Limpieza láser y texturizado de superficies con láser
Sin la tecnología láser, los logros actuales en la fabricación de chapa de precisión serían imposibles. El corte por láser es ahora omnipresente y la soldadura por láser-ya sea automática o manual-se está generalizando rápidamente. Sin embargo, los láseres no se limitan a cortar y soldar; También pueden realizar limpieza.
Aunque la tecnología de limpieza láser aún no se ha adoptado ampliamente, ya ha establecido una base sólida en aplicaciones como la eliminación de pintura y eliminación de óxido, particularmente en procesos de limpieza especializados dentro de industrias como la aeroespacial y la automotriz. La mayoría de los equipos de limpieza láser utilizan componentes ópticos de escaneo, que pueden mover el rayo láser a velocidades de varios metros por segundo, proyectándolo sobre superficies con las formas deseadas (como circulares o rectangulares).
¿Qué es exactamente la limpieza con láser?
Limpieza láserAbarca una serie de procesos diferentes, divididos principalmente en dos categorías. Uno implica eliminar contaminantes de la superficie, mientras que el otro implica "grabar" o "texturizar" la superficie para cumplir con requisitos específicos de recubrimientos, unión adhesiva u otras aplicaciones. Aunque la eliminación de contaminantes (denominada "limpieza") y el texturizado con láser pueden utilizar equipos similares o incluso idénticos, estos dos procesos son fundamentalmente diferentes y los fabricantes seleccionan la categoría adecuada según sus necesidades específicas.
¿Cómo funciona la limpieza con láser?
El núcleo de la limpieza con láser es la eliminación de contaminantes de la superficie, como óxido y pintura no deseada. El equipo suele incluir un sistema de extracción de humos para capturar los contaminantes eliminados por el láser. En algunas aplicaciones aeroespaciales críticas, como la limpieza de titanio, se requieren gases protectores para evitar la formación de óxidos.
En muchas aplicaciones comunes, los láseres funcionan eliminando contaminantes de la superficie. La ablación (la conversión directa de material sólido en gas) es más efectiva cuando el umbral de ablación del contaminante es significativamente menor que el del metal base, lo que permite que el láser vaporice los contaminantes sin afectar la superficie del metal.
La energía entregada por el láser realiza las operaciones de limpieza de diferentes formas, dependiendo del material a eliminar. Por ejemplo, a veces el láser genera un efecto de choque térmico en la superficie, lo que hace que los desechos de la superficie, como el óxido, se "sacudan" debido a las diferencias en los coeficientes de expansión térmica entre el contaminante y el metal base. En otros casos, el calor del láser quema el material que se va a eliminar-normalmente pintura u otros revestimientos orgánicos.
Las manchas de aceite son transparentes a la luz láser y, por lo tanto, no se pueden eliminar mediante ablación o choque térmico. En tales casos, el láser "hierve" determinadas partes del aceite. Específicamente, el láser calienta una pequeña área de la superficie del metal, lo que hace que las gotas de aceite salten desde la superficie al aire, donde el sistema de extracción de humos las captura. "En estas aplicaciones, el sistema de extracción de humos es tan importante como el propio láser".
Texturizado de superficies con láser
Los láseres ofrecen una precisión incomparable con otras herramientas. La potencia del láser, la duración del pulso y el perfil del haz se pueden ajustar, lo que permite que el proceso elimine solo las áreas designadas sin afectar las regiones circundantes. Al igual que en la limpieza con láser-donde el metal base no se ve afectado durante la eliminación de contaminantes-el texturizado con láser también se puede realizar bajo un control preciso.
Durante estos procesos, el rayo láser suele ser un rayo gaussiano, con alta energía concentrada en su centro. El láser elimina la capa de metal, lo que hace que el metal subyacente experimente cambios de fase instantáneos-de sólido a líquido y de nuevo a sólido. Este proceso suele emplear láseres monomodo-, que pueden producir puntos focales extremadamente pequeños, creando así texturas superficiales de alta precisión.
Este proceso se puede comparar con una operación de granallado, en la que el tamaño de cada partícula abrasiva se controla con precisión-aunque el texturizado por láser funciona de una manera completamente diferente: trata la superficie utilizando calor láser en lugar del impacto físico de las partículas abrasivas.
En algunas aplicaciones de fabricación de metales, el texturizado por láser puede crear patrones precisos en las superficies para alterar sus propiedades-por ejemplo, haciendo que la superficie sea hidrofóbica. Estas aplicaciones de texturizado de precisión suelen utilizar láseres con duraciones de pulso extremadamente cortas, generalmente medidas en picosegundos o femtosegundos. Muchas otras aplicaciones de texturizado se utilizan para preparar superficies metálicas para recubrimientos, sin requerir partículas abrasivas ni agentes de limpieza químicos.
Aplicaciones automatizadas
La limpieza láser automatizada es cada vez más común en entornos de baja{0}}mezcla y alto-volumen. Por ejemplo, la limpieza para soldar baterías es una aplicación típica. "Estos sistemas procesan millones de piezas, soldan múltiples componentes por segundo mientras limpian sus superficies".
La eliminación de lubricantes después del estampado representa otra aplicación en rápido crecimiento. Anteriormente, estas operaciones dependían de líneas de limpieza-a gran escala para preparar piezas estampadas para recubrirlas, utilizando grandes volúmenes de agua-que se contaminan fácilmente con metal y otros desechos, lo que dificulta y encarece el tratamiento.
La preparación de adhesivos es otro campo de aplicación importante, en particular el texturizado con láser. En algunos casos, es posible que sea necesario ensamblar las carcasas utilizando adhesivos específicos que combinen con superficies con texturas o patrones particulares. La fabricación de pastillas de freno emplea una tecnología similar: antes de colocar las pastillas de freno, los láseres texturizan la superficie metálica.
¿Reemplazar el chorro de arena?
Las ventajas de velocidad y calidad de la soldadura láser son de sobra conocidas, por lo que cada vez está más presente en los talleres. Entonces, ¿puede el texturizado láser sustituir al arenado?
Los equipos automatizados funcionan bien en escenarios de alto-volumen y baja-mezcla-especialmente para piezas con formas geométricas simples. Sin embargo, a medida que las piezas se vuelven cada vez más complejas y los conjuntos de piezas crecen, la dificultad de la automatización también aumenta. Esto se relaciona con la naturaleza del texturizado por láser: idealmente, el rayo láser debe ser perpendicular a la superficie del metal-o lo más cerca posible de la perpendicular.
Una solución alternativa emergente
La limpieza y el texturizado con láser no son adecuados para todas las situaciones; su aplicabilidad depende del tipo de contaminante que se va a eliminar y de los requisitos de tratamiento de la superficie. Por ejemplo, los láseres no son particularmente eficaces para eliminar capas gruesas de óxido de-placas de acero laminadas en caliente-especialmente en entornos automatizados que requieren un alto rendimiento.
Sin embargo, la limpieza y el texturizado con láser todavía demuestran un enorme potencial, particularmente en industrias que luchan por encontrar trabajadores calificados. Los limpiadores químicos y con chorro de arena a menudo hacen que el entorno de trabajo no sea ideal.
Reemplazar todos los medios abrasivos y productos químicos con láseres-a través de protocolos de seguridad adecuados (incluidos equipos de protección personal, medidas de seguridad láser y recintos cerrados con -vidrio seguro para láseres)-puede transformar los talleres de las fábricas en lugares de trabajo más limpios y atractivos. Para una industria que busca constantemente nuevas formas de atraer trabajadores, crear un mejor ambiente de trabajo es sin duda una buena idea.