¿Alguna vez se ha preguntado cómo se graban diseños intrincados en superficies metálicas con una precisión milimétrica? La tecnología de grabado por láser revoluciona este proceso utilizando rayos láser concentrados para esculpir patrones detallados. Este artículo explora la historia, los tipos y las aplicaciones del grabado por láser, destacando su impacto en industrias que van desde la fabricación hasta la impresión. Sumérjase para descubrir cómo esta tecnología mejora la calidad y la eficiencia, y qué futuros avances podría traer.
Desde su introducción en 1960, la tecnología láser ha encontrado rápidamente aplicaciones en la fabricación. Posteriormente, a medida que se ha profundizado en la comprensión de la teoría subyacente, han evolucionado diversos tipos de láser, ampliando su campo de aplicación y aumentando progresivamente su escala de uso, lo que ha reportado importantes beneficios sociales y económicos.
Como una de las altas tecnologías, la tecnología láser es una de las principales señas de identidad de los avances científicos y tecnológicos del siglo XX y forma parte integrante de la optoelectrónica en la moderna sociedad de la información.
No sólo atrae la atención de las naciones tecnológicamente avanzadas, sino también de muchos países en desarrollo, que invierten mucho en ella.
Desde los años 80, muchos gobiernos han incorporado la tecnología láser a sus planes nacionales de desarrollo. Por ejemplo, el AWE del Reino Unido, el programa de fusión láser de Estados Unidos y el plan quinquenal de investigación láser de Japón.
La aplicación de estos planes ha acelerado el desarrollo de la tecnología láser, fomentando una industria vibrante y emergente.
Al mismo tiempo, la progresión de la tecnología láser ha impulsado significativamente avances y mejoras en diversas tecnologías, disciplinas y niveles de producción, lo que ha tenido un impacto global.
En el extranjero, los rodillos anilox cerámicos grabados con láser para impresión flexográfica se utilizan desde hace muchos años, siendo la calidad la clave de su éxito. Las máquinas de grabado por láser pueden inscribir patrones continuos y sin fisuras en los cilindros de impresión.
Sin embargo, para los patrones no continuos, el coste de las planchas y cilindros grabados por láser puede ser más elevado. Aunque la larga vida útil y la alta calidad de impresión de las planchas y los cilindros pueden compensar el mayor coste de fabricación de las planchas, este gasto podría seguir frenando el desarrollo de la tecnología de grabado por láser.
Actualmente, la calidad sigue siendo un factor crucial, pero la atención se ha desplazado hacia la productividad. Las imprentas exigen rodillos anilox con un elevado número de líneas y una buena calidad de grabado, lo que requiere un tiempo considerable.
Para aumentar la calidad y reducir los costes, es necesario mejorar la tecnología de grabado por láser y aumentar su velocidad. Se han logrado avances gratificantes en este sentido.
En principio, es sencillo utilizar un láser para grabar un patrón cuadriculado en un rodillo recubierto de cerámica. El rodillo cerámico se coloca en un torno y se hace girar, se enfoca un rayo láser sobre la superficie del rodillo y el rayo se desplaza a lo largo del rodillo, encendiéndose y apagándose continuamente.
En consecuencia, la superficie del rodillo se llena de pequeños agujeros. El tamaño y el patrón de la rejilla dependen de muchos factores variables.
Para el grabado de rejillas rugosas, como los rodillos de cola, basta con una ligera mejora del proceso. Sin embargo, el grabado de rodillos anilox de alta calidad es una historia completamente diferente. Los talleres de impresión flexográfica necesitan rodillos anilox que ofrezcan un rendimiento de tinta constante.
Esto significa que la forma de la cuadrícula debe ser uniforme y que las variaciones de volumen deben reducirse al mínimo. El patrón de la cuadrícula también debe ser regular para garantizar una transferencia de tinta uniforme, especialmente al imprimir áreas sólidas.
El grabado por láser es una técnica habitual en la tecnología láser. Existen tres tipos de láser grabado: Grabado por láser CO2, grabado por láser Nd: YAG y grabado por láser excimer. Cada una de estas técnicas de grabado por láser tiene sus propias características y ventajas, lo que las hace adecuadas para diferentes áreas de aplicación.
A finales de la década de 1970, Buekley y Jenkins empezaron a desarrollar rodillos anilox grabados con láser. Antes de esto, la mayoría se grababan con láseres de CO2 con dióxido de carbono gaseoso como medio láser.
Los rodillos anilox de CO2 grabados por láser han satisfecho en gran medida las necesidades de desarrollo de la industria de impresión flexográfica, especialmente la industria de impresión de envases.
El éxito de la aplicación de rodillos anilox cerámicos grabados por láser en las máquinas de impresión flexográfica puede considerarse uno de los factores clave que han contribuido al rápido desarrollo de la impresión flexográfica en los últimos años.
Esto ha permitido a la flexografía competir con la litografía y el huecograbado. La máquina de grabado láser de CO2 ha pasado por tres etapas de desarrollo:
La primera generación de máquinas de grabado por láser de dióxido de carbono utilizaba esencialmente láseres como escalas amplificadas de plumas luminosas, controladas por un interruptor de pedal, que podían emplearse para reproducir caligrafía, imágenes curvilíneas y retratos. El láser graba en la pieza una imagen similar a la original. Se trata de un grabador láser de CO2 sencillo y primitivo, de bajo coste.
La segunda generación de grabadoras láser de CO2 está diseñada para grabar imágenes en madera, controladas por una máquina de un solo chip para escanear el punto luminoso línea por línea en la plataforma XY. El láser se apaga en las partes claras del original y se enciende en las oscuras, procesando así una imagen en blanco y negro.
El diámetro de enfoque del láser es de 0,4 mm, y las regiones negras de la imagen se componen esencialmente de una serie de líneas de 0,4 mm de ancho y 2,2 mm de profundidad.
Una imagen puede dividirse en 550 líneas, y la cabeza lectora también puede realizar un escaneado sincrónico. El cabezal de lectura tiene una apertura de 0,4 mm y consta de un tubo de luz semiconductor y un tubo receptor, que recibe la luz reflejada de la imagen iluminada por el tubo de emisión, y controla el interruptor del láser de CO2 tras tomar el valor umbral a través de la máquina de un solo chip.
La tercera generación de sistemas de CO2 sustituye el chip único por un ordenador personal en el sistema de control, por lo que también se conoce como grabador láser de CO2 controlado por microordenador.
Utiliza una cámara CCD para leer 512*512 píxeles y sus niveles de escala de grises a la vez. El método dithering se utiliza para convertir 256 niveles de escala de grises en la densidad de puntos negros del área, comprimiendo en gran medida la capacidad de información, superando los niveles de brillo y escala de grises de la imagen, resolviendo el problema de la ampliación y reducción de la imagen, y completando la lectura de imágenes tridimensionales y a gran escala, así como el almacenamiento y procesamiento de información de múltiples imágenes.
Se realizan esfuerzos constantes para mejorar la calidad de los rodillos anilox cerámicos grabados por láser, de modo que la calidad de los productos de impresión flexográfica pueda alcanzar o incluso superar a la impresión offset y huecograbado.
Por lo tanto, al mejorar la precisión de la fabricación de planchas, exigir estrictamente la finura (número de líneas) y la capacidad de almacenamiento de tinta de los rodillos anilox cerámicos, tras varios años de exploración y esfuerzo, los rodillos anilox cerámicos grabados con láser Nd: YAG se lanzaron finalmente hacia 1996.
Los láseres Nd:YAG se fabrican dopando el sustrato de granate de itrio y aluminio (Y3AL3O12) con óxido de neodimio (Nd2O3). Los iones activados también son iones de neodimio, con una longitud de onda de salida de 1,06um.
Debido a la estrecha línea espectral de fluorescencia del Nd: YAG, su alta eficiencia cuántica y su buena conductividad térmica, es el único láser de estado sólido capaz de funcionar de forma continua entre los tres tipos de láser de estado sólido, y se utiliza habitualmente en el procesamiento térmico por láser.
El láser excimer es un láser ultravioleta de alta potencia y eficacia. Desempeña un papel importante en la microfabricación de cerámica, polímeros y otros materiales debido a sus numerosas características. Con el continuo crecimiento de la microfabricación y las demandas de alta precisión, desde la aparición del láser excimer, ha sido muy valorado por países de todo el mundo.
El Plan Eureka de la Comunidad Europea (EREKA), el Advanced Manufacturing and Mechatronics Towards the 21st Century (AMMTRI) del gobierno japonés, así como el Programa 863 y el Programa Super 863 de China, priorizan el desarrollo del láser de excímero, que ha progresado rápidamente.
El mecanismo del grabado por láser excimer: El grabado por láser excimer es un proceso fotoquímico directo sobre los materiales. El mecanismo por el que el láser excimer interactúa con el material procesado se denomina ablación, e incluye la ruptura de enlaces fotoinducida y la explosión del producto.
Cuando la energía del fotón del láser excimer es mayor que la energía del enlace químico del polímero, el enlace químico se rompe, el volumen específico de una pequeña área de la superficie del material aumenta repentinamente, y cuando la tasa de rotura del enlace supera un determinado umbral, los fragmentos de la superficie se desprenden, completando el grabado.
El advenimiento y la evolución de los láseres de excímero han proporcionado potentes herramientas para una amplia gama de aplicaciones industriales y de investigación científica.
Dada su longitud de onda en el espectro ultravioleta y ultravioleta profundo, alta energía de pulso y energía fotónica, alta tasa de repetición y anchura de pulso estrecha, la mayoría de los metales y no metales absorben fuertemente la luz ultravioleta. Esta absorción permite a los láseres de excímeros realizar tareas que otros calor láser tratamientos no pueden, ampliando así el abanico de aplicaciones del procesado por láser.
A medida que la estabilidad y fiabilidad de los láseres de excímeros han ido mejorando en los últimos años, han ido encontrando amplias aplicaciones en la ciencia biomédica, la ciencia de los materiales, la microfabricación y la fotoquímica.
Tras el análisis, es evidente que los láseres YAG destacan en el procesamiento de materiales metálicosmientras que el CO2 son superiores para los materiales no metálicos. Los láseres de excímeros, por su parte, tienen ventaja en microfabricación y tareas de alta precisión.
El uso de la tecnología de grabado láser Nd: YAG en la producción de rodillos de impresión flexográfica ha mejorado significativamente el rendimiento de los productos grabados y ha estimulado los avances en la propia tecnología de grabado láser. Como la tecnología en este campo sigue madurando, prevemos logros aún mayores en el futuro.
Si observamos el estado actual de la tecnología mundial de grabado por láser, las emisiones de CO2 el grabado por láser, el grabado por láser YAG y el grabado por láser excimer presentan cada uno de ellos sus puntos fuertes y sus puntos débiles.
El funcionamiento coordinado de estos tres métodos de procesamiento, la ampliación de la variedad de productos y la mejora del rendimiento de los productos grabados, son sin duda las mejores opciones para el procesamiento actual de grabado por láser de rodillos anilox cerámicos.
Por ello, los proveedores de equipos de grabado láser suelen suministrar tanto equipos de CO2 y YAG en sus paquetes, mientras que el grabado de alta precisión debe utilizar láseres excimer. El proceso de grabado con láser excímer es la principal dirección de investigación para la fabricación de alta precisión.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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