Marcado por láser: información obtenida a partir de papers (RG y Science Direct)
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas
Condiciones de proceso 1) Leone ; AISI 304 stainless steel marking by a Q-switched diode pumped Nd:YAG laser ; 2010 Excelente
Acero inoxidable AISI 304 (2mm de espesor) Visibilidad del marcado = f (frecuencia del pulso f; velocidad de scaneado V e
intensidad de corriente I).
Q-switch diode pumped Nd:YAG, con dos espejos galvanométricos.
La mejor visibilidad se obtuvo a bajas velocidad de scaneado e intensidad de corriente. Se evaluaron el ancho de trazo w, la rugosidad total Rt y el índice de contraste C.
Marcado: pulso corto y ultracorto (ns to fs). Pequeñas mejoran la absorción, y reducen el spot. Pulsos cortos disminuyen la ZAT.
=1064nm ; duración de pulso de 150ns ; f de hasta 35kHz; energía de un pulso de hasta 4,5mJ; y diámetro de enfoque de 150m. I = 35A y 45A V = 50, 100 y 200mm/s F = 1 a 30kHz Líneas de 50mm x 5 repeticiones Imágenes
(a) f=2kHz ; V=200mm/s ; I=45A (b) f=6kHz ; V=200mm/s ; I=45A (c) f=6kHz ; V=50mm/s ; I=45ª Conclusiones:
- Los máximos de la rugosidad y el índice de contraste se alcanzaron en similares condiciones. Esto es, hay una dependencia entre ellos.
- El ancho del marcado presentó una variación muy poco significativa cuando se variaron ampliamente f, V e I. - Los mejores índices de contraste se alcanzaron a f relativamente bajas.
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 2) Veiko; Development of complete color palette based on spectrophotometric measurements of steel oxidation results for enhancement of color laser marking technology; 2016 AISI 304 en placas de 50x50mm y 0,5mm de espesor. Coloración de metales por oxidación superficial. El objetivo fue
establecer una paleta completa de colores (Color Laser Marking =CLM).
Láser en fibra de Yb Marcado: ultracorto (ns). Lásers de estado sólido y en fibra =1064nm ; duración de pulso de 100ns ; y diámetro de enfoque de 50m. I = 0,85 a 2,9x107W/cm2 V = 1 a 250mm/s F = 20 a 99kHz
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Condiciones de proceso 3) Rusu; Titanium alloy nanosecond vs. femtosecond laser marking; 2012 1%Al + Titanio Es un material nuevo pero usado en muchos campos.
Femto laser frente al nano laser mas
comercial.
Láser Nd:YAG Para garantizar la trazabilidad de productos se usan grabados por ns laser.
Un láser fs puede mejorar más aún su calidad visual y de precisión.
Líneas de 10mm de longitud separadas al menos 6 veces el diámetro de spot.
Las condiciones de proceso fueron las siguientes:
¿Qué se pudo observar por SEM?
Conclusiones:
a) Nanosegundo
- La profundidad del marcado depende de la potencia del haz.
- La calidad del marcado y su legibilidad dependen del diámetro del spot y la velocidad de escaneado. b) Femtosegundo
- La morfología cambia completamente. Bordes muy definidos, y mayor constancia en la profundidad. - A pesar de sus marcadas mejoras, su mayor costo limita sus aplicaciones.
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Condiciones de proceso 4) Amara;
Experimental investigations on fiber laser color marking of steels; 2015
4 distintos aceros inoxidables al Cr y al Cr-Ni
Color marking por formación de óxidos.
Láser Yb en fibra con dos espejos movidos en forma galvanométrica
Ver tabla más abajo
Aplicación localizada.
Hay dos métodos de marcado: 1) con máscara (requiere de una fuente de elevada energía); y 2) desplazar el haz sobre la superficie a grabar mediante 2 lentes galvanométricas. Las ppales condiciones de proceso son: potencia del haz, velocidad de escaneado, frecuencia del haz, diámetro del spot.
=1064nm ; duración de pulso de 100ns ; f de 20 a 100kHz; energía de un pulso de hasta 0,1 a 1mJ; potencia máx = 20W
Conclusiones:
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 5) Mishra ; A laser beam micromachining: a review ; 2015 Ojo, en este trabajo prácticamente no se menciona el grabado, aunque sí es una fuente de información interesante para ampliar el curso de Giampaolo.
El uso de lásers de pulso corto y ultracorto es una tecnología emergente.
Se pueden realizar distintos tipos de
procesos, sobre una diversidad de materiales, con daños colaterales pequeños o inexistentes. La ventaja de usar un láser como fuente de energía calórica en el procesamiento de
materiales radica en el preciso control de esta energía.
Long pulses en corte y agujereado.
En trabajos con pulso corto o ultracorto, el resultado depende de la calidad del haz (M2=1); de la longitud de onda y el número de
lentes usadas para el enfocado. Uno de los lásers usados para
microfabricación: en fibra, =1064nm, 100ns y 20 a 50Hz.
El galvanómetro se encarga del guiado del haz. Con pulsos ultracortos el ancho de la zona grabada puede ser incluso menor que el láser spot diameter.
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 6) Antonczak; Laser-induced colour marking— Sensitivity scaling for a stainless steel; 2013 AISI 304. Muestras 100x100mm de 0,6mm – 0,8mm y 1mm de espesor. Se quiere analizar como
influyen distintas variables de proceso sobre el color
(potencia, frecuencia de pulso, velocidad de escaneo, espaciado entre líneas, espesor y temperatura del material, etc).
Láser en fibra comercial de Yb.
20W de potencia ; M2=1.5 ; =1062nm ; 100ns ; f = 20 – 100 kHz ; spot = 40m
Con galvanometric scan mirrors.
Existen dos métodos de coloreado por láser: 1) constituir un film de óxido superficial transparente o semi y (el índice de refracción de la luz sobre el óxido da el color) y 2) formar una estructura superficial periódica usando láser ps o fs.
Todavía es difícil obtener repetibilidad en los colores porque no esta clara la influencia de las distintas variables.
Las condiciones de los ensayos fueron:
Conclusiones:
- A medida que baja la frecuencia el color se acentúa (es más saturado).
- La potencia, velocidad de escaneado y la distancia focal resultaron las variables de mayor influencia sobre la repetibilidad del color (modifican la densidad de potencia).
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 7) Adams; Nanosecond pulsed laser irradiation of titanium: Oxide growth and effects on underlying metal; 2014 Titanio grado 2
Obtener capas de distintos óxidos de Ti, con irradiación en aire.
Láser en fibra pulsado ns con =1064nm, 225Khz, 119ns.
Las condiciones ambientales afectan la estabilidad del proceso.
Humedad relativa 30% Potencia usada 6,6W
Conclusiones:
- Irradiando titanio con láser en aire se pueden obtener una variedad de coloraciones modificando las condiciones de proceso.
- El “recubrimiento” producido estuvo oralmente constituido por 3 capas: una muy delgada superficial de dióxido de Ti, la segunda de óxido de Ti, mientras que la más interna es una mezcla homogénea de Ti, O y N.
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 8) Ionin ; Femtosecond laser color marking of metal and semiconductor surfaces; 2012 Al, Cu y Ti Fs láser
Color con nivel de brillo controlable
Ps y fs láser son interesantes para el coloreado de superficies por oxidación
Autor ; Titulo ; Año Material / Objetivos Tipo de láser / Resultados Algunas ideas Condiciones de proceso 9) Veiko; Controlled oxide films formation by nanosecond laser pulses for color marking; 2014 AISI 304 Titanio grado 2 Muestras de 50x50mm de 0,7mm y 1mm de espesor.
Láser en fibra de Yb ns Cuando se usan lásers de fibra o Nd:YAG el proceso de coloración lo gobierna la formación de óxido. Para el uso industrial de marcado son los más apropiados.
=1064nm ; duración de pulso de 100ns ; y diámetro de enfoque de 50m.
I = 0,85 a 2,9x107W/cm2 V = 1 a 250mm/s
F = 20 a 99kHz
Conclusiones finales
Las características ppales del Hans Láser propuesto por la firma Sierra son las siguientes: - Láser en fibra de Yb nanopulsado
- Modelo YLP-H20 específico para operaciones de grabado - Potencia máxima de 20W con fuente IPG
- Longitud de onda =1064nm - Frecuencia f = 20 a 200kHz
- Velocidad de escaneado 7000mm/s - Duración del pulso = 100 a 120 ns
Según se desprende las 9 publicaciones analizadas, este tipo de láser nanopulsado es el más usado en la actualidad por la industria para realizar las operaciones de grabado, básicamente por razones de costo. Está claro que con un láser picopulsado o femtopulsado se pueden obtener marcados de mejor calidad, aunque a un costo más alto.
Simplemente basta repasar las condiciones operativas de la mayoría de los papers analizados, y verán que son muy similares a las del equipo que nos sugiere Sierra.
