Avances en tecnología láser industrial

Científicos japoneses desarrollaron un sistema de metrología para observar la interacción de láseres con materiales, capaz de mejorar la eficiencia del láser en manufactura. 

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Por: Vicente Aboites

Científicos japoneses desarrollaron un sistema de metrología para observar la interacción de láseres con materiales, capaz de mejorar la eficiencia del láser en manufactura. 

A pesar de los avances significativos en tecnología láser algunos problemas siguen presentes para mejorar la precisión y eficiencia de la interacción láser con materiales. 

Por primera vez un grupo de científicos e ingenieros japoneses desarrollaron un sistema de bajo costo que eficientemente permite resolver algunos de estos problemas (ver: Haruyuki Sakurai, Kuniaki Konishi, Hiroharu Tamaru, Junji Yumoto, Makoto Kuwata-Gonokami. Direct correlation of local fluence to single-pulse ultrashort laser ablated morphology. Communications Materials, 2021; 2 (1) ). Para determinar las características necesarias de un láser para aplicaciones industriales normalmente se requiere determinar la intensidad (Watts por metro cuadrado), perfil espacial del haz láser (que generalmente es algo con forma entre una campana gaussiana y una forma de sombrero “top hat”), y el perfil temporal (normalmente este perfil puede variar desde un perfil temporalmente continuo hasta un pulso gaussiano asimétrico, con tiempo de elevación mucho más corto que el tiempo de decaimiento), así como la frecuencia de repetición de los pulsos en el caso de láseres pulsados. 

Todos estos parámetros a su vez dependen del material utilizado y de la longitud de onda del láser (es decir: el color de la luz emitida por el láser, la cual puede variar del ultravioleta al infrarrojo).  Finalmente, también es importante determinar la velocidad óptima de movimiento entre el láser y el material a cortar, perforar o irradiar.

Desde el punto de vista de los ingenieros responsables de producción el problema no es sencillo y normalmente, antes de iniciar el proceso industrial automatizado en las plantas de manufactura, usualmente usando robots, se deben de realizar decenas o cientos de pruebas. Esto último es costoso y toma tiempo.

El profesor Junji Yumoto del Departamento de Física de la Universidad de Tokyo comenta que: “Hemos diseñado una nueva forma para determinar y predecir la profundidad del agujero producido utilizando pulsos láser a partir de una sola medición y no de decenas o cientos de observaciones, este resultado es un paso importante para mejorar la eficiencia de los procesos industriales”.

El problema consiste en determinar la profundidad de la perforación utilizando un mínimo de información.  Para esto es necesario conocer con mucha precisión la distribución geométrica de la irradiancia incidente del pulso láser. 

Normalmente esto requiere de equipo costoso que frecuentemente no tiene la resolución adecuada, pero gracias a los avances recientes en óptica y electrónica es posible ahora utilizar cámaras que permiten resolver el problema. Se realiza una medición de prueba sobre zafiro y posteriormente se utiliza un microscopio para determinar la forma del agujero producido. En seguida los dos resultados se sobreponen y utilizando métodos numéricos y sistemas computarizados para visión se puede determinar la relación entre la irradiancia y la profundidad del agujero. En realidad se extraen un cuarto de millón de datos a partir de una sola medición.

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