÁMETROS A TENER EN CUENTA EN UNA APLICACIÓN LASER

El éxito de un proceso industrial utilizando tecnología láser depende de una serie de parámetros que han de tenerse en cuenta y que de alguna manera tienen que coordinarse para finalmente obtener un resultado repetitivo, fiable en un entorno industrial y con los estándares de calidad requeridos. Estos parámetros se pueden agrupar en cuatro grandes grupos:

PARÁMETROS PROPIOS DEL MATERIAL

Entre los parámetros inherentes al material que pueden afectar a la aplicación del láser se encuentran la capacidad de absorción o reflexión de la luz láser, la capacidad y rapidez de transmisión de calor del material y la propia estructura interna del mismo.

PARÁMETROS RELATIVOS A LA PIEZA A PROCESAR

Es importante tener en cuenta que para aprovechar al máximo las ventajas que nos ofrece la tecnología láser tenemos que “pensar en láser”; es decir, diseñar la pieza pensando en el proceso láser para conseguir mejoras deseadas. Por ejemplo reducción de peso porque se obtienen  uniones más resistentes, o simplificación de diseños al ser necesario el acceso por un lado frente al diseño tradicional de unión por pinzas de soldadura que necesitan acceso por ambos lados.

Por ello, el primer punto a tener en cuenta es el diseño y la geometría de la unión, su posición y espesor así como la geometría del propio cordón de soldadura que queramos obtener.

Debido a que trabajamos en general con diámetros de haz láser de unos pocos cientos de micras, habrá que estudiar la posible preparación de bordes, especialmente en soldaduras a testa, o contemplar alternativas como escaneo rápido del haz para que el cordón sea así más ancho y se compensen las posibles tolerancias de pieza.

El proceso láser puede esta también influenciado por la manera en que llegan las piezas al proceso en cuanto a su limpieza, impurezas, presencia de aceites, etc. Así mismo, hay que observar la presencia de recubrimientos (pinturas, cincados, aluminizados), ya  que afectan de forma determinante en procesos tanto de corte como de soldadura.

PARÁMETROS RELATIVOS AL SISTEMA LÁSER

En un siguiente paso, definiremos el tipo de automatización necesaria para la fabricación de la pieza, con su sistema de carga y descarga, cerramientos de seguridad, sistema de movimiento de ejes con su control y programación, posibles sistemas de extracción de humos generados, etc.

Respecto a los componentes diferenciales de un sistema de fabricación por láser, deberemos considerar:

  • Transmisión de haz desde la fuente láser hasta el punto de procesado. Este puede realizarse via espejos (láser CO2) o por medio de cables de fibra óptica. Se deberá considerar en este caso la longitud del cable y los radios mínimos de doblado admisibles.
  • Configuración óptica del cabezal de procesado. Este incluirá espejos parabólicos o conjuntos de lentes para que a una distancia determinada obtengamos un haz con el diámetro adecuado para la aplicación. A menudo también se precisan sistemas de ajuste de las lentes para ajuste de la posición del punto focal respecto a la pieza.
  • Gases de proceso necesarios y su presión de alimentación o caudal requeridos. Así mismo, diámetro de boquilla adecuado de salida de los gases de proceso.
  • En aplicaciones donde se generen salpicaduras, aire comprimido para generar flujos cruzados de aire que protejan las ópticas y tengan así más durabilidad
  • Velocidad de avance del cabezal de procesado respecto a la pieza, su inclinación, etc.

PARÁMETROS RELATIVOS A LA FUENTE LASER

Teniendo en cuenta los parámetros comentados anteriormente, deberemos finalmente seleccionar la fuente láser más adecuada. Para ello definiremos la longitud de onda del haz láser en función del material a procesar y del tipo de automatización elegida; la calidad de haz del mismo para, con la configuración óptica seleccionada, obtener el diámetro de haz focalizado; la potencia de emisión para cumplir con la velocidad de procesado y, en su caso, la frecuencia, longitud y energía por pulso.

FUENTES LASER DE ALTA POTENCIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

LASERES DE FIBRA.

El láser de fibra ha alcanzado gran popularidad en la industria. En los últimos años estamos asistiendo a un cambio tecnológico a partir de la fabricación de láseres de fibra en potencias de kilovatios. Se ha convertido en uno de las soluciones láser más demandadas.

Entre los rasgos más destacados de esta tecnología se incluyen su excelente calidad de haz y adaptabilidad, lo que permite obtener diámetros en foco desde 30 micras hasta 1 mm; su facilidad de integración, por ejemplo en instalaciones con robot,  la sencilla incorporación de scanners por ejemplo para aplicaciones de soldadura, y finalmente su alto rendimiento eléctrico y su reducido volumen.

LASERES DE DIODO

El láser diodo directo de alta potencia transmitido por fibra óptica es una alternativa perfecta al láser de fibra en aplicaciones donde la calidad de haz no sea un factor determinante (por ejemplo brazing o temple) debido a que su coste de inversión es más reducido y sin desmerecer en cuanto a rendimiento eléctrico y volumen de la fuente láser.

LASERES DE CO2

Los láseres de CO2  de alta potencia han sido los dominadores en aplicaciones industriales hasta la llegada del láser de fibra. Debido a su longitud de onda diez veces mayor que la del láser de fibra, sigue siendo el preferido en ciertas aplicaciones, como por ejemplo soldaduras con alta componente estética y muy bajas proyecciones. El láser de CO2 es el láser recomendado para corte de materiales no metálicos (plásticos, cueros, maderas, etc.).

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CONCLUSION

En la elección adecuada de la fuente láser a utilizar para un proceso productivo, intervienen diferentes factores que han de considerarse. Nuestra recomendación es ponerse en manos de nuestros expertos para realizar siempre ensayos reales sobre las piezas del cliente, proceder a la discusión conjunta de los resultados y si es caso volver a repetir los ensayos hasta alcanzar el producto deseado.

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