¿Qué pueden hacer los láseres con las fibras compuestas? Cortar, Marcar y Perforar

Láseres con fibras compuestas

Los composites son materiales creados en el laboratorio para obtener un producto con propiedades superiores. La mayoría de estas llamadas “fibras compuestas” pueden ser procesadas con el láser para realizar operaciones como corte, marcado y taladrado.

 

¿Qué son las fibras compuestas?

Los materiales compuestos se forman combinando dos o más materiales con diferentes propiedades para crear un nuevo material que tendrá propiedades superiores a las de sus componentes individuales.

Generalmente se añade una fibra a un material matriz. Un ejemplo de ello es el compuesto de fibra de carbono y resina epoxi en el que la primera se incorpora a la segunda.

 

La fibra de carbono es fuerte pero no lo suficientemente rígida, mientras que la resina epoxi carece de fuerza, pero la suma de estos dos elementos produce un material compuesto que es ligero y resistente al mismo tiempo.

 

Otro ejemplo en este sentido es una fibra compuesta que puede tener la propiedad única de ser muy rígida en una dirección y extremadamente flexible en otra dirección.

 

Los principales tipos de materiales compuestos que se pueden procesar con láser incluyen compuestos:

 

polímeros reforzados con fibra (FRP),

matriz metálica (MMC),

matriz cerámica (CMC).

Incluso dentro de la misma clase de composites, las características pueden variar considerablemente. Los diseñadores pueden variar la cantidad, forma, tamaño y orientación de los segundos materiales.

Los láseres te permiten trabajar con estos composites y, entre otras cosas, ofrecen una excelente opción con respecto a cómo cortar fibra de carbono o cortar fibra de vidrio.

 

Materiales compuestos de fibra de carbono

Procesamiento láser de fibras compuestas

Debido a su diseño, la estructura de la mayoría de los compuestos es menos uniforme que la de elementos como plásticos, metales, aleaciones metálicas y cerámicas.

Esta estructura desigual hace que los compuestos sean más propensos a sufrir daños durante el procesamiento que los materiales homogéneos.

 

La delaminación, la extracción de fibras, el troquelado, el daño por calor y el desgaste de la herramienta son generalmente las principales preocupaciones cuando se mecanizan compuestos con procesos de mecanizado convencionales.

 

Estos desafíos llevaron a los fabricantes a buscar formas de procesar compuestos de manera rentable sin dañarlos en el proceso, y el láser demostró ser la solución ideal.

 

Materiales compuestos cerámicos

El láser como solución

Hoy en día, se utilizan diversas fuentes de láser para el corte, la perforación y el marcado con láser de compuestos, incluidos los láseres de fibra, CO2 y láseres de pulso ultrarrápidos.

Cada material tiene características únicas que afectan la forma en que el rayo láser interactúa con él y, en consecuencia, el resultado final.

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En el caso de los composites, los tres principales procesos láser que se pueden realizar son los siguientes:

 

Corte por láser de composites. El corte de fibra de carbono u otros materiales compuestos se puede realizar ajustando la maquinaria a la longitud de onda adecuada. Con suficiente potencia, el láser no solo calentará el material hasta que se vaporice, sino que también le permitirá realizar un corte limpio y preciso, dejando un borde liso y limpio. Para compuestos orgánicos, se puede utilizar un láser de CO2 con una longitud de onda de 10,6 micras, mientras que para compuestos metálicos, el corte por láser se puede realizar con un láser de fibra con una longitud de onda de 1 micra.

Grabado y marcado láser de composites. El láser de CO2 se puede utilizar para eliminar con éxito una parte de la superficie de los materiales compuestos, creando así una incisión visible que le permite dibujar patrones e imágenes en el material o grabar información en él.

Perforación láser. Para realizar operaciones como taladrado, corte y grabado, la potencia del láser puede estar entre 25 y 1500 watts en el caso de composites de matriz orgánica como los laminados y entre 40 y 50 watts en el caso de composites de matriz metálica. En el primer caso se prefieren los láseres de CO2, mientras que en el segundo la elección recaerá en los láseres de fibra.

Para más información lea: Desde el Láser de C02 hasta el Láser de Fibra, descubrimos los tipos de láseres más populares

 

Objeto de fibra de carbono

Ventajas del procesamiento láser de materiales compuestos

Precisión del corte. Un ejemplo es el corte por láser de fibra de carbono que es extremadamente preciso y minimiza el daño en los bordes del elemento en comparación con lo que sucede con el corte mecánico tradicional. Además, no se requiere más procesamiento una vez que se completa el corte por láser.

Sin desgaste de herramientas. Los procesos tradicionales de mecanizado de composites generan un elevado desgaste de las herramientas y estos tienen un coste muy elevado. Un proceso de eliminación de material sin contacto, como el marcado láser, es una alternativa interesante y económica para algunas aplicaciones, como el corte y el grabado.

El material no está dañado. El procesamiento se lleva a cabo sin ningún contacto entre el láser y el material y de esta manera se evita cualquier riesgo de daño.

Máxima flexibilidad. El láser se puede configurar para realizar varias operaciones, como corte, marcado y perforación láser de precisión. Esto demuestra la extrema flexibilidad de esta tecnología que se puede aplicar a una gran variedad de fibras compuestas.

Campos de aplicación

Los láseres son una tecnología más que prometedora para la producción y el procesamiento de compuestos en la industria aeroespacial, mientras que el uso generalizado de compuestos poliméricos avanzados en esta industria está conduciendo a su mayor uso también en otros sectores, particularmente en la industria automotriz. , donde la reducción de peso es cada vez más importante.

Los compuestos son inherentemente no homogéneos, por lo tanto, sus propiedades físicas cambian significativamente en áreas muy pequeñas. En el caso del polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), el material compuesto más utilizado, las propiedades físicas de la fibra y la matriz son enormemente diferentes, ya que las fibras de carbono absorben todas las longitudes de onda de la luz de manera muy eficiente y conducen el calor muy rápidamente, mientras que la la matriz epoxi absorbe y conduce mucho menos bien.

 

La presión de la industria aeroespacial y del transporte está desplazando la industria de los composites hacia la producción de composites termoplásticos y las perspectivas en este campo para los láseres son aún más brillantes, dado que ya se utilizan para la consolidación de materiales.