Láser de alto rendimiento para un procesamiento de materiales preciso y rentable
El micromecanizado —el diseño de precisión de microcomponentes— ofrece a muchas industrias la promesa de una mayor productividad a un menor coste. Su adopción se ha visto facilitada gracias al desarrollo de láseres de pulsos ultracortos y a la tecnología fotónica, pero aún quedan obstáculos que superar en cuanto a la rentabilidad de la combinación de la alta precisión con la relación rendimiento-productividad, y con alta calidad. El proyecto HIPERDIAS se propuso demostrar el procesamiento de materiales con láser de pulsos ultracortos a niveles de productividad, precisión y calidad sin precedentes (alto rendimiento). El respaldo de la Unión Europea permitió al proyecto integrar todos los componentes necesarios en una base de máquina estable, flexible y versátil para un láser de femtosegundos de alta potencia y desarrollar un sistema de demostración de 1 kW, probado y validado por los usuarios finales. Gracias a esta tecnología, el proyecto superó la tasa de ablación deseada para el procesamiento de silicio y logró la mayoría de los indicadores clave del rendimiento para el corte fino de metales y el pulido de diamantes.
Un sistema de procesamiento muy avanzado
El objetivo es lograr una alta tasa de productividad sin perder precisión, así como una alta calidad sin comprometer la velocidad. Para ello, es necesario un láser de femtosegundos con una potencia media muy alta y parámetros de haz bien definidos. El láser necesita adecuar la duración y la energía del pulso, el perfil de intensidad y la polarización, y proporcionar una emisión flexible del haz. El haz tiene que aplicarse a la pieza de trabajo de una manera bien definida y específica para cada aplicación, que permita dividirlo mediante un elemento difractivo, o moverlo rápidamente mediante un escáner o moduladores ultrarrápidos. Esto último es necesario para evitar la acumulación de calor que degrada la calidad del procesamiento. Para ello, el proyecto HIPERDIAS combinó un sistema láser ultrarrápido y de alta potencia con un gestor de oscilaciones por amplificación de potencia y una máquina bien adaptada para el procesamiento de diamantes, la estructuración tridimensional (3D) del silicio y el corte fino de metales. El sistema se probó para tres aplicaciones objetivo y se comprobó que era más rápido que las técnicas disponibles actualmente: procesaba el silicio 3D y diamantes sintéticos pulidos con una rapidez 50-60 veces mayor y cortaba finamente el metal 20-25 veces más rápido.
Múltiples aplicaciones
Los resultados de HIPERDIAS pueden ser adoptados por todos los sectores en los que la tecnología láser puede mejorar la calidad de los productos, al tiempo que ofrece beneficios en cuanto a costes y nuevas tecnologías de producción. «El sistema HIPERDIAS tendrá un impacto doble: crear liderazgo en este apasionante campo y así fortalecer las empresas europeas, y al mismo tiempo reducir el coste de muchos artículos de uso cotidiano, como las pantallas de los teléfonos móviles, para los consumidores», dice Marwan Abdou-Ahmed, coordinador del proyecto. La tecnología puede usarse en una gama de aplicaciones como, por ejemplo, dispositivos de sistemas microelectromecánicos, picoproyectores y dispositivos médicos. También será útil en varias industrias para el micromecanizado de materiales transparentes, la perforación de boquillas y la estructuración de superficies de gran tamaño para aplicaciones superhidrófugas. El proyecto HIPERDIAS ha desarrollado un sistema que podría hacer que la fabricación sea más eficiente en industrias que van desde la relojería hasta la aeronáutica y la fabricación de automóviles. Además, tiene un gran número de aplicaciones científicas, como la espectroscopia y la terapia de protones, que podrían beneficiarse de la ampliación de la tecnología a una mayor energía y potencia máxima. El equipo prevé tener un sistema láser industrial de femtosegundos de clase 1 kW disponible en un plazo de tres a cinco años. «HIPERDIAS ha allanado el camino para hacer posible esta tecnología, pero para ser más rápido y capaz de soportar la mayor potencia requerida, el sistema necesita un seguir perfeccionándose. Por ejemplo, necesitamos ajustar varios componentes como la emisión del haz de fibra y los escáneres», concluye Abdou-Ahmed.
Palabras clave
HIPERDIAS, micromecanizado, femtosegundo, láser, fotónica, silicio, diamante, metales, pulso, óptica