Tecnologías de prototipado rápido por láser utilizadas en la industria del automóvil

El prototipado rápido por láser se refiere al proceso de procesamiento de materiales mediante la interacción entre láseres y materiales de acuerdo con determinados requisitos. En los últimos 20 años, esta tecnología se ha extendido rápidamente a campos e industrias de alta tecnología y ha empezado a sustituir o transformar algunas industrias de procesamiento tradicionales, especialmente la automoción en los países desarrollados, donde el 50-70%-70% de las piezas se procesan con láser; la tecnología de fabricación por láser desempeña un papel fundamental en la mejora de los esfuerzos de investigación y desarrollo y los niveles de fabricación dentro de este sector.

Características de la tecnología de prototipado rápido por láser óptico

El láser es actualmente la principal fuente de luz utilizada en óptica tecnología de fabricación. Los haces láser de prototipado rápido poseen muchas características deseables, como la alta densidad de energía, la frecuencia monomodo y la direccionalidad, lo que confiere a la tecnología de fabricación óptica ventajas sobre otras técnicas más tradicionales.

O/Off Pulse Interval), lo que las hace ideales para el procesamiento automatizado y una alta eficiencia de producción en la fabricación a gran escala; sus materiales, formas, tamaños y entornos de procesamiento ofrecen una gran libertad; la contaminación acústica durante la producción es mínima debido a que no se liberan rayos ni residuos nocivos, con menos residuos de moldes y menores costes de fabricación como resultado.

Tipos de tecnología de fabricación ligera utilizados en la producción de automóviles

La tecnología de prototipado rápido por láser para la industria de la automoción puede dividirse en tres categorías distintas: procesamiento ligero "en frío", procesamiento en caliente y prototipado rápido.

1. Tecnología de tratamiento en frío

Las tecnologías de fabricación optoelectrónica que se corresponden con las técnicas convencionales de tratamiento en frío incluyen corte por lásertaladrado, marcado y corte.

El corte por láser ofrece cortes rápidos y precisos con superficies lisas y sin rebabas; sin necesidad de pasos de procesamiento posteriores; cortes estrechos sin tensiones mecánicas ni rebabas de cizallamiento en ellos; alta precisión de procesamiento y repetibilidad sin dañar las superficies de las piezas.

El taladrado láser es rápido y eficaz, ideal para el procesamiento de grandes volúmenes de agujeros en grupo; el taladrado láser consigue una relación profundidad-diámetro ideal y puede procesar muchos materiales, como materiales duros, quebradizos y blandos, así como pequeños agujeros en superficies inclinadas; además, es completamente limpio y no contamina durante su proceso de producción.

El marcaje láser de prototipado rápido es una solución de marcaje sin contacto eficaz y duradera, que ofrece velocidades rápidas y un marcaje duradero. Las máquinas láser pueden integrarse fácilmente en las líneas de montaje.

Corte por láser vs Láser CNC es un método de corte similar al fresado que emplea rayos láser para cortar material capa por capa.

2. Tecnología de procesamiento optotérmico

Las tecnologías de fabricación optoelectrónica que corresponden a las técnicas convencionales de tratamiento térmico incluyen la soldadura por láser, el refuerzo de superficies, el revestimiento por láser y la aleación.

La soldadura láser es el proceso de utilizar un rayo láser intenso para calentar localmente el metal que se está soldando por encima de su temperatura de fusión, creando una unión. Estos soldadores pueden soldar eficazmente metales de alto punto de fusión, no metales, materiales compuestos y otros materiales especiales; así como materiales disímiles o estructuras especiales.

Sus soldaduras tienen un eficaz efecto de "autodepuración" y una alta calidad de soldadura. La soldadura láser de prototipado rápido ofrece uniones precisas sin metal de aportación, gracias a su sistema de guía de luz y a los múltiples dispositivos que forman un sistema de procesamiento flexible con un alto grado de automatización y eficiencia de producción. La soldadura láser destaca entre los métodos de soldadura por haz de alta energía, ya que su característica distintiva es que no necesita cámaras de vacío y no produce rayos X durante la producción.

Las técnicas de endurecimiento superficial por láser se clasifican en dos categorías: endurecimiento por transformación láser y endurecimiento por fusión láser. El endurecimiento por transformación láser (o temple láser), más comúnmente conocido como temple láser rápido, consiste en escanear rápidamente una pieza con un haz láser de energía para elevar su temperatura por encima de su punto de transición de fase a gran velocidad.

Después de salir de una zona irradiada, debido a la conducción térmica, el sustrato frío se enfría y se somete a un enfriamiento por autoenfriamiento para un enfriamiento por autoendurecimiento; el resultado son estructuras de capas endurecidas más finas y una mayor dureza que con los métodos de enfriamiento convencionales. El endurecimiento por fusión láser funciona de forma similar, salvo que el calor de un calentador láser calienta la superficie del material a una temperatura elevada creando capas endurecidas por llama de grano fino en las superficies de las piezas finales.

El revestimiento por láser es un proceso en el que se utilizan rayos láser de alta energía para irradiar materiales que se fundirán y adherirán rápidamente a la superficie de su sustrato, produciendo un revestimiento de aleación de composición y propiedades únicas que se adhiere metalúrgicamente a él.

3. Tecnologías de prototipado rápido con materiales ligeros

La tecnología de prototipado rápido funciona según el principio de que los rayos láser solidifican el material de moldeo capa a capa bajo control informático, utilizando datos sobre su modelo de diseño o pieza para guiar este proceso, por ejemplo, datos CAD. Construcción de modelos tridimensionales utilizando puntos y líneas como material de construcción; a continuación, apilamiento de este superficie con precisión para formar modelos sólidos tridimensionales o piezas.

La tecnología de prototipado rápido por láser es un enfoque técnico eficiente y eficaz para la ingeniería concurrente y la fabricación ágil que puede acortar drásticamente los ciclos de desarrollo de productos, reducir los costes asociados a la creación de productos, producir productos adaptables que se adaptan rápidamente a los cambios del mercado, así como fabricar rápidamente productos con una mayor competitividad en el mercado. La creación rápida de prototipos ofrece importantes ahorros de costes con respecto a los métodos tradicionales de diseño de productos y también ha demostrado ser beneficiosa cuando se utiliza simultáneamente con estrategias de fabricación ágil.

Al entrar en el nuevo siglo, la producción de automóviles está entrando en una era de producción ajustada que puede satisfacer eficazmente las necesidades de los usuarios. La producción de automóviles se ha convertido en un método de producción modular adaptable y en la actualidad se están implantando tecnologías de automoción de alta tecnología.

La tecnología automovilística está experimentando actualmente una evolución desde la mecánica tradicional a la tecnología de fabricación avanzada de prototipado rápido por láser, en la que la fabricación ligera aporta vitalidad al desarrollo y la producción de automóviles. Es probable que la tecnología de fabricación ligera se convierta en un pilar de los procesos de producción de automóviles modernos en este siglo, convirtiéndose en un método de procesamiento indispensable.