BUELTATU

ESPEZIALISTAREN IKUSPEGIA

Laser teknologia: ezinbesteko bektorea fabrikazio aurreratuan

Espezialistaren ikuspegia:
David Gómez, IK4-TEKNIKER-en Laser for Manufacturing Lab-eko zuzendaria

Egun, industrian lana errazten duten teknologia garrantzitsuenetako bat da laserra, eta nabarmen laguntzen du 4.0 Industria delakoa garatzen. Laser teknologiaren garapenean ibilbide luzea egin ondoren, IK4-TEKNIKER-ek “Laser for Manufacturing Lab” sortu du, laser teknologiaren inguruko irtenbide globalak eskaintzen dituena fabrikazio aurreratuan, ikuspegi integral batetik.

1960an abiarazi zen eta “arazo baten bila zebilen konponbidea” zela esan ohi zen. Harrezkero, laser teknologia etengabe garatu da, eta gero eta sektore, ekoizpen arlo eta zientzia-alor gehiagotan erabiltzen da.

Laserra egunero egiten ditugun ekintzetan erabiltzen da, hala nola, barra-kodeak irakurtzeko, dokumentuak inprimatzeko edo Interneten nabigatzeko. Alabaina, osasun-zientzietan ere sarritan erabiltzen da teknologia hau, adibidez, miopia zuzentzeko edo tratamendu dermatologikoetan.

Eta manufacturing-aren arloa ez da salbuespena, izan ere, laserra funtsezkoa bilakatu da metrologiarako, inspekzioak egiteko, monitorizatzeko edo materialak prozesatzeko.

80ko eta 90eko hamarkadetan erabiltzen hasi zenetik, laser erradiazioko iturri berriak garatu dira (adibidez, zuntz teknologia) eta puntako potentzia eta energien erabilera nabarmen hazi da; hori dela eta, prestazio altuko laser gailu berriak sortu dira. Eta horrez gain, kostua ere asko murriztu da sistema hauekin, luzaro erabil daitezke eta. Nabarmentzekoak dira diodo bidezko laserrak. Haiei buruz hitz egitean, “Moore-en legea” erabili ohi da, bai potentzia handitzeari bai kostuak murrizteari dagokionez.

Horregatik guztiagatik, industrian lana errazten duten teknologia garrantzitsuenetako bat da laserra, eta nabarmen laguntzen du laugarren iraultza industriala edo 4.0 Industria garatzen.

Alde batetik, laser teknologiak orain arte erabilitako prozesu batzuk ordezkatuko dituela aurreikusten da, eta bestetik, laserrak ekoizpen-prozesu berriak sortu ditu, horien artean metalen fabrikazio gehigarria.

Prozesu industrial, eraginkor, malgu eta produktiboagoak

Laser teknologian oinarritutako prozesuek ezin hobeto erantzuten diete 4.0 Industriaren eskakizunei; ekoizpena pertsonalizatu eta malgutzeaz gain, bizi-zikloak murriztu egiten dira, produktibitatea areagotzen da eta jasangarritasuna hobetzen da.

Laser bidezko prozesuak erraz digitalizatu ahal dira, batez ere ezinbesteko parametroak kontrolatzea ahalbidetzen duelako (abiadura, sortaren tamaina eta forma, pultsu bidezko energia eta potentzia).

Horri esker, laser-iturri bakar bat hainbat prozesu desberdinetan erabil daiteke, hala nola, ebaketan, soldaduran eta cladding delakoan. Horrez gain, teknologia honen ezaugarriak direla eta, oso erraz egokitu daiteke diseinuak azkar aldatzeko eta prozesu bakar baten barruan produktuak pertsonalizatzeko.

Azpimarratzekoa da baita ere egun laserrek lortzen duten batez besteko potentzia handitu egin dela eta sorta tratatzeko teknikak garatu egin direla (ugaritzea, bihurtzea eta egokitzea); bi faktore horiei esker, produktibitatea gero eta handiagoa da eta orain arte errentagarriak ez ziren egitura konplexuak fabrikatu ahal dira. Zentzu horretan, adibide bikaina dugu aeronautikan, alegia, gainazal handien mikrozulaketan; zulaketa abiadura handian egitean, jario laminarra kontrolatzeko egitura hibridoak garatu ahal dira (HLFC ingelesez).

Amaitzeko, makinak eta bukatutako piezak neurtzeko eta kalibratzeko tresna ezin hobea da laserra, bai eta prozesua bera monitorizatzeko eta ikuskatzeko ere, ez baita kontaktu zuzenik behar. Zentzu horretan, multilaterazio interferometrikoko teknika modernoei esker, adibidez, makina-erreminta baten geometria egiaztatu daiteke automatikoki, lan bolumen osoa hartuta, denbora gutxian eta ia-ia pertsonek esku hartu beharrik gabe.

Material metalikoen fabrikazio gehigarria eta 3D inprimaketa

Fabrikazio gehigarriko teknikak garatzea funtsezkoa da 4.0 Industrian, izan ere, osagaiak modu azkar, malgu eta zehatzagoan lortzen laguntzen dute zenbait arlotan.

Alabaina, plastikozko prototipoak egiteko erabili dira batez ere teknologia hauek; hori dela eta, sarritan “prototipo azkarra” deiturikoarekin lotzen da fabrikazio gehigarria. Kasu askotan, prozesu hauek fabrikazio aurreratuko egoera errealetara eraman ahal izateko, propietate mekaniko eta termiko egokiak dituzten materialak behar dira, hortaz, material metalikoak erabili behar dira. Gauzak horrela, pieza metalikoak lortzea gertaera garrantzitsua da ekoizpen-prozesuetan fabrikazio gehigarria erabiltzen hasteari begira.

Gaur egun, laser teknologiak fabrikazio gehigarriko bi metodo nagusiak ahalbidetzen ditu metalaren arloan: laser bidezko fusio selektiboa (SLM, Selective Laser Melting) eta laser bidezko jalkitze zuzena (LMD, Laser Metal Deposition).

Lehen kasuan, geruzaz geruza sortzen da pieza, hauts eran dagoen material metalikozko geruza baten gainean. Geruza bakoitzaren lodierak (normalean, mikrometro hamarrekotan) eta fusioan erabilitako laserraren parametroek eta kalitateak adierazten dute piezaren kalitatea.

Laser bidezko jalkitze zuzenaren (LMD) kasuan, berriz, hauts metalikoa (LMD hauts bidez) edo hari metalikoa (LMD hari bidez) injektatzen da potentzia handiko laser baten fokalizazio planoan, eta materiala zuzenean fusionatzen da hautatutako gainazalean.

LMD teknologiaren abantaila nagusia zera da: fabrikazio gehigarria ahalbidetzen du geometria konplexuko gainazalen gainean, eta batzuetan aurrez beste teknologien bitartez fabrikatutako piezen gainean ere bai.

Gainera, fabrikatutako piezen tamaina makinaren mugitzeko gaitasunak mugatzen du soilik, beraz, tamaina handiko piezak (>1m3) fabrikatu ahal dira jalkitze abiadura handian (>2Kg/ordu). Oro har, gainazalaren akabera hobetua eskatzen den kasuetan, fabrikazio honek mekanizazioa behar du amaieran.

Piezaren akabera ona eskatzen denean, LMD bidezko fabrikazioak beste tratamendu mekanizatu bat behar du gero; ez da oso konplexua eta denbora gutxi behar da.

LMD: hauts eta hari metaliko bidezko injekzioa

Gaur egun, hauts eta hari-injekzio bidezko LMD teknologiak parekatuta daude industrian, horietako bakoitza kasu desberdinetan aplikatzen baita. Hautsa maizago erabiltzen da prozesuan eta teknologia garatuago dago, ez baita hain konplexua eta materialak lortzea errazagoa baita. Hori dela eta, sendotzeko prozesuetan eta konponketetan erabili ohi da.

Hala ere, diseinatutako buru berriek eta hari erako materialek abantaila ugari dituzte, besteak beste, jaulkitako materia ia-ia osorik erabiltzea, abiadura handiagoan jaulkitzea, prozesuak mekanizazio eta fabrikazio gehigarriko metodo hibridoetara moldatzeko duen gaitasuna eta lan-giro osasuntsuagoa.

Prozesua kontrolatzearen garrantzia

Horrez gain, azpimarratu behar da fabrikazio prozesu hauek kontrolatzea oso garrantzitsua dela, izan ere, horietan erabakitzen dira piezen egiturazko ezaugarriak eta ezaugarri mekanikoak. Era berean, karakterizazio sakona behar da (egiturazkoa, kimikoa, mekanikoa eta abar) prozesu osoan zehar, hasierako materialetik hasita pieza amaitu arte. Argi dago alderdi horiek guztiz garrantzitsuak direla teknologia hauen bidez fabrikatutako produktuak ziurtatzeko eta onartuak izateko.

Orain arte laser bidezko fabrikazioko prozesuei buruz aipatutakoaz gain, gero eta prozesu bizkor, fidagarri eta seguruagoak lortzen lagundu dezaketen iturriak, osagaiak eta ekipamenduak diseinatzeko eta fabrikatzeko joera dago. Ildo horretan, diseinu berriak prestatu eta osagai txikiak garatzeaz gain, ekipamendu konplexuak fabrikatu nahi dira.

Beraz, laburbilduz, laser teknologiaren egungo egoera ikusita, funtsezko bektorea izan behar da 4.0 Industriak eskatzen dituen fabrikazio aurreratuko prozesuak garatzeko, eta prozesu tradizionalen (ebaketa, soldadura, mekanizazioa, tratamendu termikoak eta abar) osagarri izan behar da.

Horrez gain, teknika honi esker fabrikazio prozesu berriak ager daitezke metalen fabrikazio gehigarriaren arloan.

Laser for Manufacturing Lab

Joera horren jakitun, ia 20 urtez laser teknologiaren garapenean jardun ondoren eta eskakizun horiei erantzute aldera, IK4-TEKNIKER-ek “Laser for Manufacturing Lab” sortu du, laser-teknologietan oinarritzen den irtenbide orokorrak ematen dituena, fabrikazio aurreratuari aplikatzeko ikuspegi integral batetik: fabrikazio-prozesuak (hari bidezko LMD metodoan espezializatuak), ekipamenduen eta osagaien diseinua eta fabrikazioa; fabrikazio gehigarria; ikuskapena eta neurketa.

Industriara gehiago eta hobeto iristeko bitartekoa da Laser for Manufacturing Lab, bai eta ekoizpen aurreratuaren premia zehatzak laser-teknologiak ematen dituen aukeren bidez konpontzeko bitartekoa izan ere, teknologia honi eta horren ezarpenari buruzko 360º-ko ikuspegia ematen baitu. Gainera, ezagutza eta ekipamendu propioei esker, prozesu osoa kontrola dezakeela bermatzen du, eta horrek bukatutako piezen egiturazko ezaugarriak eta ezaugarri mekanikoak biltzen ditu.

Azken batean, IK4-TEKNIKERek eremu horretan garatu dituen irtenbide guztien eskaintza bateratu eta koordinatua da. Bada, honela sailka daitezke irtenbide horiek guztiak: