En la Feria JEC World Composite el Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT presentó las últimas tendencias e innovaciones en mecanizado láser de composites. En el stand compartido con el Aachen Center for Integrative Lightweight Production (AZL), los investigadores hicieron demostraciones del uso de láseres para unir, estructurar, cortar y perforar materiales compuestos.
El sector automovilístico es el que ha despertado entre el público un mayor interés por los materiales compuestos (composites). No hay que olvidar que esta industria —junto con el sector aeroespacial— es un motor de innovación y crecimiento. Los composites también están adquiriendo una importancia creciente en otros sectores. No obstante, todos los usuarios se enfrentan al mismo problema: cómo encontrar métodos de procesamiento idóneos para sus productos.
Figura 1: unión láser de FRP y uniones híbridas entre FRP y metal. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania.
Los láseres transforman el conjunto de la cadena de proceso
Los láseres resultan adecuados para aplicaciones de soldadura, corte, ablación, perforación, tendido de cintas termoplásticas, etc. En todas ellas, los láseres compiten con los procesos clásicos. El Dr. Ing. Alexander Olowinsky, director del Grupo de Microunión del Fraunhofer ILT, Aquisgrán, afirma: “En las actividades de corte y perforación, normalmente se emplean técnicas mecánicas como fresado, serrado o corte con chorro de agua. Para unir materiales, la unión adhesiva es el método preferido”.
Sin embargo, el cambio a los láseres implica una transformación a un proceso de fabricación completamente diferente. Las empresas sin experiencia previa deben buscar el asesoramiento de expertos y definir con la máxima precisión sus requisitos para el componente composite. Esto dará lugar a diversas opciones, que abarcan desde procesos de bajo coste, aunque de calidad inferior, a tecnologías más lentas y costosas que, a cambio, proporcionan mayor calidad.
El control del proceso es fundamental
Todos los procesos tienen un denominador común: la calidad y la eficiencia dependen del control del proceso. En este sentido, los científicos del ILT trabajan en varias líneas. Christoph Engelmann, responsable del equipo de Procesamiento de Polímeros, ofrece diversos ejemplos: “En la soldadura, es importante monitorizar la temperatura constantemente, debido a la descomposición. En cambio, en las aplicaciones de corte, utilizamos sensores de tomografía de coherencia óptica (OCT) especiales, que nos permitan determinar y regular la distancia entre el cabezal de corte y la pieza de trabajo”. Otro aspecto adicional es que ya no basta con limitarse a monitorizar y regular un proceso. Los fabricantes de componentes híbridos no pueden basarse en muestras aleatorias, sino que deben documentar el proceso de fabricación completo. La accesibilidad visual de la tecnología láser permite a los fabricantes elaborar la documentación de producción requerida. La tecnología de unión es un excelente ejemplo de ello. Los láseres transforman completamente la cadena de proceso y todos sus pasos preparatorios.
Figura 2: sistema de texturación con láser de alta velocidad para uniones de plástico y metal. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania.
Por ejemplo, la unión láser elimina algunas desventajas típicas, como el prolongado tiempo de curado de los adhesivos. Según el Dr. Olowinsky, “si nos limitamos a comparar la unión con adhesivo (supuestamente más económica) con el proceso de unión por láser, estaríamos pasando por alto los pasos anteriores y posteriores del proceso. Por este motivo, en París queremos animar a los responsables de la toma de decisiones y a los desarrolladores a ver el proceso completo, de forma integral”.
Gracias a la amplia diversidad de fuentes de haz disponibles en la actualidad, los métodos de trabajo han cambiado. Según el Dr. Olowinsky, “En la actualidad, podemos modificar la longitud de onda de los láseres para adaptarla al material. Antes, el proceso era a la inversa. Este es el cambio de paradigma fundamental en la soldadura de plásticos”.
En el stand conjunto, los investigadores presentaron también nuevos desarrollos en corte y perforación con láser. El desafío en este ámbito consiste en minimizar la interacción entre el láser y los materiales compuestos. En esta línea, el Fraunhofer ILT trabaja con láseres pulsados y radiación CW con deflexión muy rápida, ya que penetra más profundamente en el material después de varios barridos. Esto mismo es aplicable a la perforación láser, que los investigadores de Aquisgrán utilizan de forma práctica para cortar contornos de revolución completa en piezas en bruto.
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“El número de visitantes que acudieron y la valoración positiva de los expositores nos demostró que el sector del metal y de la máquina-herramienta necesitaba otra feria en la Península en los años impares”
