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Introducción al procesamiento láser en la fabricación
La tecnología de procesamiento láser ha experimentado un rápido desarrollo y se utiliza ampliamente en diversos campos, como el aeroespacial, el automotriz, la electrónica y otros. Desempeña un papel significativo en la mejora de la calidad del producto, la productividad laboral y la automatización, al tiempo que reduce la contaminación y el consumo de materiales (Gong, 2012).
Procesamiento láser en materiales metálicos y no metálicos
En la última década, la principal aplicación del procesamiento láser se ha centrado en materiales metálicos, incluyendo el corte, la soldadura y el revestimiento. Sin embargo, este campo se está expandiendo a materiales no metálicos como textiles, vidrio, plásticos, polímeros y cerámica. Cada uno de estos materiales ofrece oportunidades en diversas industrias, si bien ya existen técnicas de procesamiento establecidas (Yumoto et al., 2017).
Retos e innovaciones en el procesamiento láser del vidrio
El vidrio, con sus amplias aplicaciones en industrias como la automotriz, la construcción y la electrónica, representa un área importante para el procesamiento láser. Los métodos tradicionales de corte de vidrio, que emplean herramientas de aleación dura o diamante, presentan limitaciones debido a su baja eficiencia y a los bordes irregulares que producen. En cambio, el corte por láser ofrece una alternativa más eficiente y precisa. Esto resulta especialmente evidente en industrias como la fabricación de teléfonos inteligentes, donde el corte por láser se utiliza para las cubiertas de lentes de cámaras y las pantallas de gran tamaño (Ding et al., 2019).
Procesamiento láser de tipos de vidrio de alto valor
Los distintos tipos de vidrio, como el vidrio óptico, el vidrio de cuarzo y el vidrio de zafiro, presentan desafíos únicos debido a su fragilidad. Sin embargo, técnicas láser avanzadas, como el grabado láser de femtosegundo, han permitido el procesamiento de precisión de estos materiales (Sun & Flores, 2010).
Influencia de la longitud de onda en los procesos tecnológicos láser
La longitud de onda del láser influye significativamente en el proceso, especialmente en materiales como el acero estructural. Se han analizado láseres que emiten en las regiones ultravioleta, visible, infrarroja cercana y lejana para determinar su densidad de potencia crítica para la fusión y la evaporación (Lazov, Angelov y Teirumnieks, 2019).
Diversas aplicaciones basadas en longitudes de onda
La elección de la longitud de onda del láser no es arbitraria, sino que depende en gran medida de las propiedades del material y del resultado deseado. Por ejemplo, los láseres UV (con longitudes de onda más cortas) son excelentes para el grabado de precisión y el micromecanizado, ya que permiten obtener detalles más finos. Esto los hace ideales para las industrias de semiconductores y microelectrónica. En cambio, los láseres infrarrojos son más eficientes para el procesamiento de materiales más gruesos debido a su mayor capacidad de penetración, lo que los hace adecuados para aplicaciones industriales pesadas (Majumdar & Manna, 2013). De manera similar, los láseres verdes, que suelen operar a una longitud de onda de 532 nm, se utilizan en aplicaciones que requieren alta precisión con un impacto térmico mínimo. Son particularmente eficaces en microelectrónica para tareas como el diseño de circuitos, en aplicaciones médicas para procedimientos como la fotocoagulación y en el sector de las energías renovables para la fabricación de células solares. La longitud de onda única de los láseres verdes también los hace adecuados para marcar y grabar diversos materiales, incluidos plásticos y metales, donde se desea un alto contraste y un daño superficial mínimo. Esta adaptabilidad de los láseres verdes subraya la importancia de la selección de la longitud de onda en la tecnología láser, garantizando resultados óptimos para materiales y aplicaciones específicos.
Elláser verde de 525 nmEs un tipo específico de tecnología láser que se caracteriza por su distintiva emisión de luz verde a una longitud de onda de 525 nanómetros. Los láseres verdes de esta longitud de onda se utilizan en la fotocoagulación de la retina, donde su alta potencia y precisión resultan beneficiosas. También son potencialmente útiles en el procesamiento de materiales, particularmente en campos que requieren un procesamiento preciso y con mínimo impacto térmico..El desarrollo de diodos láser verdes sobre sustrato de GaN de plano c para longitudes de onda mayores (524–532 nm) representa un avance significativo en la tecnología láser. Este desarrollo es crucial para aplicaciones que requieren características de longitud de onda específicas.
Fuentes láser de onda continua y bloqueadas
Se consideran fuentes láser de onda continua (CW) y cuasi-CW con bloqueo de modo en diversas longitudes de onda, como el infrarrojo cercano (NIR) a 1064 nm, el verde a 532 nm y el ultravioleta (UV) a 355 nm, para el dopaje láser de células solares de emisor selectivo. Las diferentes longitudes de onda influyen en la adaptabilidad y la eficiencia de la fabricación (Patel et al., 2011).
Láseres de excímeros para materiales de banda prohibida ancha
Los láseres de excímeros, que operan en una longitud de onda UV, son adecuados para procesar materiales de banda prohibida ancha como el vidrio y el polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), ofreciendo alta precisión y mínimo impacto térmico (Kobayashi et al., 2017).
Láseres Nd:YAG para aplicaciones industriales
Los láseres Nd:YAG, gracias a su adaptabilidad en cuanto al ajuste de longitud de onda, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Su capacidad para operar tanto a 1064 nm como a 532 nm permite flexibilidad en el procesamiento de diferentes materiales. Por ejemplo, la longitud de onda de 1064 nm es ideal para el grabado profundo en metales, mientras que la de 532 nm proporciona un grabado superficial de alta calidad en plásticos y metales recubiertos (Moon et al., 1999).
→Productos relacionados:Láser de estado sólido bombeado por diodo de onda continua con una longitud de onda de 1064 nm.
Soldadura láser de fibra de alta potencia
Los láseres con longitudes de onda cercanas a los 1000 nm, que poseen buena calidad de haz y alta potencia, se utilizan en la soldadura láser por penetración profunda de metales. Estos láseres vaporizan y funden los materiales de manera eficiente, produciendo soldaduras de alta calidad (Salminen, Piili y Purtonen, 2010).
Integración del procesamiento láser con otras tecnologías
La integración del procesamiento láser con otras tecnologías de fabricación, como el revestimiento y el fresado, ha dado lugar a sistemas de producción más eficientes y versátiles. Esta integración resulta especialmente beneficiosa en sectores como la fabricación de herramientas y matrices y la reparación de motores (Nowotny et al., 2010).
Procesamiento láser en campos emergentes
La aplicación de la tecnología láser se extiende a campos emergentes como las industrias de semiconductores, pantallas y películas delgadas, ofreciendo nuevas capacidades y mejorando las propiedades de los materiales, la precisión del producto y el rendimiento del dispositivo (Hwang et al., 2022).
Tendencias futuras en el procesamiento láser
Los avances futuros en la tecnología de procesamiento láser se centran en nuevas técnicas de fabricación, la mejora de la calidad de los productos, el diseño de componentes multimateriales integrados y la optimización de los beneficios económicos y procedimentales. Esto incluye la fabricación rápida mediante láser de estructuras con porosidad controlada, la soldadura híbrida y el corte de perfiles de chapa metálica mediante láser (Kukreja et al., 2013).
La tecnología de procesamiento láser, con sus diversas aplicaciones e innovaciones constantes, está configurando el futuro de la fabricación y el procesamiento de materiales. Su versatilidad y precisión la convierten en una herramienta indispensable en diversas industrias, ampliando los límites de los métodos de fabricación tradicionales.
Lazov, L., Angelov, N., & Teirumnieks, E. (2019). MÉTODO PARA LA ESTIMACIÓN PRELIMINAR DE LA DENSIDAD DE POTENCIA CRÍTICA EN PROCESOS TECNOLÓGICOS LÁSER.MEDIO AMBIENTE. TECNOLOGÍAS. RECURSOS. Actas de la Conferencia Científica y Práctica Internacional. Enlace
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). Fabricación de alta velocidad de células solares de emisor selectivo dopado por láser utilizando fuentes láser de onda continua (CW) de 532 nm y fuentes láser cuasi-CW con bloqueo de modo.Enlace
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J. y Mizoguchi, H. (2017). Procesamiento con láseres DUV de alta potencia para vidrio y CFRP.Enlace
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J., & Kim, K.-S. (1999). Duplicación de frecuencia intracavidad eficiente a partir de un láser Nd:YAG bombeado lateralmente por diodo de tipo reflector difusivo utilizando un cristal KTP.Enlace
Salminen, A., Piili, H. y Purtonen, T. (2010). Las características de la soldadura láser de fibra de alta potencia.Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte C: Revista de Ciencias de la Ingeniería Mecánica, 224, 1019-1029.Enlace
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Gong, S. (2012). Investigaciones y aplicaciones de la tecnología avanzada de procesamiento láser.Enlace
Yumoto, J., Torizuka, K. y Kuroda, R. (2017). Desarrollo de un banco de pruebas de fabricación láser y una base de datos para el procesamiento de materiales con láser.Revista de Ingeniería Láser, 45, 565-570.Enlace
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j. y Hong, M. (2019). Avances en la tecnología de monitoreo in situ para el procesamiento láser.CIENTIA SÍNICA Física, Mecánica y Astronómica. Enlace
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Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P., & Rao, BT (2013). Técnicas emergentes de procesamiento de materiales con láser para futuras aplicaciones industriales.Enlace
Hwang, E., Choi, J. y Hong, S. (2022). Procesos de vacío asistidos por láser emergentes para la fabricación de ultraprecisión y alto rendimiento.Nanoescala. Enlace
Fecha de publicación: 18 de enero de 2024