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Inscripción Láser: Todo lo que tiene que saber

authorIcon By Jerome Landry on April 01, 2021 topicIcon Marcado láser

Debido a su velocidad y durabilidad, la inscripción con láser es el proceso que recomendamos para la mayoría de las aplicaciones de marcado.

A lo largo de los años, nos han hecho todo tipo de preguntas al respecto. Ya sea que desee saber cómo funciona, en qué se diferencia de otros procesos de marcado láser o cuánto cuesta, estamos seguros de que encontrará todo lo que necesita saber en este artículo.

¿Qué es la inscripción con láser?

La inscripción con láser es un proceso que crea marcas en piezas y productos al fundir su superficie. Es parte de la categoría más amplia denominada marcado láser que también incluye inscripción y recocido láser. Altamente versátil, se puede utilizar con la mayoría de los metales.

Para producir una marca en relieve, el rayo láser envía una gran cantidad de energía a un área pequeña. Como resultado, la superficie del material se funde y se expande. Esto puede colorear el material en negro, blanco o gris.

La inscripción se usa más comúnmente para producir marcas permanentes como códigos de matriz de datos, números de serie, códigos de barras y logotipos.

¿Cuándo se inventó la inscripción por láser?

Se desconoce la fecha en la que se inventó la inscripción con láser, pero sabemos que se informó que el grabado con láser se utilizó por primera vez en 1978. Dado que los dos procesos son muy similares (el grabado con láser implica cierto nivel de fusión), se puede decir que el origen de la inscripción con láser es lo mismo que el grabado láser.

A continuación, se mencionan algunos eventos clave que llevaron a la invención de la inscripción con láser tal como la conocemos el día de hoy:

  • 1917 – Albert Einstein teoriza que se puede hacer que los electrones emitan luz de una longitud de onda especifica en su artículo “Sobre la Teoría Cuántica de la Radiación”.
  • 1951 – Charles Hard Townes concibe el maser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación), el predecesor del láser (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación). En 1954, demostró que el maser fuciona con un dispositivo que emite una longitud de onda de ≈1 cm.
  • 1957 – Gordon Gould teoriza sobre el láser. Casi al mismo tiempo, en 1958, Townes publica un artículo que muestra que los máseres podrían operar en el espectro óptico e infrarojo. Esto conduce a largas disputas sobre patentes, y Gould sólo recibió patentes en 1977 y 1979. En 1988, recibe regalías por primera vez después de 30 años de disputas.
  • 1960 – Se construye el primer láser. Utiliza un cristal de rubí sintético (su elemento de desempeño) para amplificar la luz. 
    Esquema del primer láser de rubí. En el centro, se utiliza un cristal de rubí como medio de ganancia.
  • 1960 – Se genera el primer rayo continuo láser. Esta técnica se utiliza hoy en día para aplicaciones como soldadura y corte por láser.
  • 1962 – Se inventa la conmutación Q, una técnica para producir rayos láser pulsados, los haces pulsados alcanzan potencias máximas más altas que los haces continuos y se utilizan hoy en día para inscripción con láser, grabado con láser, así como para muchas otras aplicaciones industriales.
  • 1964 – Se inventa el láser Nd:YAG. En la fabricación actual, las variantes de este láser se utilizan para inscripción con láser, corte con láser y soldadura con láser.
  • 1964 – El láser de CO2 es inventado. Se utiliza para aplicaciones tales como marcado con láser y corte con láser.
  • 1978 – Se compra el primer láser, aunque en su forma primitiva, para inscribir. Se utiliza para crear obras de arte en madera.
  • 1996 – Se crea el primer software diseñado específicamente para láseres. Las computadoras eventualmente se integran directamente en las máquinas de grabado láser.

A partir de ese momento, la inscripción por láser y el grabado por láser comenzaron a utilizarse más ampliamente para inscribir artículos personales y para implementar la trazabilidad moderna en las líneas de producción.

¿Cómo funciona la inscripción con láser?

Todos los métodos de marcado láser tienen una cosa en común: el rayo láser se pulsa, liberando ráfagas repentinas de energía a intervalos específicos. En 1 segundo, un láser pulsado de 100 W puede liberar 100.000 pulsos. Cada pulso contiene 1 milijulio de energía y puede alcanzar los 10.000 W de potencia máxima.

Dado que inscribir un metal con láser requiere menos energía por área que grabarlo, los pulsos están más distantes entre sí, como se muestra a continuación.

 

Proceso de inscripción láser Proceso de grabado con láser
Círculos separados uniformemente que representan los pulsos láser para el grabado por láser. Los círculos son distantes en comparación con el grabado láser. Círculos separados uniformemente que representan los pulsos láser para el grabado láser. Los círculos están cerca en comparación con el grabado por láser.

Cuando el rayo golpea la superficie, el material absorbe su energía y la convierte en calor. Si bien la superficie del material refleja la mayor parte de la energía del haz, también absorbe y convierte parte de esa energía en calor. Para que se produzca la inscripción con láser, el material debe absorber la energía suficiente para derretir su micro superficie y hacer que se expanda.

Cuando la energía del rayo se transforma en calor, la temperatura del material aumenta. A un calor tan alto, la superficie se vuelve maleable, lo que permite que cambie su forma.

 

Punto de fusión de diferentes metales
Material Punto de fusión
Aluminio 6061 585°C
Aluminio 380 566°C
Acero carbonizado 1425—1540°C
Plomo 327.5°C
Magnesio 650°C
Acero Inoxidable Grado 304 1400—1450°C
Stainless Steel Grade 316 1375—1400°C

A medida que el material se derrite y se enfría en milisegundos, cambios localizados ocurren en la superficie. La rugosidad de la superficie cambia, creando marcas permanentes.

Cómo se ven los cambios en la rugosidad? Veamos imágenes ampliadas tomadas con un microscopio de electrones.

 

Previo al proceso de Inscripción Después del Proceso de Inscripción
El aluminio descubierto antes del proceso de grabado por láser, visto con un microscopio electrónico. La superficie es bastante lisa. Celdas de un código de matriz de datos grabadas en una superficie de aluminio, vistas con un microscopio electrónico. Una parte de la superficie muestra reflexiones difusas causadas por pequeños cambios en la rugosidad. Otra parte de la superficie muestra una absorción causada por cambios caóticos en la rugosidad.

Como puede ver, la rugosidad de la superficie se ve afectada permanentemente. Los cambios de color aparecen como resultado de diferentes patrones en la superficie. Para marcas de alta calidad, los colores blanco y negro ofrecen los mejores contrastes. Por supuesto, el proceso está optimizado para cada aplicación y, por lo tanto, es ligeramente diferente.

Si tiene requerimientos específicos, la mejor manera de averiguar cómo funciona el proceso de inscripción en específico es consultando a un experto.

Si desea explorar más a fondo la física detrás de la tecnología láser, tambien puede ver videos educacionales gratuitos producidos por MIT.

¿Cuál es la diferencia entre inscripción con láser y grabado con láser?

Un código de matriz de datos que se creó con un grabado láser, formando una marca con relieve. Un código de matriz de datos que se creó con un grabado láser, formando una marca profunda.
Inscripción Láser Grabado con Láser

La inscripción con láser es más rápida, pero el grabado con láser en más duradero. Esto se debe a que alcanzar el punto de fusión de un material (inscripción con láser) requiere menos energía que vaporizarlo (grabado con láser). El grabado láser profundo puede incluso requerir varias pasadas de láser e inevitablemente hasta más tiempo.

Por otro lado, los agujeros excavados con la grabación tienen más protección contra la abrasión que las marcas elevadas que se forman con la inscripción. De hecho, la inscripción elevada puede alcanzar hasta las 80 micras mientras la profundidad del grabado con láser puede alcanzar las 50 micras.

La inscripción con láser se destaca cuando se trata de crear marcas de alto contraste. Mientras que el grabado con láser solamente crea marcas negras, la inscripción con láser puede ser utilizado para crear marcas negras y blancas. Por esta razón, el grabado con láser se suele utilizar en combinación con la inscripción láser para crear grabados de alto contraste.

La inscripción es generalmente mejor que el grabado a menos a que se necesite una alta resistencia a la abrasión. Si aún no puede decidir cuál es mejor para usted, preparamos un artículo para ayudarlo a decidir entre inscripción y grabado. O puede preguntale a un experto en láser.

Mire este video para ver tanto el grabado con láser (marcas obscuras) y la inscripción con láser (marcas pálidas).


¿Es permanente la inscripción con láser?

Si, la inscripción con láser es permanente. Una marca inscrita con láser permanecerá legible durante la vida útil de la pieza con mejor legibilidad que otras tecnologías de marcado directo de piezas. De hecho, la inscripción con láser puede soportar tratamientos no abrasivos como el recubrimiento de pintura electrónica, recubrimiento en polvo y tratamiento térmico

Pero sepa que la inscripción con láser tiene sus limitantes. Tratamientos abrasivos tales como el granallado, y el desbaste con chorro de arena suelen eliminar las marcas inscritas con láser. Para mantener la legibilidad después de los tratamientos abrasivos debe marcar las piezas con grabado láser resistente al granallado.

¿Qué materiales pueden inscribirse con láser?

La inscripción con láser es un proceso versátil que puede ser utilizado en casi cualquier metal. La siguiente lista no es exhaustiva: 

Para información en marcado de diferentes materiales, contacte un experto en láser.

¿Qué colores pueden ser inscritos con Láser?

La inscripción con láser puede generar marcas negras, blancas y de diferentes tonos de gris. Para marcas de alta calidad y trazabilidad de piezas, el blanco y el negro ofrecen el mejor contraste. Aquí mencionamos cómo puede la inscripción con láser crear esos colores:

Reflejos difusos crean blanco Absorción crea negro

Las líneas muestran pequeños cambios en la rugosidad de la superficie, lo que provoca reflejos difusos, o reflejos de las líneas en todas las direcciones.

Donde la rugosidad de la superficie hace que los rayos de luz se reflejen en diferentes ángulos (es decir, reflejos difusos), la superficie parece blanca

Una línea representa un rayo de luz que queda atrapado en la rugosidad caótica de la superficie cuando se refleja en ella, creando el negro

Donde la rugosidad de la superficie hace que los rayos de luz queden atrapados (es decir, se absorban), la superficie aparece negra.

El recocido láser, un proceso de marcado diferente, puede crear una gama más amplia de colores en aceroacero inoxidable. Modulando los parámetros del láser, se pueden crear diferentes colores, como se muestra en las siguientes imágenes.

 

Ejemplos de colores creados con el recocido láser, mostrados en una matriz de color. Ejemplos de logotipos de colores creados para una demostración en un evento de Solutions Novika.

¿Qué tan rápida es la inscripción con láser?

El grabado láser es más del doble de rápido que el grabado y el recocido, lo que lo convierte en el proceso de marcado láser más rápido. Para aumentar la velocidad de grabado, puede utilizar sistemas con mayor potencia láser. Para la mayoría de las aplicaciones de marcado, la potencia máxima del láser que necesitará es de 100 W. Los láseres de mayor potencia también están disponibles si es necesario.

Un sistema de igual potencia puede grabar más rápido que otro si está construido con mejores componentes ópticos y tiene parámetros láser optimizados. Nuestra Series LXQ es un ejemplo típico de esto. Las pruebas de velocidad han demostrado que es el marcador láser para metales más rápido.

Aparte de eso, la velocidad de marcado también depende del tipo de material, el tamaño del identificador y sus colores (inscribir marcas blancas es más rápido que marcas negras). Los siguientes recursos le proporcionan ejemplos de velocidad de marcado:

¿Qué tipo de láseres pueden hacer inscripción con láser?

Solo los láseres de fibra pueden ser utilizados para inscribí con láser. Esto se debe a que la inscripción es un proceso que se utiliza con metales, que reaccionan mejor a los láseres de fibra. De hecho, el láser que necesita depende del tipo de material que desee inscribir, no de su proceso de marcado.

Pero ¿por qué exactamente necesita láseres de fibra para inscribir metales? Tenga paciencia, la respuesta es técnica.

Los láseres liberan energía al emitir rayos láser de longitudes de onda específicas. Cuando el rayo golpea la superficie, el material refleja la mayor parte de su energía. La energía restante se absorbe y se convierte en calor. Para la inscripción con láser, el material debe absorber la energía suficiente para fundirse.

Ahora, los láseres de fibra y CO2 generan diferentes longitudes de onda, y cada material absorbe / refleja estas longitudes de onda de manera diferente. Para maximizar la transferencia de energía del rayo láser al material, necesita la longitud de onda correcta.

Como puede ver en el siguiente gráfico, los metales absorben la longitud de onda del láser de fibra (1064 nm) de manera más eficiente que la del láser de CO2 (10,6 µm). Por esta razón, el láser de fibra (un tipo de láser de estado sólido) es una mejor opción para marcar metales.

Gráfico que muestra la tasa de absorción de los metales para un rango de longitudes de onda. Las longitudes de onda de los láseres de estado sólido (que incluyen los láseres de fibra) y los láseres de CO2 también se identifican en el gráfico. Algunos de los metales cuyo espectro de absorción se muestra son el aluminio, el acero y el hierro.

Original work published in Laser Focus World reprinted courtesy of Endeavor Business Media, LLC.

¿Cuánto cuesta una máquina de inscripción con láser?

Es difícil poner un precio que cubra todas las soluciones de grabado láser, especialmente porque el precio varía mucho de una empresa a otra. Pero podemos darle una idea de los costos involucrados.

El sistema láser en sí, no es tan caro, con precios más altos para aplicaciones de fabricación y precios más bajos para aplicaciones menos serias. El precio que paga también depende del nivel de automatización que necesite.

  • Los láseres de mesa o de escritorio son las soluciones menos costosas. Están destinados a las tiendas locales que desean grabar artículos personales como joyas, trofeos y armas. Debido a que el marcado no se realiza en un recinto, se requiere el uso de gafas de seguridad láser
  • Estaciones Manuales son más costosas que los láseres de mesa porque incluyen una carcasa de láser de clase 1 que mantiene al operador 100% seguro. Este tipo de láser es ideal para el marcado de lotes.
  • Estaciones de trabajo semi-automatizadas cuentan con una mesa giratoria que soporta al operador, permitiendo que la operación de marcado se realice en tiempo oculto. Este tipo de estación de trabajo se utiliza para el marcado láser en línea (el operador debe seguir el flujo de producción). También se utiliza para el marcado de lotes.
  • Máquinas láser completamente automatizadas son las soluciones más caras. Están destinados a integrarse en líneas de producción de gran volumen que utilizan robots o sistemas de transporte, como los que se encuentran en las plantas de fundición, plantas de fundición y líneas de montaje.

¿Qué es lo que hace que algunos láseres sean más caros?

Los ejemplos que se mencionan a continuación le ayudarán a comprender las diferencias de precio entre láseres de diferentes empresas.

  • Algunas máquinas láser no ofrecen protección ambiental, mientras que otras tienen clasificación IP, lo que ofrece protección contra el polvo, el agua y otros contaminantes que podrían dañar su sistema con el tiempo.
  • Algunos sistemas láser están hechos de componentes ópticos baratos que generan marcas de baja calidad. Otros láseres utilizan componentes de mayor calidad que mejoran la durabilidad, la velocidad, el contraste y la precisión.
  • Algunos láseres están encerrados en carcasas de plástico que pueden romperse fácilmente. Otros están encerrados en robustos marcos metálicos que resisten golpes directos y protegen los componentes internos.

Antes de comprar un láser, usted debería:

  • Platicar acerca de su aplicación con un experto en láser que puede orientarlo.
  • Preguntar cómo es que nuestro producto se diferencia del de nuestra competencia.
  • Solicitar una muestra marcada.

¿Cómo se implementa la inscripción con láser?

Para implementar la inscripción láser dentro y fuera de las líneas de produccion, Laserax le ofrece máquinas de marcado con láser (para soluciones estándard) y marcadoras láser OEM (para soluciones customizadas con integradores de sistemas).

Sabemos que cada Proyecto tiene requerimientos específicos. Si tiene alguna duda en cómo puede implementar la inscripción con láser, nosotros podemos ayudarle. Todo lo que tiene que hacer es preguntarle a nuestros expertos.

Háblenos de su applicación

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Jerome Landry

Trained in physics and physical engineering, Jerome has been working in the high-tech industry for more than 4 years. He is currently a technical sales specialist at Laserax. He has hands-on experience with laser processes and their interaction with materials, as well as with industrial traceability standards. This allows him to guide clients toward the best laser solution.