Neteja amb làser i textura de superfícies amb làser
Sense la tecnologia làser, els assoliments actuals en la fabricació de xapa de precisió serien impossibles. El tall per làser és ara omnipresent i la soldadura làser-ja sigui automàtica o manual-s'està generalitzant ràpidament. Tanmateix, els làsers no es limiten a tallar i soldar; també poden fer neteja.
Tot i que la tecnologia de neteja per làser encara no s'ha adoptat àmpliament, ja ha establert una base sòlida en aplicacions com l'eliminació de pintura i l'eliminació d'òxid, especialment en processos de neteja especialitzats en indústries com l'aeroespacial i l'automoció. La majoria dels equips de neteja làser utilitzen components òptics d'escaneig, que poden moure el raig làser a velocitats de diversos metres per segon, projectant-lo a les superfícies amb les formes desitjades (com ara circular o rectangular).
Què és exactament la neteja per làser?
Neteja amb làserengloba una sèrie de processos diferents, dividits principalment en dues categories. Una consisteix a eliminar els contaminants de la superfície, mentre que l'altra implica "gravar" o "texturar" la superfície per complir els requisits específics de recobriments, unió adhesiva o altres aplicacions. Tot i que l'eliminació de contaminants (anomenada "neteja") i la texturació làser poden utilitzar equips similars o fins i tot idèntics, aquests dos processos són fonamentalment diferents i els fabricants seleccionen la categoria adequada en funció de les seves necessitats específiques.
Com funciona la neteja amb làser?
El nucli de la neteja amb làser és l'eliminació de contaminants superficials, com l'òxid i la pintura no desitjada. L'equip normalment inclou un sistema d'extracció de fums per capturar els contaminants eliminats pel làser. En algunes aplicacions aeroespacials crítiques, com ara la neteja de titani, es requereixen gasos protectors per evitar la formació d'òxids.
En moltes aplicacions habituals, els làsers funcionen eliminant contaminants superficials. L'ablació (la conversió directa de material sòlid en gas) és més eficaç quan el llindar d'ablació del contaminant és significativament inferior al del metall base, permetent que el làser vaporitzi els contaminants sense afectar la superfície metàl·lica.
L'energia lliurada pel làser realitza operacions de neteja de diferents maneres, en funció del material que s'ha d'eliminar. Per exemple, de vegades el làser genera un efecte de xoc tèrmic a la superfície, provocant que els residus de la superfície com l'òxid "s'estimin" a causa de les diferències en els coeficients d'expansió tèrmica entre el contaminant i el metall base. En altres casos, la calor del làser crema el material que s'ha d'eliminar-normalment la pintura o altres recobriments orgànics.
Les taques d'oli són transparents a la llum làser i, per tant, no es poden eliminar mitjançant l'ablació o el xoc tèrmic. En aquests casos, el làser "bull" determinades parts de l'oli. Concretament, el làser escalfa una petita àrea de la superfície metàl·lica, fent que les gotes d'oli saltin de la superfície a l'aire, on el sistema d'extracció de fums les capta. "En aquestes aplicacions, el sistema d'extracció de fums és tan important com el propi làser".
Texturització de superfícies làser
Els làsers ofereixen una precisió incomparable amb altres eines. La potència del làser, la durada del pols i el perfil del feix es poden ajustar, de manera que el procés només elimina les àrees designades sense afectar les regions circumdants. Igual que en la neteja làser-on el metall base no es veu afectat durant l'eliminació de contaminants-, la texturació làser també es pot dur a terme sota un control precís.
Durant aquests processos, el feix làser és típicament un feix gaussià, amb alta energia concentrada al seu centre. El làser elimina la capa metàl·lica, fent que el metall subjacent experimenti canvis de fase instantània-de sòlid a líquid i de nou a sòlid. Aquest procés acostuma a emprar làsers-mode únic, que poden produir punts focals extremadament petits, creant així textures superficials molt precises.
Aquest procés es pot analoguar a una operació de granallament, en què la mida de cada partícula abrasiva es controla amb precisió-tot i que la texturació làser funciona d'una manera completament diferent: tracta la superfície amb calor làser en lloc de l'impacte físic de partícules abrasives.
En algunes aplicacions de fabricació de metalls, la texturació làser pot modelar amb precisió les superfícies per alterar-ne les propietats-per exemple, fent que la superfície sigui hidròfoba. Aquestes aplicacions de textura de precisió solen utilitzar làsers amb durades de pols extremadament curtes, normalment mesurades en picosegons o femtosegons. Moltes altres aplicacions de texturació s'utilitzen per preparar superfícies metàl·liques per a recobriments, sense requerir partícules abrasives ni agents de neteja químics.
Aplicacions automatitzades
La neteja automàtica per làser és cada cop més habitual en entorns de baix-mescla-de gran volum. Per exemple, la neteja per a la soldadura de bateries és una aplicació típica. "Aquests sistemes processen milions de peces, soldant diversos components per segon mentre netegen les seves superfícies".
L'eliminació de lubricants després de l'estampació representa una altra aplicació de ràpid creixement. Anteriorment, aquestes operacions es basaven en línies de neteja a gran-escala per preparar peces estampades per al recobriment, utilitzant grans volums d'aigua-que es contaminen fàcilment amb metalls i altres residus, la qual cosa dificultava i costava el tractament.
La preparació d'adhesius és una altra àrea d'aplicació important, especialment la texturació làser. En alguns casos, és possible que les carcasses s'hagin de muntar amb adhesius específics que coincideixin amb superfícies amb textures o patrons particulars. La fabricació de pastilles de fre empra una tecnologia similar: abans de col·locar les pastilles de fre, els làsers textura la superfície metàl·lica.
Substituir el sorra?
Els avantatges de velocitat i qualitat de la soldadura làser són ben coneguts, per això cada cop apareix més als tallers. Llavors, pot substituir la textura amb làser el sorra?
Els equips automatitzats tenen un bon rendiment en escenaris de gran-volum i baixa-mescla-especialment per a peces amb formes geomètriques simples. Tanmateix, a mesura que les peces es tornen cada cop més complexes i els conjunts de peces creixen, la dificultat de l'automatització també augmenta. Això es relaciona amb la naturalesa de la textura del làser: idealment, el raig làser hauria de ser perpendicular a la superfície metàl·lica-o tan a prop de la perpendicular com sigui possible.
Una solució alternativa emergent
La neteja amb làser i la texturació no són adequades per a totes les situacions; la seva aplicabilitat depèn del tipus de contaminant a eliminar i dels requisits de tractament superficial. Per exemple, els làsers no són especialment efectius per eliminar les capes d'òxid gruixudes de les plaques d'acer laminades en calent--sobretot en entorns automatitzats que requereixen un alt rendiment.
No obstant això, la neteja i textura per làser encara demostren un potencial enorme, especialment en les indústries que lluiten per trobar treballadors qualificats. El sorra i els netejadors químics sovint fan que l'entorn de treball sigui menys que ideal.
Substituir tots els mitjans abrasius i productes químics per làsers-mitjançant protocols de seguretat adequats (inclosos equips de protecció personal, mesures de seguretat làser i tancaments entrellaçats amb làser-vidres segurs adequats)-pot transformar els tallers de les fàbriques en llocs de treball més nets i atractius. Per a una indústria que busca constantment noves maneres d'atreure treballadors, crear un millor entorn de treball és sens dubte una bona idea.