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Artículos de empresas del sector del metal

La importancia de la calidad de los consumibles en los procesos de fabricación con Láser

23 de mayo, 2017 Artículos técnicos comentarios Bookmark and Share
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Este artículo de Cristian Gómez Camacho, Director Técnico de IBSA Laser, S.L., trata sobre los materiales y procesos de producción de los consumibles que se utilizan en los procesos industriales con maquinaria láser. 

Muchos de los usuarios que realizan procesos industriales con maquinaria láser (corte, grabado, soldadura, etc.), saben de la importancia de trabajar con un consumible de calidad. Ya que permite elaborar de forma eficiente dichos procesos.

En IBSA Laser tenemos claro la importancia de estos materiales. 10 años distribuyendo todo tipo de consumibles y/o recambios nos avalan. Por ello, queremos profundizar en los materiales y procesos de producción de algunos de estos consumibles.

Las máquina de CO2 tienen todo tipo de consumibles, como puede ser: lentes, espejos, boquillas, cerámicas, filtros refrigeración, filtros de agua, fuelles, tubos CO2 (recarga o nuevos), etc. Pero uno de los consumibles estándar o de mayor rotación, son las lentes.

Las lentes esféricas están diseñadas para concentrar el haz laser que llega del resonador, a una distancia X predefinida y configurada en el proceso de fabricación de la propia lente. Tanto las lentes en formato menisco (cóncava-convexa) como las lentes plano-convexas se utilizan en aplicaciones de corte a alta presión, dependiendo del fabricante del laser.

Las lentes se pueden basar en estándares de los principales laser en todo el mundo. O se pueden fabricar totalmente personalizadas según sus especificaciones de diámetro, distancia focal y espesor. Su fabricación está regida por sistemas de gestión de calidad, junto con normas de calidad ISO 9001. Utilizando equipos de prueba como interferómetros, calorímetros, etc. Y muchos otros dispositivos de medición de taller. De esta forma, aseguramos la distribución de productos, a nuestros clientes, que cumplan con los más estrictos criterios de inspección.

Este tipo de lentes, están fabricadas con un material base llama Seleniuro de Zinc (ZnSe). Debido a que es un material que se usa para lentes, ventanas, acopladores de salida y expansores de haz debido a su baja absorción de las ondas IR. Particularmente adecuado para lentes de enfoque de equipos laser en el IR lejano: equipos de CO2 (10.600nm). Añadido a la aplicación de un coating a la lente que permite obtener una absorción mínima en cuanto a potencia se refiere (A<0.16% y A<0.12% en lentes de baja absorción). El coating aplicado a ambas caras de la lente permite una menor distorsión térmica, transmisión visible para reducir el tiempo de instalación y fácil detección de la tensión térmica inducida.

En cuanto a otros elementos ópticos de este tipo de máquinas, podemos tener en cuenta también los espejos. Fabricados con materiales como el Si o Cu y con recubrimientos dorados para la transmisión óptima de la señal (≈99,5% mínimo). Además de boquillas de cobre o cromadas, gafas de protección con filtros de polímero acrílico y cristal con certificación CE EN207 y marcado CE, etc.

También queremos hablar en este artículo de los cristales de protección o vetrinos para los equipos laser de Fibra. Se trata de un consumible de gran rotación, ya que protege la lente y, por consiguiente, el resonador interno de suciedad, proyecciones y del propio retorno de señal del haz, desde el punto de corte o grabado.

Muchos clientes disponen de maquinaria de gran potencia para cortes de material a grandes espesores. Por lo que es necesario disponer de un tipo de ventanas en concreto para la correcta gestión del proceso industrial. Por ello, el material base de las ventanas debe disponer de unos términos de calidad superiores para la disipación del calor generado por el haz y la mínima reflexión del mismo haz hacia el resonador.

Principalmente, los materiales base que soportan altas potencias y concentraciones de señal mínimas, son los llamados Fused Silica (Silicio fundido) y Zafiro. En este artículo, nos basaremos en los cristales de Silicio fundido.

Este material se ofrece en muchos grados para diferentes aplicaciones. Con una característica común: son de gran pureza con excelentes cualidades ópticas. Este material permite bajos índices de refracción (0.10-0.25% por cara) y una transmisión prácticamente del 100% de la señal entre las longitudes de onda del UV hasta el IR lejano.

El proceso de fabricación para llegar a conseguir un coating de calidad superior, se puede realizar de 3 formas diferentes:

  • Electron Beam Deposition: EBD utiliza una fuente amplia de iones para dirigir el flujo de vapor energéticamente y químicamente activo para la deposición en el sustrato (montado en un dispositivo giratorio). Dicho haz de iones se neutraliza con una fuente de electrones independiente, y la película es DLC (con un precursor de hidrocarburo) o SiO2 (con un precursos de Siloxano). El objetivo es controlar cuidadosamente las propiedades físicas y ópticas de las películas. EBD permite el control fino de estas propiedades al permitir una gran adaptabilidad en la química, afectando directamente en la estructura y las propiedas de la película (coating) en crecimiento.
  • Ion Assist Deposition: IAD utiliza una fuente amplia de iones para dirigir una haz de iones energéticos y reactivs (típicamente oxígeno) simultáneamente con la evaporación de materiales metálicos o dieléctricos, usando un haz de electrones, sobre un sustrato. El haz de iones se neutraliza con una fuente de electrones independiente. Por lo que el coating resultante es un cúmulo de materiales de alto y bajo índice de refracción y de composición de óxido metálico como SiO2, Al2O3, TiO2 y Ta2O5. El objetivo es controlar la estabilidad, la densidad y las propiedades ópticas del coating resultante.
  • Ion Beam Sputtering Deposition: IBS utiliza una fuente amplia de iones energéticos enfocada cuidadosamente en un objeto metálico o dieléctrico. El material es pulverizado (sputtering) desde los depósitos hacia el sustrato cercano para crear el coating. La mayoría de las aplicaciones utilizan también una segunda fuente de iones (fuente de asistencia iónica) dirigida al sustrato para disponer de iones reactivos en la superficie del coating en crecimiento. Dicha fuente mejora la estabilidad, densidad, las propiedades eléctricas y ópticas de dichas películas. Dicho proceso proporciona un excelente control del espesor y propiedades del coating. Las presiones del proceso son bajas, por lo que hay muy poca dispersión de los iones entregados por las fuentes hacia la superficie. Por lo tanto, podemos decir que este sistema es más direccional y energético que los anteriores.

Los dos sistemas que se utilizan para la fabricación de los cristales de protección para equipos laser de Fibra, son el IAD y el IBS. Ya que están diseñados para sistemas de la industria de componentes ópticos, etc. Estos dos sistemas permiten la deposición de películas ópticas de mayor calidad que la posible por evaporación sola.

Por supuesto, al igual que hemos hablado de las lentes de CO2 (y demás consumibles para laser de CO2 y Fibra), estos productos pasan una serie de certificaciones de calidad. Disponiendo de certificados ISO 9001 e ISO 14001.

Muchos de los consumibles que distribuimos se basan en los originales que proveen las propias marcas del laser. Pero también estamos en constante desarrollo de materiales y procesos de producción, por lo que basándonos en las especificaciones de las máquinas y tipo de material a producir, realizamos un estudio para concretar la posibilidad de mejorar estos consumibles y así, optimizar los procesos productivos.

Con todo ello, ofrecemos un consumible y/o recambio compatible de calidad similar o superior al original.

IBSA Laser busca el mejor compromiso con la calidad.

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