Los ciclos térmicos personalizados caldean la fabricación por láser
Los láseres se han convertido en una de las herramientas más importantes de la fabricación industrial. Pueden crear detalles muy precisos, difíciles o imposibles de realizar con equipos de mecanizado y materiales de corte convencionales, con un impacto insignificante sobre el material circundante, lo cual minimiza su posprocesamiento. La conformación del haz láser para controlar la intensidad (potencia por unidad de superficie) puede superar las dificultades actuales de las aplicaciones láser industriales y permitir un ajuste preciso de la microestructura y las propiedades finales del componente. El equipo del proyecto CUSTODIAN, financiado con fondos europeos, creó una tecnología de conformación del haz láser basada en la fotónica y adaptada a materiales y aplicaciones específicos para controlar los procesos láser en tiempo real.
La experimentación y la simulación fundamentan el desarrollo de la tecnología de conversión de la luz en múltiples planos
El equipo se centró en la soldadura por láser de componentes de automoción de acero inoxidable, la fusión por lecho de polvo para los sectores aeronáutico y de generación de energía, y el corte por láser de aceros gruesos para múltiples sectores. Tres pasos preliminares fundamentales sentaron las bases de la tecnología de conformación por haz láser: 1) determinación del ciclo térmico óptimo mediante el análisis tanto del proceso como del material; 2) simulación multifísica para definir la forma óptima del haz a fin de lograr el ciclo térmico deseado; y 3) cálculo de la absorción óptima basándose en las ecuaciones de Fresnel (que describen la reflexión y la transmisión de la luz en una interfaz) para homogeneizar la distribución de la potencia. Los conocimientos técnicos, la excelente cooperación y el compromiso de los socios de CUSTODIAN aportaron una gran cantidad de información esencial en estos ámbitos. Partiendo de esta base, el socio del proyecto Cailabs desarrolló la tecnología avanzada de conversión de luz en múltiples planos (MPLC, por sus siglas en inglés) para la conformación del haz basada en la modificación iterativa del perfil transversal del haz tras sucesivas reflexiones en una placa de fase. «La tecnología MPLC procede del sector de las telecomunicaciones, y adaptarla a los equipos láser industriales no era trivial. Tuvimos que hacer adaptaciones importantes en los últimos meses del proyecto y la fase final de las pruebas y la validación de los resultados fue muy difícil», explica el coordinador del proyecto CUSTODIAN, Daniel Gesto, del Centro Tecnológico Aimen.
Vigilancia y control en tiempo real mediante imágenes infrarrojas de alta velocidad
La capacidad técnica para modificar la forma del haz debe ir acompañada de algoritmos para ello. CUSTODIAN ha elaborado unos sistemas de vigilancia y control en tiempo real basados en imágenes infrarrojas (IR) de alta velocidad. Las cámaras de infrarrojos de alta velocidad del proyecto se integraron coaxialmente para captar la dinámica del baño de fusión en tiempo real. A partir de la información extraída, se desarrollaron y probaron algoritmos para ajustar los parámetros del proceso en tiempo real con el fin de optimizar el ciclo térmico de cada material.
Se resuelven los problemas de láser existentes y se abre la puerta a nuevas aplicaciones
Los resultados de CUSTODIAN han demostrado su potencial para abordar y resolver retos industriales en el campo de las aplicaciones láser que actualmente no pueden superarse. Permitirán mejorar la calidad y aumentar la productividad, al tiempo que se disminuyen los costes de producción, se mejora la eficiencia energética y se reduce drásticamente la chatarra. Además, abren la puerta al procesamiento por láser de materiales que hoy en día son inaccesibles debido a su composición química y su microestructura. «La metodología de CUSTODIAN, que combina la simulación multifísica y una tecnología flexible de conformación del haz láser (MPLC), es la única forma de evaluar y ajustar los numerosos parámetros de entrada de manera significativa. El proyecto ha desempeñado un papel pionero en uno de los temas más importantes del procesamiento de materiales por láser en la actualidad: la distribución flexible y específica de la intensidad para cada aplicación», concluye Gesto. La forma de los objetos que están por venir se puede encontrar en la metodología de CUSTODIAN.
Palabras clave
CUSTODIAN, láser, conformación del haz láser, MPLC, conversión de la luz en múltiples planos, simulación multifísica, soldadura por láser, fusión por lecho de polvo
