Laser Aplicaciones

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El láser y sus aplicaciones 1. Resumen 2. Introducción 3. Breve reseña histórica acerca del surgimiento del rayo láser 4. Características generales de la luz láser 5. Tipos de laser 6. Aplicaciones del láser 7. Aplicaciones a la medicina 8. Aplicaciones a la computación 9. Aplicaciones a la holografía 10. Aplicaciones a la ingeniería mecánica 11. Soldadura con láser 12. Tratamientos superficiales con láser 13. Corte mediante láser 14. Taladrado y punzonado 15. Marcado mediante láser 16. Ilustraciones de algunos procesos efectuados por láser 17. Micro: reparación de moldes y matrices por láser 18. Otras aplicaciones del laser 19. Algunas noticias interesantes acerca del láser 20. Conclusiones 21. Bibliografía utilizada Resumen. En este trabajo se realiza un estudio acerca del láser en cuanto a: sus características generales, los procesos que intervienen en su emisión, los tipos que existen, además explicaremos sus aplicaciones en algunas ramas de la ciencia principalmente vinculadas con la Ingeniería Mecánica. Es nuestro objetivo dejar claro la importancia que tiene el láser en la Ingeniería Mecánica, pues se ha convertido en un factor determinante en la realización de determinados procesos industriales con una extremada calidad y precisión, siendo muy usados en estos tiempos. El láser es una herramienta muy útil para el procesamiento de materiales, este permite realizar soldaduras, cortes, tratamientos superficiales, taladrados y punzonados de una forma verdaderamente eficiente y más rápida que los métodos convencionales ya que es fácil su control automático. En el trabajo se podrán ver algunos datos interesantes de la realización de estos procesos. Introducción Cuando se inventó el láser en 1960, se denominó como "una solución buscando un problema a resolver", desde entonces se han vuelto omnipresentes,

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Universidad Central Marta Abreu de Las Villas

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El lser y sus aplicaciones1. Resumen2. Introduccin3. Breve resea histrica acerca del surgimiento del rayo lser4. Caractersticas generales de la luz lser5. Tipos de laser6. Aplicaciones del lser7. Aplicaciones a la medicina8. Aplicaciones a la computacin

9. Aplicaciones a la holografa10. Aplicaciones a la ingeniera mecnica11. Soldadura con lser12. Tratamientos superficiales con lser13. Corte mediante lser14. Taladrado y punzonado15. Marcado mediante lser16. Ilustraciones de algunos procesos efectuados por lser17. Micro: reparacin de moldes y matrices por lser18. Otras aplicaciones del laser19. Algunas noticias interesantes acerca del lser20. Conclusiones21. Bibliografa utilizadaResumen.En este trabajo se realiza un estudio acerca del lser en cuanto a: sus caractersticas generales, los procesos que intervienen en su emisin, los tipos que existen, adems explicaremos sus aplicaciones en algunas ramas de la ciencia principalmente vinculadas con la Ingeniera Mecnica. Es nuestro objetivo dejar claro la importancia que tiene el lser en la Ingeniera Mecnica, pues se ha convertido en un factor determinante en la realizacin de determinados procesos industriales con una extremada calidad y precisin, siendo muy usados en estos tiempos. El lser es una herramienta muy til para el procesamiento de materiales, este permite realizar soldaduras, cortes, tratamientos superficiales, taladrados y punzonados de una forma verdaderamente eficiente y ms rpida que los mtodos convencionales ya que es fcil su control automtico. En el trabajo se podrn ver algunos datos interesantes de la realizacin de estos procesos.

IntroduccinCuando se invent el lser en 1960, se denomin como "una solucin buscando un problema a resolver", desde entonces se han vuelto omnipresentes, comenzaremos as diciendo que la palabra lser designa a todos aquellos dispositivos que generan un haz de luz coherente como consecuencia de una emisin inducida o estimulada, descubierto dicho comportamiento en 1916 por Albert Einstein; aunque de la historia de la Fsica Moderna se conoce que el primer lser fue desarrollado por Maiman en 1960 (utilizando como medio activo un cristal cilndrico de rub). Su nombre se debe a un acrnimo del ingls LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - "Amplificacin de Luz por Emisin Estimulada de Radiacin"). Existen numerosos tipos de lseres que se pueden clasificar de muy diversas formas siendo la ms comn la que se refiere a su medio activo o conjunto de tomos o molculas que pueden excitarse, de manera que se crea una situacin de inversin de poblacin obtenindose radiacin electromagntica mediante emisin estimulada. Este medio puede encontrarse en cualquier estado de la materia: slido, lquido, gas o plasma. Otra de las clasificaciones se refiere a que los lseres pueden ser de estado slido, de colorantes, de gases como por ejemplo el de CO2; el de diodos semiconductores y el lser de electrones. En el desarrollo del trabajo como se vera mas adelante abarcaremos la mayora de estos tipos de lseres y trataremos de esquematizar los niveles de energa de los centros activos en los cuales tiene lugar la emisin lser, asimismo explicaremos el efecto del bombeo en particular sobre el medio activo, proporcionaremos tambin su funcionamiento y a su vez un resumen de las dificultades que presenta, y por ultimo la forma en que stas son solucionadas en la prctica. Finalmente, se incluye una seccin donde se mencionan algunas de las aplicaciones ms importantes actuales o potenciales y en la mayora de los casos enfocando estas aplicaciones a la ingeniera como habamos anunciado anteriormente.

BREVE RESEA HISTRICA ACERCA DEL SURGIMIENTO DEL RAYO LSER.

Albert Einstein estableci, en 1916, los fundamentos para desarrollar el lser y sus predecesores, lo mseres, usando la ley de radiacin de Max Planck que se basa en los conceptos de emisin inducida y espontnea de radiacin, esta teora fue olvidada hasta despus de la Segunda Guerra Mundial. Luego en 1953, Charles H. Townes y un grupo de estudiantes de posgrado, confeccionaron el primer mser, este dispositivo funcionaba mediante los mismos principios fsicos que el lser pero produce un haz coherente de microondas en lugar de un haz de luz que pueda verse. Este lser de Townes, era no poda funcionar de forma continua. Existen varios eventos histricos que se relacionan con la historia del lser; en 1917, el fsico Albert Einstein fund el concepto de emisin estimulada, el mismo, luego dio paso al desarrollo de la luz lser. En 1947, Los Fsicos R. C. Rutherford y Willis E. Lamb, demostraron la emisin del lser por primera vez; en 1951 aparece Townes con sus asistentes de posgrado, quienes inventan el mser, los mismos son galardonados con el premio Nobel en Fsica en el ao 1964. En 1958, los fsicos Charles H. Townes y Arthur L. Schawlow, fueron los primeros en publicar un artculo detallado sobre las aplicaciones de los mseres ticos; en 1960, ambos presentan su tecnologa lser y en base a sus descubrimientos los fsicos Mirek Stevenson y Peter P. Sorokin, desarrollaron el primer lser de uranio. . En 1962 son inventados los lser semiconductores Investigadores de GE, IBM y del Laboratorio Lincoln del MIT, descubren que los dispositivos diodos basados en el semiconductor arseniuro de galio (GaAs) convierten la energa elctrica en luz. En 1969, se descubre la primera aplicacin industrial del lser al ser empleado en soldaduras de los elementos de chapa en el armado de vehculos. En 1980, un grupo de fsicos pertenecientes a la Universidad de Hull registran la primer emisin de lser en el campo de los rayos X. En 1985 se comienzan a vender en todas partes los primeros discos compactos en donde un haz de lser de baja potencia se encarga de leer los datos que fueron codificados y puestos dentro de este disco. Luego esa seal analgica permitir escuchar los archivos musicales. Billones de lser semiconductores fueron fabricados cada ao para ser usados en telecomunicaciones. Por ltimo en el ao 2003, la aparicin del escaneo lser permite al museo britnico realizar exhibiciones virtuales adems de poder grabar gigabytes de informacin en las microscpicas cavidades de un DVD o CD.CARACTERSTICAS GENERALES DE LA LUZ LSER.

En estos momentos estamos en condiciones de comenzar el estudio de las caractersticas fundamentales de la radiacin lser que se caracteriza por una serie de propiedades, diferentes de cualquier otra fuente de radiacin electromagntica, como son:

1. Monocromaticidad.

Emite una radiacin electromagntica de una sola longitud de onda, en oposicin a las fuentes convencionales como las lmparas incandescentes (bombillas comunes) que emiten en un rango ms amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ah que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagntico de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fcilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a travs de un prisma.2. Coherencia espacial o direccionabilidad.

La radiacin lser tiene una divergencia muy pequea, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energa en un rea mayor.

Nota: Esta propiedad se utiliz para calcular la longitud entre la Tierra y la Luna, al enviar un haz lser hacia la Luna, donde rebot sobre un pequeo espejo situado en su superficie, y ste fue medido en la Tierra por un telescopio.3. Coherencia temporal.

La luz lser se transmite de modo paralelo en una nica direccin debido a su naturaleza de radiacin estimulada, al estar constituido el haz lser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud.

FSICA DEL LASER

De forma general los lseres constan de un medio activo capaz de generar el lser. Hay cuatro procesos bsicos que se producen en la generacin del lser, denominados bombeo, emisin espontnea de radiacin, emisin estimulada de radiacin y absorcin.

BombeoSe provoca mediante una fuente de radiacin como puede ser una lmpara, el paso de una corriente elctrica o el uso de cualquier otro tipo de fuente energtica que provoque una emisin.

Emisin espontnea de radiacinLos electrones que vuelven al estado fundamental emiten fotones. Es un proceso aleatorio y la radiacin resultante est formada por fotones que se desplazan en distintas direcciones y con fases distintas generndose una radiacin monocromtica incoherente.

Emisin estimulada de radiacinLa emisin estimulada, base de la generacin de radiacin de un lser, se produce cuando un tomo en estado excitado recibe un estmulo externo que lo lleva a emitir fotones y as retornar a un estado menos excitado. El estmulo en cuestin proviene de la llegada de un fotn con energa similar a la diferencia de energa entre los dos estados. Los fotones as emitidos por el tomo estimulado poseen fase, energa y direccin similares a las del fotn externo que les dio origen. La emisin estimulada descrita es la raz de muchas de las caractersticas de la luz lser. No slo produce luz coherente y monocroma, sino que tambin "amplifica" la emisin de luz, ya que por cada fotn que incide sobre un tomo excitado se genera otro fotn.

AbsorcinProceso mediante el cual se absorbe un fotn. El sistema atmico se excita a un estado de energa ms alto, pasando un electrn al estado metaestable. Este fenmeno compite con el de la emisin estimulada de radiacin.

Esquema del funcionamiento del LASER de tres niveles de engra. (Fig. 1)

Fig. 1TIPOS DE LASER

1. El lser de Rub

Recordemos que fue el primer lser y que fue construido por Theodore Maiman en 1960, quien us como medio activo un cristal de rub sinttico. El rub es una piedra preciosa formada por cristales de xido de aluminio Al2O3, que contiene una pequea concentracin de alrededor de 0.05% de impurezas de xido de cromo Cr2O3 (el xido de aluminio puro, Al2O3, se llama zafiro). La presencia del xido de cromo hace que el transparente cristal puro de xido de aluminio se torne rosado y llegue a ser hasta rojizo si la concentracin de xido de cromo aumenta. La forma geomtrica tpica que adopta el rub usado en un lser es la de unas barras cilndricas de 1 a 15 mm de radio y algunos centmetros de largo. (Vase Fig. 3)

Fig. 3

2. Lser de Helio-Nen

El lser de helio-nen fue el primer lser de gas que se construy. Actualmente sigue siendo muy til y se emplea con mucha frecuencia. Los centros activos de este lser son los tomos de nen, pero la excitacin de stos se realiza a travs de los tomos de helio. Una mezcla tpica de He-Ne para estos lseres contiene siete partes de helio por una parte de nen. (Vase Fig. 4)

Fig. 43. El lser de Argn ionizado

Las transiciones radiactivas entre niveles altamente excitados de gases nobles se conocen desde hace largo tiempo, y la oscilacin lser en este medio activo data desde la dcada de los sesenta. Entre estos lseres, el de argn ionizado es el que ms se utiliza, debido a sus intensas lneas de emisin en la regin azul-verde del espectro electromagntico y a la relativa alta potencia continua que se puede obtener de l. (Vase Fig. 5)

Fig. 54. Lseres de CO2El lser de bixido de carbono CO2 es el ejemplo ms importante de los lseres moleculares. El medio activo en este lser es una mezcla de bixido de carbono (CO2), nitrgeno (N2) y helio (He), aunque las transiciones lser se llevan a cabo en los niveles energticos del CO2. Como en seguida veremos, el N2 y el He son importantes para los procesos de excitacin y desexcitacin de la molcula de CO2. (Vase Fig. 6 y 7)

Fig. 6

Fig. 7

5. Lser de gas dinmico de CO2

La diferencia fundamental entre un lser de gas dinmico y un lser convencional de CO2 radica en el mtodo de bombeo empleado. En el lser de gas dinmico la radiacin lser es producida al enfriar rpidamente una mezcla de gas precalentado que fluye a lo largo de una tobera hasta la cavidad del resonador. Por las altas potencias que es capaz de proporcionar se ha convertido en una importante alternativa para ciertas aplicaciones industriales. (Vase Fig. 8)

Fig. 86. Lser de soluciones lquidas orgnicas

El medio activo en este tipo de lseres est compuesto por lquidos en los que se han disuelto compuestos orgnicos, entendidos estos ltimos cmo los hidrocarburos y sus derivados. Estos lseres son bombeados pticamente y como en seguida veremos, una de sus ms importantes caractersticas radica en que pueden emitir radiacin lser en anchas bandas de longitud de onda, es decir que son "sintonizables". (Vase Fig. 9)

Fig. 97. Lseres de semiconductores

Los lseres de semiconductores son los lseres ms eficientes, baratos y pequeos que es posible obtener en la actualidad. Desde su invencin en 1962 se han mantenido como lderes en muchas aplicaciones cientfico-tecnolgicas y su continua produccin masiva nos da un inicio de que esta situacin se prolongar por mucho tiempo. (Vase Fig. 10)

Fig. 10.

8. Lser de electrones libres

Todos los sistemas lser anteriormente vistos basan su funcionamiento en la inversin de poblacin lograda en un medio activo atmico o molecular. Por tanto, la longitud de onda a la cual el lser emite est inevitablemente determinada por los centros activos contenidos en la cavidad lser, es decir, por las transiciones energticas permitidas a los tomos o molculas de dicho medio. Un lser basado en la emisin de radiacin estimulada por electrones libres no tiene las limitaciones propias de los lseres anteriormente vistos, pues los electrones libres no estn sujetos a la existencia de transiciones energticas particulares y por lo tanto pueden generar radiacin electromagntica en cualquier longitud de onda del espectro. Este tipo de lseres utilizan como medio activo un haz de electrones que se mueve con velocidades cercanas a la de la luz. Debido a esto se le llama haz relativista de electrones. Podemos describir un lser de electrones libres como un instrumento que convierte la energa cintica de un haz relativista de electrones en radiacin lser. (Vase Fig. 11)

Fig. 11

APLICACIONES DEL LSER

Debido a las propiedades particulares del haz de radiacin luminosa con su gran potencia concentrada (el lser), hacen de l una herramienta ideal en muchas aplicaciones donde se precise de una fuente controlada y localizada de energa. Si a este factor diferenciador inicial se le suma la facilidad para su control automtico y regulacin, se observa cmo se ampla el campo de utilizacin a otros usos en los que la precisin, la minimizacin de daos colaterales y la menor modificacin de la caractersticas del material circundante y de sus dimensiones son importantes. De ah el amplsimo rango de aplicaciones.

APLICACIONES A LA MEDICINA

El lser en la medicina es cada vez ms usado al actuar muy selectivamente sobre la lesin, daando mnimamente los tejidos adyacentes. Por eso produce muy pocos efectos secundarios en cuanto a destruccin de otro tejido sano de su entorno e inflamacin, as como presentar una esterilizacin completa al no ser necesario instrumental quirrjico. En la dermatologa, stos pueden eliminar casi todos los defectos de la piel bajo anestesia local. En oftalmologa son utilizados los lseres de excmero, que eliminan capas submicromtricas de la crnea, modificando su curvatura. El ojo es transparente a la luz entre aproximadamente 0.38 y 1.4 . A menores longitudes de onda el cristalino y la crnea absorben la radiacin y a mayores longitudes de onda son las molculas de agua presentes en el ojo las que absorben la luz. Por medio de radiacin lser (en este caso con lser de argn ionizado) es posible en la actualidad tratar casos de desprendimiento de retina. Como se muestra en la figura 12, el haz lser es focalizado en la retina por el propio cristalino del paciente. Los lseres de He-Ne han sido utilizados con xito en dermatologa para el tratamiento de manchas en la piel, o como auxiliares para estimular la regeneracin de tejido en cicatrices.

Fig. 12

Tratamiento dermatolgico con lser. APLICACIONES A LA COMPUTACIN

Aplicaciones ms cotidianas de los sistemas lser son, por ejemplo, el lector del cdigo de barras, el almacenamiento ptico y la lectura de informacin digital en discos compactos (CD) o en discos verstiles digitales (DVD), que se diferencia en que stos ltimos utilizan una longitud de onda ms corta (emplean lser azul en vez de rojo). Otra de las aplicaciones son las fotocopiadoras e impresoras lser, o las comunicaciones mediante fibra ptica. Las aplicaciones para un fututo prximo son los ordenadores cunticos u pticos que sern capaces de procesar la informacin a la velocidad de la luz al ir los impulsos elctricos por pulsos de luz proporcionados por sistemas lser; muchos de los componentes electrnicos que tienen en su estructura las computadoras, como por ejemplo resistencias, en las cuales es necesario volatilizar muy pequeas cantidades de material para fabricar resistencias de muy alta precisin.

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Impresoras a lser, CD y DVDAPLICACIONES A LA HOLOGRAFA

En la holografa, las ondas se solapan en el espacio o se combinan para anularse (interferencia destructiva) o para sumarse (interferencia constructiva) segn la relacin entre sus fases. Debido a la relacin especial entre los fotones del haz del lser, los lseres son considerados el mejor ejemplo conocido de efectos de interferencia representados en los interfermetros y hologramas. La holografa es utilizada para proporcionar imgenes en tres dimensiones. Tambin es utilizada como sistema de seguridad en las tarjetas de crdito.APLICACIONES A LA INGENIERIA MECANICAEn el mundo industrial se han producido avances sustanciales en el desarrollo e implantacin de tecnologas lser en todo tipo de materiales, como puede verse en la Tabla 1. Por su parte, en la Tabla 2 pueden verse las ocho familias de aplicaciones industriales, en las que pueden hacerse en algunos casos divisiones importantes, como en el marcado, en el que tambin se engloban las utilizaciones de baja potencia destinadas al marcaje de material de embalaje con los datos de fecha de consumo preferente y lotes de fabricacin, campo en el que se han multiplicado las instalaciones en los ltimos aos.

Dentro del procesado de materiales, el lser es utilizado como se haba dicho en todas las ramas (corte, soldadura, marcado microscpico, etc.) al poder ser empleados en casi todos los materiales y tener una muy buena respuesta en el mecanizado. Se utiliza para:

Realizar Soldaduras.

Tratamientos superficiales como:

Endurecimiento o temple.

Aleacin superficial.

Recubrimiento superficial.

Fusin superficial.

Corte mediante el lser.

Taladrado y punzonado.

Marcado mediante lser.

Tabla 1 Materiales susceptibles de ser tratados mediante lserMetlicos No Metlicos

Aceros al carbono Polmeros

Aceros inoxidables Cermicos

Aceros de herramientas Madera

Fundiciones Vidrio

Aleaciones ligeras Caucho

Aleaciones de cobre Cuero

Aleaciones de titanio Corcho

SOLDADURA CON LSER

Un lser focalizado se puede emplear en una amplia variedad de procesos de soldadura, entre los que la ms tradicional es la de materiales metlicos. La soldadura por lser puede realizarse de dos formas diferentes:

- Por conduccin: la profundidad de la zona fundida, inicialmente superficial, aumenta en funcin de la conductividad trmica y de la distribucin de la intensidad de la radiacin. Este tipo de soldadura se emplea en la unin de lminas delgadas.

- Por penetracin profunda: en este tipo de soldadura se consigue desplazar la zona de mayor temperatura por debajo de la superficie del material, alcanzndose un mayor rendimiento. El material fundido se desplaza hasta la superficie por accin del vapor recalentado y se mantiene all por efectos combinados de gravedad, viscosidad y tensin superficial, lo que favorece la formacin de un cordn de soldadura que aporta excelentes caractersticas mecnicas a la pieza.

La afectacin trmica reducida, la falta de necesidad de utilizar material de aportacin en algunas utilizaciones, la flexibilidad y facilidad del control de proceso hacen del lser una herramienta de gran potencia para aplicaciones de soldadura en materiales difciles de tratar por otras tcnicas. Las soldaduras obtenidas son de alta calidad metalogrficas y sin deformaciones dimensionales apreciables, estn exentas de poros, grietas y mordeduras, y tienen caractersticas similares a la soldadura convencional, en muchos casos sin aporte de material y con una velocidad de proceso seis veces superior.

La fuente lser utilizada depende del tipo de materiales a soldar. Se pueden realizar aplicaciones en piezas de espesores de 1 mm (se habla de "cierto espesor" por encima de 3 mm), con penetraciones mximas de hasta 10 mm.

Existe un ahorro de fases en la operacin de soldadura, ya que no afecta a los ateriales existentes; por lo tanto, no requiere tratamientos posteriores para eliminacin de tensiones. Las aplicaciones de soldadura con y sin aporte, as como la soldadura de bimetales estn ampliamente establecidas dentro de la industria. Las novedades en este campo vienen representadas por la soldadura de materiales disimilares, soldadura de aleaciones ligeras, soldadura de oro y las aplicaciones de soldadura de materiales plsticos, que se encuentran en un avanzado estado de desarrollo.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES CON LSER

Los tratamientos superficiales estn encaminados a modificar las caractersticas superficiales de un material, tanto desde el punto de vista de sus propiedades mecnicas como de la resistencia a la corrosin. Son aplicables a materiales metlicos con alta absorcin trmica y suficiente capacidad de disipacin de calor por conduccin. Los tratamientos superficiales se llevan a cabo con fuentes lser de alta potencia en dos y tres dimensiones. Las aplicaciones ms difundidas en esta tcnica de tratamientos son las siguientes:

- Endurecimiento o TempleEn este tipo de tratamiento superficial, el lser de potencia se convierte en una herramienta que, dadas sus caractersticas, permite actuar sobre zonas puntuales minimizando la interaccin con el material base, y creando zonas con caractersticas mejoradas sobre las piezas, tales como un aumento en la tenacidad de la zona tratada, y en la resistencia a golpes y vibraciones, lo que redunda en la vida til. La pieza tratada no debe sufrir posteriores transformaciones ni manipulaciones, quedando lista para su uso; el proceso es rpido y la dureza conseguida es superior a la de un tratamiento convencional. Puede limitarse a reas concretas de una misma pieza consiguindose de esta forma endurecimientos localizados.

- Aleacin superficial (Alloying)

La aleacin superficial permite la generacin de aleaciones sobre la superficie de las piezas para mejorar sus propiedades trmicas y mecnicas frente al desgaste o la corrosin. Las aleaciones realizadas son especficas y puntuales, por lo que tiene la ventaja de que realmente necesita ver mejoradas sus caractersticas.

- Recubrimiento superficial (Cladding)

El recubrimiento superficial supone la incorporacin de material sobre una superficie para mejorar las propiedades de sta. Mediante la interaccin de un lser de alta potencia con un polvo metlico o no metlico pueden crearse capas de espesor controlado sobre las superficies metlicas. Los recubrimientos superficiales se pueden realizar con materiales antidesgaste, anticorrosin, de caractersticas especiales, etc. Confiriendo las caractersticas superficiales requeridas a la superficie tratada.

- Fusin superficial (Melting)

Otra posibilidad reside en la reconstruccin de piezas daadas o desgastadas mediante la adicin del mismo material en el que est construida la pieza. Asimismo, puede procederse al sellado de capas de deposicin realizadas mediante la aplicacin de plasma, confirindoles mayor adherencia al substrato y un grado de compacidad superior al obtenido mediante la tcnica original. Otras aplicaciones son la ablacin o eliminacin de materiales adheridos a substratos y la realizacin de vitrificados estructurales, donde se consiguen profundidades mximas de 50 mm. Otro tipo de actuaciones a destacar por su componente innovador son los recubrimientos y los tratamientos superficiales de diferentes componentes metlicos. Un ejemplo es la fusin superficial de titanio en atmsfera de N2 para conseguir capas de nitruro de titanio.

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Tratamiento superficial de la pared de una pieza. CORTE MEDIANTE LSER

En el corte mediante lser se utiliza la radiacin procedente de la fuente lser para calentar la pieza hasta alcanzar la temperatura de fusin, al tiempo que una corriente de gas a presin arrastra el material fundido. La utilizacin del lser en este campo ofrece muchos aspectos positivos. El haz lser focalizado sobre la pieza tiene unas dimensiones mnimas, de modo que acta como una herramienta puntual. Por tanto, la zona afectada trmicamente es muy limitada, lo que evita la aparicin de distorsiones en piezas que pueden tener contornos muy complejos. El corte por lser se puede realizar sobre chapas finas de metal, madera, plstico, tela o cermica en fin sobre diversos materiales, desde acero a corcho, pasando por materiales plsticos, etc., para formas en dos y tres dimensiones. Las fuentes lser utilizadas son de media y baja potencia (de 0,4 a 1,2 kW), consiguindose realizar cortes en piezas de espesores que van desde los 0,5 a los 8mm, con tolerancias entre +/- 0,05 y +/- 0,1 mm.

Las ventajas que ofrece el lser sobre las tcnicas convencionales en este tipo de utilizaciones son las siguientes:

- Mejor aprovechamiento del material, debido a que la anchura del surco generado es mnima.

- Las paredes de corte son perpendiculares a la pieza y paralelas entre s.

- La pieza cortada no precisa ningn tratamiento ni limpieza posteriores.

- Se pueden realizar cortes en cualquier direccin.

- El proceso es altamente flexible y automatizado.

- No se precisan cambios de herramienta, lo que aumenta la flexibilidad y eficiencia de los equipos.

-Es un proceso rpido y silencioso.

Dentro de este campo, podemos destacar las siguientes aplicaciones innovadoras:

- Corte de materiales innovadores (Titanio y plsticos).

- Corte de vidrio.

Si bien el corte por lser constituye una inversin que -bien aplicada- brinda excelentes resultados, puede conducir a graves errores si usted no est convenientemente asesorado.

Corte de una pieza mediante LASER.

Este proceso corta rpidamente chapas finas de metal, madera, plstico, tela o cermica, con un mnimo de prdida de material y sin distorsin.

Al mismo tiempo, corta con un altsimo nivel de precisin, permitindole realizar tareas sumamente avanzadas y delicadas.

El cuadro 1 Ilustra la aplicacin de este tipo de lseres en el corte de diversos materiales. En la mayora de estas aplicaciones el uso del lser est sincronizado con elementos automticos o computarizados tales como robots. De esta forma el corte de complicados diseos en diversos materiales puede realizarse en forma rpida y precisa. Hoy en da son ya: innumerables las industrias que utilizan robots-lser en sus lneas de produccin, como la industria electrnica y la automotriz.

TALADRADO Y PUNZONADO

Las tcnicas utilizadas para el taladrado y el punzonado son las mismas que las utilizadas en el corte mediante lser (para efectuar un corte hay que realizar un taladro inicial). Con estas tcnicas se consiguen penetraciones mximas en piezas de espesores considerables (de hasta 13 mm), y dimetros desde 0,075 mm. Para segurar un taladro correcto en piezas de cierto espesor (por encima de los 3 mm) es importante controlar los niveles de potencia media empleados y los tiempos de interaccin, ya que si se sobrepasan ciertos niveles se puede provocar el "reventn" del agujero. Las investigaciones en este campo estn centradas en la realizacin de taladrados con la mxima energa posible disminuyendo los tiempos de interaccin, sin llegar a explosionar el agujero taladrado, ya que, en la prctica, por motivos obvios de aseguramiento de la calidad de la pieza, son excesivamente bajos y los tiempos de interaccin demasiado altos.

MARCADO MEDIANTE LSER

La tcnica utilizada normalmente para realizar el marcado mediante lser es por desplazamiento del haz. Con esta tcnica se focaliza un haz lser de media potencia sobre la superficie a marcar. El haz se orienta mediante una combinacin de espejos galvanomtricos de manera que sigue el recorrido del diseo a marcar. En funcin del tipo de material que se va a grabar, se utilizan distintos tipos de fuentes lser: CO2, Nd:YAG o excmeros.

Actualmente pueden marcarse una gran variedad de materiales: materiales metlicos, plsticos, vidrio, etc. La profundidad de la zona marcada va desde algunas micras (marcado superficial) a dcimas de milmetros (marcado profundo). La superficie mxima de marcado es un cuadrado de 100x100 mm. Mediante la utilizacin de quipos de baja potencia se puede realizar el marcado de elementos de envasado sobre ventanas preimpresas, sobre todo papel, con los datos sobre lotes de fabricacin y fechas de consumo preferente, muy importantes en la industria del envasado de bienes de consumo.

Ilustraciones de algunos procesos efectuados por lser.

Maquina lser utilizada para varios procesos industriales en la ingeniera: como la soldadura, el corte de planchas, Mecanizado superficial y perforacin.

Soldadura en esquinas y bordes mediante el lser.

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Soldadura en interiores usando tecnologa lser. MICRO: REPARACIN DE MOLDES Y MATRICES POR LSER.

Ventajas:

Mnima zona afectada trmicamente. No se producen deformaciones.

Posibilidad de soldaduras extremadamente finas con varillas desde 0,25 mm de dimetro.

No precisa precalentamiento de la pieza.

No genera rechupes.

Posprocesado mnimo.

Durezas resultantes de 45 a 60 HRC sin fisuras ni poros.

Posibilidad de soldar Aluminio y Cobre.Tabla 2 Resumen de aplicaciones industriales del lser

AplicacinFuenteTcnicaCaractersticas obtenibles

Aleacin5 kWCO2Profundidad mxima: 0,5mm. Buenas caractersticas en capa. Dilucin tpica 20%

Corte0,4, 0,8 y 1,2 kWNd-Yag

CO2Espesor: de 0,5 a 0,8 mm. Tolerancia +/-0,05 mm a +/-0,1 mm

Marcado0,4 KWNd-YagCapacidad: 325 mm2/min. Profundidad mxima: 0,04 mm

Recubrimiento5kWCO2Alta densidad de capas y mnima dilucin en sustrato. Espesores de capas hasta 2 mm.

Refusin5kWCO2Penetracin mxima: 0,5 mm. Baja deformacin. Alto rango de dureza

SoldaduraTodas

Nd-Yag

CO2Penetracin mxima: 10 mm. Baja deformacin

Taladrado0,4 KWNd-YagDimetros desde 0,075 mm. Penetracin mxima: 13 mm

Temple5kWCO2Penetracin mxima: 2 mm. Baja deformacin. Alto rango de dureza.

OTRAS APLICACIONES DEL LASER.

La fusin por confinamiento inercial es la aplicacin ms deseada ya que permitira el desarrollo de la fusin nuclear del hidrgeno de una forma controlada, permitiendo la obtencin de una elevadsima cantidad de energa. Dicho proceso se produce en el Sol y se obtuvo, aunque no de una forma controlada, en 1952, con la bomba atmica de hidrgeno.Un rayo lser puede viajar grandes distancias con una pequea reduccin de la intensidad de la seal y debido a su alta frecuencia puede transportar 1.000 veces ms informacin que las microondas, por lo que son idneos para ser utilizados como medio de comunicacin en el espacio.

Ms an, el lser podra suponer la revolucin definitiva en los sistemas de propulsin area. En 2003 la NASA consigui hacer volar indefinidamente un pequeo avin de 300 gramos cuya energa era proporcionada desde tierra mediante lser. Cientficos japoneses hicieron lo propio con un avin de papel, si bien utilizaron el lser para evaporar agua que serva de propelente. Estos aviones ligeros podran ser utilizados como alternativa a los satlites artificiales para establecer telecomunicaciones en zonas de difcil acceso. Pero de desarrollarse ms esta tecnologa, podra suponer una tremenda reduccin del lastre de los vuelos convencionales, al eliminar el combustible, tal y como ya se planea hacer en los viajes espaciales.

ltimamente, como no poda ser de otra forma, se realizan esfuerzos para incluirlo en el uso militar como sustitutivo de los proyectiles convencionales y los msiles. Existe ya un prototipo de lser aerotransportado, montado en un Boeing 747 y las Fuerzas Areas de Estados Unidos proyectan cazas armados con lser de alta potencia para los prximos aos. El primer prototipo, de apenas un kilovatio, pesaba 750 kilogramos, algo perfectamente adaptable a los modernos aviones de combate.

Mientras que el gran lser a bordo de aviones como el Boeing servira como arma de precisin durante un bombardeo, los menos potentes pero ms ligeros montados en cazas podran ser una contraarma muy efectiva contra msiles.

En definitiva, su uso est extremadamente extendido y continuamente se le descubren nuevas aplicaciones siempre sorprendentes, como su participacin en los complejos procesos de enfriamiento a muy bajas temperaturas.

La medicin de distancias con alta velocidad y precisin es otra de las aplicaciones del lser a la rama militar inmediatamente despus de que se inventara el lser, para el lanzamiento de artillera o para el clculo de la distancia entre la Luna y la Tierra (384.403 Km.), con una exactitud de tan slo 1 milmetro. Tambin es utilizado en el seguimiento de un blanco en movimiento al viajar el haz a la velocidad de la luz.Los lseres de argn ionizado han sido extensamente utilizados en el estudio de la cintica de reacciones qumicas y en la excitacin selectiva de stas. Hay algunas reacciones qumicas que slo se producen en presencia de radiacin lser o cuya rapidez puede incrementarse notablemente cuando los reactantes son irradiados con luz lser de longitud de onda apropiada. En el primer caso podemos obtener sustancias que de otro modo sera difcil obtener y en el segundo caso se tiene la posibilidad de incrementar la productividad de algunas industrias qumicas. ALGUNAS NOTICIAS INTERESANTES ACERCA DEL LSER.

En la Universidad de Michigan han creado el rayo lser ms potente jams creado, con una potencia de 300 terawatios. Este tipo de "chispas csmicas" ayudar a los cientficos en muchos campos de la ciencia. Se le llamo Hrcules. Es decir este potente rayo tiene una capacidad de aproximadamente 300 veces la red de electricidad de los Estados Unidos.

El primer sistema del mundo de carros automticamente guiados mediante tecnologa lser, desarrollado por Rocla Oyj, se aprovecha, por ejemplo, en las plantas papeleras. El sistema comprende una unidad central de control y carretillas elevadoras automatizadas que recorren itinerarios programados entre los puntos de procesamiento de sus cargas y realizan labores de elevacin y transporte sin operario.

Los cientficos, encabezados por el profesor Gero Miesenbck, de la Universidad de Oxford, activaron en las hembras por control remoto, mediante un rayo lser, la neurona que en los machos es responsable del cortejo sexual. El resultado fue que ls hembras de la mosca de la fruta ('Drosophila melanogaster') se comportaban igual que los machos tras recibir este estmulo.

ConclusionesLas aplicaciones cientficas del lser son muy variadas. Difcilmente un solo libro dedicado tan slo a este tema sera suficiente para mencionarlas, las mismas se pueden encontrar como hemos visto ya, en cualquier sector de la sociedad actual. Estas incluyen campos tan dispares como la electrnica de consumo, las tecnologas de la informacin (informtica), anlisis en ciencia, mtodos de diagnstico en medicina, as como el mecanizado, soldadura o sistemas de corte en sectores industriales y militares.

Por tanto las tareas desempeadas por los lseres van de lo mundano a lo esotrico si bien comparten un elemento comn: son difciles o totalmente imposibles con cualquier otro instrumento. Aunque por lo general los lseres son aparatos relativamente caros existe un incremento elevado de su utilizacin a nivel mundial, debido a su propiedad de suministrar la forma y la cantidad de energa requerida en el lugar deseado. Bibliografa utilizada.

-Chang, Williams: Principles of Quantum Electronics; Lasers: Theory and Applications, Addison Wesley, Massachusetts, 1963.-Fisica Moderna (Teoria y Problemas) Tomo I Mesa, Apuntes para un libro de Texto. Pp264-271. Autores: Lazaro Benavides l, Angel Augier c. Y amparo Patio Castro -http://www.um.es/LEQ/laser/index.htm-http://html.rincondelvago.com/rayo-laser.html-http://www.efisioterapia.net/articulos/accesible.php?id=179Autor:

Andy Willian Mesa Mederos

[email protected] biografa del autor.Andy Willian Mesa Mederos, estudiante de 3er ao de la Facultad de Ingeniara Mecnica de la Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Ciudad de Santa Clara. Provincia de Villa Clara. Cuba. Estudiante vinculado a investigaciones con el Centro de Estudios de Termoenergtica Azucarera (CETA) de la Facultad de Ingeniera Mecnica de la UCLV.

Pas: Cuba.

Ciudad: Santa Clara.

Fecha de elaboracin: 3 de julio de 2008._1274532119.unknown