1 Prefacio
A finales de los años 1970 y principios de los 1980, una -nueva tecnología de aplicación láser-tecnología de marcado láser-surgió silenciosamente en el escenario internacional. La máquina de marcado láser representa una aplicación importante de los principios del procesamiento láser; específicamente, utiliza un rayo láser procesado para irradiar la superficie de un material. La energía luminosa se convierte instantáneamente en energía térmica, lo que hace que el material de la superficie se derrita o incluso se vaporice en un instante, creando así marcas compuestas de texto, patrones y otros elementos.
2 Campos de aplicación y ventajas del marcado láser
En el sector industrial se ha producido una transición gradual del procesamiento eléctrico a la era del procesamiento óptico. Las máquinas de marcado láser son muy versátiles, ofrecen excelentes resultados y estabilidad y, en consecuencia, han encontrado una amplia aplicación en numerosos campos. Son capaces de grabar diversos materiales metálicos-así como ciertos-materiales no metálicos-o crear marcas permanentes anti-falsificaciones que son extremadamente difíciles de replicar. Estas máquinas, facilitadas por sistemas de entrada y salida por computadora y empleando un mecanismo de escaneo galvanométrico, logran velocidades de procesamiento rápidas. Su sistema de guía de luz-completamente cerrado demuestra una gran adaptabilidad a diversas condiciones ambientales, mientras que su estructura interna modular simplifica el mantenimiento y la reparación; son particularmente-adecuados para la integración en flujos de trabajo de producción "en-línea". Las máquinas de marcado láser ahora se utilizan ampliamente para aplicar marcas comerciales, números de lote, fechas, códigos de barras y otros identificadores a una amplia gama de productos, incluidos diversos artículos de hardware, recipientes metálicos, instrumentos de precisión, componentes automotrices, piezas electrónicas, herramientas de corte, regalos, relojes, accesorios de plomería, monturas de anteojos, hebillas de equipaje, cremalleras, botones, hebillas de zapatos y teclados de computadora. Las figuras 1 y 2, respectivamente, ilustran patrones creados mediante marcado láser en un disco magnético y un borrador. Al someterse a un procesamiento de marcado láser, los productos pueden mejorar su calidad y su competitividad en el mercado.
El marcado láser posee ventajas que prácticamente no tienen comparación con los métodos tradicionales (como el grabado químico, el mecanizado por descarga eléctrica, el grabado mecánico y la impresión). En primer lugar, emplea tecnología de control numérico (NC)-o control directo por computadora-, lo que hace que sea excepcionalmente fácil alterar el contenido de las marcas; esta capacidad se alinea perfectamente con las demandas de alta-eficiencia y rápido-ritmo de la fabricación moderna. En segundo lugar, al utilizar un láser como medio de procesamiento, logra una precisión de grabado exquisita y al mismo tiempo demuestra una amplia compatibilidad con diversos materiales, lo que permite la creación de marcas muy complejas y excepcionalmente duraderas en una amplia gama de superficies. Finalmente, debido a que el proceso no implica contacto físico ni fuerza mecánica ejercida sobre la pieza de trabajo, garantiza que se conserven por completo la precisión y la integridad originales de la pieza de trabajo. Puede servir como etapa final del proceso de producción, eliminando así la necesidad de operaciones de acabado pos-marcado. Su método de procesamiento es muy flexible y capaz de adaptarse a los requisitos tanto del estilo de laboratorio-, como de la producción en pequeños-lotes y de la fabricación industrial a gran-escala. Además, no genera contaminantes ni causa contaminación ambiental-un factor de particular importancia en el mundo actual, donde la protección del medio ambiente tiene cada vez más prioridad. Lo más importante es que las marcas creadas con tecnología de marcado láser son extremadamente difíciles de falsificar o alterar, por lo que ofrecen sólidas capacidades anti-falsificación. Desde la década de 1990-impulsada por la creciente madurez de la tecnología de marcado láser, el refinamiento continuo de los equipos de marcado láser y la comprensión cada vez más profunda del mercado sobre esta novedosa técnica-y en gran medida debido a sus distintas ventajas, la tecnología de marcado láser ha adquirido una aplicación cada vez más generalizada a nivel internacional. En particular, cuando la reconocida corporación estadounidense Intel lanzó su nueva generación de chips de CPU para computadoras-Pentium, Pentium Pro y Pentium MMX-, utilizó tecnología de marcado láser para inscribir marcas en la superficie de cada chip.
3 Clasificación de las máquinas de marcado láser
¿Cómo se consigue el marcado láser? En términos generales, el marcado con láser se logra bajo control por computadora creando un movimiento relativo entre la pieza de trabajo y el rayo láser; esto hace que el rayo láser elimine los símbolos y patrones deseados en la superficie de la pieza de trabajo. En teoría, siempre que se pueda establecer un movimiento relativo controlado entre el láser y la pieza de trabajo, se podrá realizar el marcado con láser. En consecuencia, el campo actual del marcado láser presenta una amplia variedad de máquinas de marcado láser.
Según si el rayo láser está estacionario o en movimiento, las máquinas de marcado láser se pueden clasificar en términos generales en dos tipos: sistemas-de haz fijo y sistemas-de haz móvil. Como sugieren los nombres, el primero implica un rayo láser estacionario con una pieza de trabajo en movimiento, mientras que el segundo involucra un rayo láser en movimiento con una pieza de trabajo estacionaria. Las máquinas de marcado láser de haz fijo-normalmente utilizan una mesa de trabajo bidimensional-controlada por CNC-para manipular la pieza de trabajo que se está marcando. Su principal ventaja es su costo relativamente bajo; sin embargo, sus desventajas son igualmente evidentes: velocidades de marcado lentas, menor precisión de marcado, dificultad para marcar contenidos complejos como fotografías y el desafío de integrarlos en líneas de producción en línea. Las máquinas de marcado láser de haz-móvil se pueden subdividir en varios tipos según el método específico de manipulación del haz; Si bien cada uno posee sus propias ventajas y desventajas, los sistemas de vigas móviles generalmente superan a los sistemas de vigas fijas. Entre los sistemas de haz móvil-, la máquina de marcado láser basada en galvanómetro-se destaca como un excelente ejemplo. Actualmente, es ampliamente reconocido dentro de la comunidad internacional de marcado láser que, entre la diversa gama de máquinas disponibles, el sistema basado en galvanómetro--gracias a sus numerosas ventajas inherentes-se ha convertido en el producto principal y se considera la dirección definitiva para el desarrollo futuro de la tecnología de marcado láser.
Según el tipo de fuente de luz empleada, las máquinas de marcado láser también se pueden clasificar en máquinas de marcado láser YAG y máquinas de marcado láser de CO2; Estas dos fuentes de luz distintas son adecuadas para marcar diferentes tipos de materiales. Debido a las diferencias en la longitud de onda, las máquinas de marcado láser de gas CO2 están restringidas a marcar materiales no-metálicos, mientras que las máquinas de marcado láser de estado sólido-YAG son capaces de marcar materiales metálicos y no-metálicos. Los principales consumibles de una máquina de marcado láser de gas CO2 son la mezcla de gases o los tubos láser de repuesto; Además, las lentes de germanio son componentes de desgaste-y-que conllevan un coste relativamente alto. Por el contrario, el principal consumible de una máquina de marcado láser de estado sólido-YAG es la lámpara de bombeo (los láseres pulsados utilizan lámparas de xenón, mientras que los láseres de onda-continua utilizan lámparas de criptón), que es económica. En los últimos años, impulsado por una disminución en el costo de los láseres semiconductores, ha surgido un nuevo tipo de tecnología láser: cristales láser bombeados por semiconductores (como YAG), que generan un rayo láser a una longitud de onda de 1064 nm. Estos sistemas se caracterizan por una vida útil operativa-libre de mantenimiento de 10 000 horas, un tamaño compacto y-a diferencia de los sistemas tradicionales-no requieren una infraestructura de refrigeración-a gran escala. Daheng Laser (China) fue pionero en el mercado nacional y desarrolló con éxito la primera máquina de marcado láser YVO4 bombeada por semiconductores-; Esta tecnología ha alcanzado un estándar internacional avanzado y desde entonces se ha convertido en un producto estandarizado y establecido.
4 Selección de máquinas de marcado láser
Los sistemas de marcado láser utilizan energía láser para crear marcas en un sustrato; sin embargo, los efectos reales producidos pueden variar drásticamente, dependiendo de factores como el tipo de láser empleado y las propiedades inherentes del material del sustrato. Por ejemplo, los láseres de CO2 de onda-continua suelen crear marcas mediante ablación de la superficie (grabado); los láseres de gas pulsados de presión atmosférica-excitados transversalmente (TEA) logran el marcado mediante carbonización; los láseres excimer se basan en reacciones fotoquímicas; mientras que los láseres Nd:YAG utilizan métodos de reacción termoquímica.
Cada aplicación específica presenta un conjunto único de requisitos de rendimiento; en consecuencia, la selección de un sistema láser no puede hacerse de forma arbitraria. Para los diseñadores de sistemas de marcado láser, el desafío crítico radica en seleccionar la longitud de onda láser y la configuración óptica más apropiadas para cualquier material de sustrato determinado para garantizar la creación de una marca ideal de alta-calidad. La clave para un marcado láser exitoso reside en la aplicación rigurosa de la metodología "6-Sigma". Por ejemplo, en el contexto del marcado de plástico, los diseñadores deben analizar minuciosamente tanto la composición química del material como su proceso de moldeo para garantizar una dispersión uniforme de los aditivos y facilitar la integración integral de tecnologías de control de calidad, como los sistemas de visión artificial.
Los sistemas láser-orientables de Nd:YAG y CO2 siguen siendo, hasta la fecha, las soluciones más ideales para aplicaciones de marcado láser. En la Figura 3 se puede encontrar una ilustración de la configuración física de una máquina de marcado láser Nd:YAG. Un sistema típico emplea un par de espejos de escaneo para dirigir el rayo láser, dirigiéndolo a través de un sistema de lente objetivo para enfocar con precisión la superficie objetivo; estos espejos ejecutan sus movimientos de escaneo en estricta conformidad con los comandos emitidos por la computadora de control. Otros láseres-como los láseres pulsados de gas a presión atmosférico-de excitación transversal-utilizan el marcado con máscara, mientras que los sistemas de marcado con láser de CO2-matriz de puntos también ocupan un lugar dentro de la industria del marcado.
