El objetivo principal del proyecto europeo Metamorpha es ahorrar una cantidad significativa de energía y recursos en la producción

Los rayos láser programables ahorran más de un 30% de energía

Redacción Interempresas28/12/2022

Hay una nueva cualidad en el procesamiento de materiales por láser: con un modulador de cristal líquido, el perfil del haz de un láser puede programarse libremente con alta resolución temporal, pero también dividirse en copias idénticas. Cuando esta cualidad se combina con la supervisión en línea del proceso y el control inteligente, la fabricación sin defectos podría hacerse realidad.

En el proyecto Metamorpha de la UE, los socios desarrollarán un sistema con todo lujo de detalles. El módulo se probará en tres aplicaciones con importantes socios industriales. El objetivo es lograr un ahorro energético de al menos el 30% en comparación con los procesos convencionales.

Con perfiles de haz adaptados y un enfoque multihaz, la potencia de los láseres USP puede utilizarse eficazmente. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania / Volker Lannert.

La tecnología: rápida, precisa y flexible

Con pulsos en el rango de pico o femtosegundos, los láseres de pulsos ultracortos (USP) pueden ablacionar incluso los materiales más duros y hacerlo con precisión micrométrica. Ahora que los láseres USP están disponibles con varios cientos de vatios de potencia de salida, la investigación y el desarrollo se centran en la cuestión de cómo “poner la potencia en el pavimento”.

El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT de Aquisgrán lleva años trabajando en esta cuestión. Además de varios láseres USP, el equipo del Fraunhofer ILT también dispone de los últimos moduladores de cristal líquido de alto rendimiento para la conformación del haz en el procesamiento de materiales por láser. Estos moduladores pueden tolerar hasta 150 vatios de potencia láser.

En el proyecto de la UE ‘Metamorpha - Micromecanizado a medida con haces láser adaptados en amplitud y fase’, se conectan dos de ellos en un módulo óptico. Este módulo puede conformar un perfil de haz de forma individual o como haz múltiple y es compatible con diversas máquinas, por ejemplo, máquinas de 3 ejes, máquinas de 5 ejes, tornos o rollo a rollo.

Con el aprendizaje automático a la producción sin defectos

Una gran ventaja de los moduladores de cristal líquido es su capacidad para cambiar la forma del haz más de 60 veces por segundo, lo que permite optimizar el proceso de mecanizado o incluso cambiar el proceso en un bucle de control cerrado. Para ello, el proceso se supervisa y regula continuamente con un sistema de control inteligente. Los parámetros y la estrategia del proceso se optimizan mediante machineelearning, cuyo objetivo es producir piezas totalmente libres de defectos. Tras la correspondiente fase de aprendizaje, también es posible simular procesos y predefinir los parámetros óptimos del proceso.

El objetivo principal del proyecto es ahorrar una cantidad significativa de energía y recursos en la producción. Esto interesa especialmente a los tres socios industriales Ceratizit, Thyssenkrupp y Philips. Todos ellos tienen procesos para los que el planteamiento de fabricación por láser previsto supondría un enorme avance hacia una producción sostenible y económica.

En Thyssenkrupp, el láser va a estructurar los rodillos de gofrado. Actualmente se procesan mediante mecanizado por descarga eléctrica, que consume más de 10 GWh al año, de los cuales se espera que el láser ahorre un 90%. Gracias a la reestructuración precisa de las superficies desgastadas con el láser, la vida útil de los rodillos de gofrado debería multiplicarse por diez.

Ceratizit tiene previsto utilizar el proceso basado en láser para fabricar punzones de carburo y matrices de estampación y para reacondicionar herramientas desgastadas. Una cadena de procesos fotónicos permitirá hacerlo de forma más rápida y económica. Y Philips quiere simplificar enormemente la fabricación de productos para el sector de consumo utilizando un cabezal de procesamiento láser universal.

En el proyecto Metamorpha, la conformación dinámica de haces para aplicaciones industriales se optimiza y se eleva así a un nuevo nivel. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania.

Proyecto europeo Metamorpha

Los socios del proyecto quieren aunar la tecnología láser más avanzada, los conocimientos sobre procesos y la experiencia en control para sustituir procesos establecidos como la erosión por chispa o el grabado químico húmedo y ahorrar así energía y recursos de forma significativa. El reprocesado de herramientas mediante el tratamiento de materiales por láser es también un paso importante hacia el uso sostenible de los recursos. Al final, la tecnología láser utilizada aquí contribuirá de forma significativa a proteger el medio ambiente y la salud. El proyecto comenzó el 1 de septiembre de 2022 y está financiado por la Unión Europea por un periodo de cuatro años.

Socios del proyecto