¿Qué es el marcado por láser?
Láser es el acrónimo de Amplificación de Luzpor Emisión Estimuladade Radiación. Un láser genera un haz de luz muy concentrado que se controla con precisión para grabar o marcar en casi cualquier material.
El marcado por láser es un proceso térmico que utiliza un rayo láser enfocado para alterar la superficie de un material. Dependiendo del material, su acabado superficial y la longitud de onda y potencia del láser, el rayo puede crear distintos tipos de marcas, como grabado, recocido o coloración. Como el láser modifica la propia superficie del material, la marca es resistente al desgaste, al calor y a los productos químicos, por lo que es ideal para entornos industriales.
Las marcas láser son limpias, precisas y permanentes. A diferencia de la impresión o el etiquetado, el láser no depende de tintas, cintas, productos químicos ni otros consumibles, por lo que ofrece una excelente rentabilidad de la inversión.
El marcado por láser permite a los fabricantes realizar un seguimiento de las piezas a través de la producción, garantizar la autenticidad y asegurar la identificación de por vida. Sectores como la automoción, la industria aeroespacial, los dispositivos médicos y la electrónica confían en el láser para etiquetar sus productos:
- Identificación de piezas, incluidos números de pieza, números de serie, códigos de barras y códigos QR
- Marcas como el logotipo, el nombre y la dirección de su empresa
- Información sobre el cumplimiento de la normativa
Cómo funcionan los sistemas de marcado láser
Los sistemas de marcado por láser crean marcas permanentes enfocando una luz muy concentrada sobre la superficie de un material. La energía del haz se absorbe y se convierte en calor, lo que altera la superficie mediante el grabado, el recocido o el cambio de color.
La ciencia detrás del rayo
Dentro de la fuente láser, se estimula un medio (como un cristal o un gas) para que libere fotones. Estos fotones desencadenan más emisiones de fotones, amplificando la luz dentro de una cavidad resonadora. Una vez que se acumula suficiente energía, el haz se emite como un único flujo de luz de alta energía. Dirigida a través de la óptica, la energía del haz interactúa con la superficie del material para crear una marca permanente.
El proceso
- La fuente láser genera un haz de luz con una longitud de onda y una potencia determinadas.
- Una configuración de espejos y lentes ópticas dirige y enfoca el haz para hacer marcas
- El software controla el contenido de la marca (texto, códigos de barras y gráficos), así como los ajustes que determinan la colocación y la profundidad de cada campo
Tipos de sistemas de marcado láser
1. Láseres planos
Los láseres planos, también llamados láseres plotter, utilizan un conjunto de espejos para enviar el haz láser directamente hacia abajo a través de una lente. Para dirigir el haz, un conjunto de dos espejos (espejos 2 y 3) y la lente sobre un pórtico se mueven al unísono en los ejes X/Y como una impresora plotter.
A medida que el espejo final (espejo 3) y la lente se mueven hacia delante y hacia atrás en el eje X, el láser marca el mensaje o la imagen línea a línea. Algunos láseres planos son capaces de marcar los contornos de texto y gráficos en estilo vectorial moviendo la lente en los ejes X e Y al mismo tiempo.
Los láseres planos son los mejores para:
- Marcado de grandes lotes de productos planos en una estación específica
- Aplicaciones de bajo volumen en las que no se requiere una impresión rápida
2. Láseres Galvo
Los láseres de doble galvanómetro (abreviado galvo) utilizan dos galvanómetros de espejo de precisión para dirigir el haz en cualquier ángulo dentro de la ventana de marcado del láser. Esto permite que el haz marque caracteres continuos de estilo vectorial con gran rapidez. El resultado son marcas suaves y de alta calidad sin el aspecto pixelado de los caracteres de tipo trama.
Los láseres Galvo son lo suficientemente rápidos como para utilizarlos en una línea de producción a medida que los materiales pasan por el cabezal de marcado. Cuando se utilizan en un recinto de Clase 1, las piezas individuales o las bandejas de piezas se marcan muy rápidamente para las necesidades de producción de gran volumen.
Los láseres galvo son los mejores para:
- Marcado y grabado de alta velocidad
- Marcado de piezas de diferentes alturas
- Marcado de piezas directamente en la línea de producción y comunicación con PLC o sistemas host
Elegir el láser adecuado
Hay varios factores a tener en cuenta a la hora de elegir el sistema láser adecuado para sus trabajos de marcado. En primer lugar, hay que conocer las características de los artículos que se van a marcar y, a continuación, los requisitos de marcado.
Longitudes de onda del láser
El marcado por láser puede realizarse con varios tipos de láser. Los más comunes son los láseres de gas, los láseres de estado sólido y los láseres de fibra. Cada tipo funciona de una forma única para generar un haz láser con una longitud de onda específica. Cada longitud de onda es adecuada para el marcado en materiales específicos porque los materiales absorben diferentes longitudes de onda de luz a diferentes velocidades.
Tabla de compatibilidad de materiales y longitudes de onda láser
| Tipo | Material | CO2 | YAG | Fibra, bajo consumo | Fibra, alto vatio |
|---|---|---|---|---|---|
| Metal | aluminio anodizado | ■ | ■ | ■ | |
| Metal | superficies metálicas bruñidas | ■ | ■ | ■ | |
| Metal | metales y aleaciones | ■ | ■ | ■ | |
| Metal | metales y aleaciones, alta temperatura | ■ | |||
| Metal | metales pintados | ■ | ■ | ■ | ■ |
| Plásticos | plásticos | ■ | ■ | ■ | ■ |
| Plásticos | policarbonato | ■ | ■ | ■ | ■ |
| Plásticos | silicona | ■ | ■ | ■ | ■ |
| Plásticos | plásticos transparentes | ■ | |||
| Organics | cerámica | ■ | ■ | ■ | ■ |
| Organics | vidrio | ■ | |||
| Organics | cuero | ■ | ■ | ■ | |
| Organics | papel | ■ | ■ | ||
| Organics | goma | ■ | ■ | ■ | |
| Organics | madera | ■ |
Potencia y velocidad del láser
La potencia (vatios) del láser es el nivel máximo de energía que el láser puede suministrar al proceso de marcado de materiales. La potencia del láser puede oscilar entre unos pocos vatios y más de 100 vatios. La potencia es uno de los factores clave que determinan la calidad de marcado de un láser y de un sistema láser. El nivel de potencia y la velocidad de marcado se pueden ajustar en la configuración del software del láser para controlar con precisión el marcado.
Gamas de potencia explicadas
- Baja potencia: Adecuada para plásticos, marcado ligero y aplicaciones que requieran detalles finos.
- Potencia media: Común para la mayoría del marcado de metales y grabado de profundidad moderada.
- Alta potencia: Se utiliza para grabado profundo, corte y aplicaciones de alta velocidad.
El rango de vataje y la velocidad de marcado lo determinan:
- Velocidad de marcado
Una mayor potencia en vatios significa que la máquina puede trabajar más rápido porque la potencia de energía suministrada es mayor: por tanto, una potencia en vatios elevada = mayor velocidad. - Profundidad de la marca
Un vataje alto produce marcas más profundas porque se produce más energía. Los vatios bajos son mejores para grabados poco profundos y materiales delicados. - Contraste de marcas
Aunque una potencia elevada puede crear una marca más oscura, también puede producir un calor excesivo y provocar quemaduras o deformaciones. - Eficacia
La longitud de onda del láser y las potencias que se ajustan al material son absorbidas más eficazmente por éste, lo que garantiza la máxima eficacia. - Precisión
Los vatajes bajos son mejores para los detalles finos, mientras que los altos son mejores para las marcas más grandes.
Métodos de marcado láser
Las distintas técnicas láser pueden dar resultados diferentes, en función del material, la profundidad y los requisitos específicos de la aplicación. Estos son los métodos más comunes:
Consideraciones materiales
Es esencial seleccionar la longitud de onda y la potencia del láser correctas para realizar la mejor marca en sus artículos. Además de la composición del material, hay varias características adicionales de un material que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el láser correcto. Además, se pueden utilizar determinadas técnicas y ajustes para conseguir grandes marcas. Deben tenerse en cuenta los siguientes atributos del material:
Color del material
El color afecta a la cantidad de energía láser que se absorbe:
- Los materiales oscuros absorben más luz y calor, por lo que son más fáciles de marcar con menos potencia.
- La luz o los materiales reflectantes pueden requerir una mayor potencia o una longitud de onda diferente para lograr el mismo resultado.
- Las superficies pintadas no suelen ser un problema, ya que el láser suele vaporizar la pintura para dejar al descubierto el material base.
- Los plásticos pueden incluir aditivos para garantizar un cambio de color al marcar, mejorando el contraste y la legibilidad.
Acabado de la superficie
El acabado de la superficie puede influir en la legibilidad y el contraste:
- Si el láser no crea un fuerte cambio de color, una superficie rugosa necesitará un grabado más profundo para una buena visibilidad.
- Una superficie lisa y mecanizada producirá excelentes resultados con un grabado muy superficial.
Conductividad térmica
Los materiales con alta conductividad térmica transfieren el calor fuera de la zona de marcado, lo que dificulta alcanzar la temperatura necesaria para el marcado:
- Los parámetros del láser deben ajustarse (mayor potencia, menor velocidad) para compensar este efecto de disipación térmica.
- El aluminio es un ejemplo común que requiere una atención especial.
Dureza del material
La dureza tiene un impacto mínimo en el marcado por láser. Un láser puede marcar acero endurecido con la misma facilidad que material sin tratar porque el proceso se basa en el calor, no en la fuerza física.
Reflectividad
Las superficies reflectantes pueden plantear problemas:
- La luz láser debe ser absorbida para crear calor.
- Los materiales altamente reflectantes pueden hacer rebotar la energía, lo que requiere ajustes en la potencia del láser, la frecuencia del pulso y la velocidad del haz.
- Para estos materiales suelen utilizarse láseres de fibra con longitudes de onda específicas.
Objetivos y enfoque
Cuando el haz láser sale del cabezal de marcado, pasa a través de una lente denominada lente F-theta que enfoca el haz hasta un pequeño punto adecuado para el marcado. Características importantes de cada lente F-theta:
Punto focal
El punto exacto en el que el haz se enfoca perfectamente para obtener la máxima densidad de energía.
Distancia focal (distancia de trabajo)
Distancia entre el objetivo y el punto focal. Cada objetivo tiene una distancia focal específica y fija que debe mantenerse para obtener un marcado de buena calidad.
Alcance focal
Pequeño intervalo por encima y por debajo del punto focal en el que el haz sigue suficientemente enfocado para un marcado eficaz.
Ventana de marcado
La superficie máxima que el láser puede marcar en un ciclo sin mover la pieza. Las ventanas de marcado más grandes requieren distancias focales más largas.
Cerramientos láser y clases de seguridad
Todos los láseres se clasifican en función de los peligros potenciales que presentan. Esta va desde la Clase 1, que supone el menor riesgo, hasta la Clase 4, que representa el mayor riesgo.
Cerramientos láser y clases de seguridad
- Los láseres de clase 1 y 1M se consideran seguros e incapaces de causar lesiones durante su funcionamiento normal. Estos láseres son dispositivos de baja potencia o haces de alta potencia con un sistema totalmente cerrado. Se pueden utilizar enclavamientos y una ventana de visualización para garantizar que los operadores no estén expuestos a ningún haz o radiación.
- Los láseres de clase 2 y 2M sólo emiten un máximo de 1 milivatio de luz visible y son seguros para la exposición incidental de los ojos durante ¼ de segundo. No se requiere EPI, pero mirar fijamente al haz podría causar daños.
- Los láseres de clase 3R Los láseres producen hasta 5 milivatios de radiación visible. La aversión ocular no es suficiente para evitar lesiones en la retina, y constituye un peligro importante si se utiliza con microscopios o instrumentos ópticos como prismáticos.
- Clase 3B suponen un claro peligro para los ojos y la piel. Estos láseres pueden tener longitudes de onda visibles e invisibles. Su funcionamiento requiere un acceso controlado y una protección ocular adecuada.
- Clase 4 Los láseres de clase 4 superan los 500 milivatios de potencia y suponen el mayor riesgo. Debido a su alta potencia, el rayo láser puede causar daños graves y permanentes en los ojos y la piel por exposición directa o reflejos. Deben utilizarse en una zona controlada con la señalización adecuada, EPI y la supervisión de un oficial de seguridad láser (LSO). Estos sistemas también constituyen un riesgo potencial de incendio.
La OSHA proporciona normas y buenas prácticas de seguridad láser más detalladas y explícitas.
Clases de sistemas láser Pannier
Extracción de humos
Los humos y vapores emitidos por los materiales obliterados y los revestimientos superficiales se consideran peligros no relacionados con el haz y se denominan contaminantes atmosféricos generados por láser (LGAC). La inhalación de estas partículas microscópicas constituye un riesgo respiratorio, aunque el material en sí no sea tóxico. Además, estos contaminantes pueden acumularse en el interior del sistema láser, lo que provoca daños, aumenta el riesgo de incendio y disminuye la calidad del marcado si no se extraen adecuadamente. Los sistemas de extracción de humos y ventilación son esenciales tanto para la salud del operario como para el rendimiento de la máquina.