El láser, una herramienta de presente y futuro

“¿Qué y cómo se va a producir en el 2025?”; es el título de la Jornada sobre Tecnologías y Tendencias a pie de taller, organizada por IMHE en colaboración con el Centre de Formació Práctica de Manresa en su décimo aniversario, que tuvo lugar el 18 de octubre. Participaron como ponentes miembros del departamento de ingeniería mecánica de la propia Escuela de Ingeniería de Bilbao, IK4 Ideko, IK4 Tekniker. Como patrocinadores, se contó con empresas de primer orden en sus campos tecnológicos que también compartieron conocimientos con los asistentes. Estas firmas son NSK, DELCAM e IK4.

Aitzol Lamikiz, del Grupo de Mecanizado de Precisión del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UPV/EHU, ofreció una ponencia titulada “El láser, una herramienta de presente y futuro”. Son 52 años desde el primer láser hasta hoy. Es un pasado corto, pero intenso, con un presente lleno de éxitos: marcado (decorado de piezas sin límite); corte láser (hacia la frontera de la micra); soldadura láser (carrocerías más ligeras), y temple (dureza donde hace falta sin distorsión). El futuro está lleno de expectativas: aporte (¿y si se pudiera construir en vez de arrancar?); texturizado láser (imitando a la naturaleza), y más (limpieza, curado, láser shot peening…).

Éstos son algunos de los datos de ventas del láser a lo largo de los últimos 25 años:

- Aproximadamente la mitad de las ventas son para láser de diodo (CD, DVD, punteros, bombeo…).

- La otra mitad son equipos láser para la industria, medicina, investigación, ocio y espectáculo…

- En términos absolutos, el mercado del láser ha sufrido un fuerte crecimiento durante los últimos años, principalmente en la década de los 199x y 200x.

- El año 2009 fue el primero en los últimos 18 años en el que la venta de láser descendió.

- En 2010, las ventas volvieron a niveles de 2008.

En la industria del procesado de materiales, las potencias oscilan entre decenas de watios hasta 20 kW. El coste de los equipos oscila entre 30.000 y 50.000 euros para los láseres menos potentes hasta uno o dos millones de euros para los equipos más potentes y caros. Dependiendo de la aplicación, los rasgos de potencia utilizados pueden variar. El láser es una de las fuentes de calor más selectivas que existen.

Diferentes procesos

El marcado se trata de la fusión/vaporización de una capa de espesor microscópico en la superficie de la zona que se desea marcar. El cambio de color producido permite la grabación de textos/imágenes en prácticamente cualquier superficie. El láser permite realizar grabados de alta definición sin ningún tipo de contacto de forma automática. Se trata de un proceso consolidado y que está derivando a la decoración de piezas individualizada.

El corte por láser es también uno de los procesos láser más extendidos en la industria para cortes de espesores entre 0,2 y 6 mm de acero, acero inoxidable y aluminio, entre otros. Se comienza a utilizar en el corte de polímeros y espesores por debajo de 0,1 mm con tamaños de spot por debajo de las 30 μm. Está aplicación es clave en la fabricación de stents coronarios, así como otras piezas de precisión del sector de joyería, médico y electrónica.

Durante los últimos años, el conformado en caliente de aceros al Boro ha sustituido a piezas de aceros DP o TRIP. Estos aceros presentan una conformabilidad muy baja a temperatura ambiente, además de que suelen estar recubiertos para evitar la oxidación durante el proceso en caliente. Los problemas del corte mecánico hacen que el corte láser sea el proceso más extendido para este tipo de piezas.

La soldadura láser ha sido clave en el crecimiento de ventas de equipos láser desde finales de los 90. Se emplea en diferentes materiales: acero, aceros de alto límite elástico, aluminio, titanio… La principal ventaja que introduce es la relación entre la alta penetración y baja zona afectada térmicamente. Por otro lado, presenta muy baja distorsión y se puede automatizar de forma sencilla. Una aplicación típica es el Tailor Welded Blanks (TWB).

Remote Weldinges la sustitución de la soldadura por puntos. Se trata de una soldadura láser a larga distancia, empleando un escáner para mover el haz. Sincroniza los movimientos del escáner (cuya área de trabajo es limitada) con los de un robot o máquina cartesiana, para barrer áreas grandes. El principal problema que presenta es que es necesario un útil que sujete las piezas (diseños muy complejos de utillajes).

La soldadura láser de polímeros siempre ha planteado problemas y por eso no está extendida todavía. El desarrollo de nuevos generadores y soluciones creativas para resolver el problema de unión entre elementos abre un campo nuevo en este tipo de uniones. La soldadura láser puede sustituir a piezas monolíticas en sectores como el de aeronáutica. De hecho, cuando se comenzó a fabricar el A380, una de las principales novedades fue la soldadura láser de una pieza del fuselaje.

El temple por láser es una de las aplicaciones con crecimiento más rápido y que mejor ha penetrado en el mercado. Se basa en el temple selectivo de zonas mediante la exposición a un haz láser. La principal ventaja es que la distorsión es mínima si se compara con otros tipos de temple. Por otro lado, el tratamiento es mucho más selectivo. Se está empleando en matrices de estampación, dientes de engranajes, pistas de rodamientos/guías/husillos y, en general, en piezas donde se busca una dureza superficial elevada en una zona local, manteniendo un núcleo tenaz.

En cuanto al aporte, las técnicas de fabricación rápida (rapid manufacturing) son las herederas de los procesos de prototipado rápido, pero con la posibilidad de fabricar piezas funcionales.