Láser pulsado o CW: ¿qué aporte de energía se adapta a la pieza?

Para los usuarios industriales resultan decisivos sobre todo el material base, el espesor de la capa, el estado superficial deseado y el tiempo de proceso necesario. Un sistema que convence al eliminar con precisión un recubrimiento fino no tiene por qué ser automáticamente la mejor opción para una superficie metálica grande y robusta.

Por eso la comparación no muestra qué tipo de láser es «mejor» en general. Lo decisivo es qué tecnología se adapta a la tarea de tratamiento concreta y permite en ella la relación más razonable entre calidad, velocidad y seguridad de proceso.

¿Qué diferencia el funcionamiento pulsado del continuo?

Los dos términos láser pulsado y láser continuo (CW) describen dos formas fundamentalmente distintas de suministrar energía láser. En un sistema pulsado la energía se emite en impulsos individuales limitados en el tiempo. Entre esos impulsos no hay energía o hay bastante menos. Un sistema CW trabaja de forma continua; CW significa «Continuous Wave».

En la práctica, esta diferencia significa que la energía se introduce en la superficie con otra distribución temporal. Un sistema pulsado puede alcanzar una potencia de pico elevada dentro de un intervalo de tiempo muy corto. Aun así, la potencia media puede ser comparativamente baja. En el sistema CW, la potencia ajustada actúa de forma continua durante el tratamiento. De ello pueden resultar curvas de temperatura y mecanismos de eliminación de material diferentes.

El Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT (Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser) describe, para la limpieza y el decapado, tanto fuentes láser pulsadas como fuentes de funcionamiento continuo. Qué fuente se emplea depende de la tarea de tratamiento concreta. Precisamente este enfoque orientado a la aplicación es decisivo para los usuarios B2B.

Por qué 300 vatios no son directamente comparables con 2.000 vatios

En una ficha técnica el cálculo parece sencillo al principio: 2.000 vatios son bastante más que 300 vatios. Sin embargo, para una comparación técnica entre sistemas pulsados y sistemas CW este planteamiento se queda corto. La indicación en vatios describe, de entrada, una potencia. Por sí sola no dice todavía con qué estructura temporal llega la energía a la superficie.

En un láser pulsado la energía se concentra en impulsos individuales. Por eso deben tenerse en cuenta además magnitudes como la energía del pulso, la duración del pulso y la frecuencia. En un sistema CW la potencia se transfiere de forma continua. Por tanto, un sistema pulsado de 300 W y un sistema CW de 2.000 W no son dos variantes de la misma herramienta en las que el segundo equipo sea simplemente «más potente». Pueden tener perfiles de tarea distintos.

Un sistema pulsado puede resultar adecuado, por ejemplo, cuando se debe tratar de forma controlada una capa fina y se requiere un aporte de energía lo más preciso posible. Un sistema CW, en cambio, puede ofrecer ventajas en superficies grandes y robustas cuando se exige un alto rendimiento de tratamiento. Por eso la magnitud de comparación correcta no son solo los vatios. Lo decisivo es: ¿con qué rapidez alcanza el sistema el estado superficial deseado en la pieza concreta?

Potencia de pico, energía del pulso y potencia media

Sobre todo en un sistema pulsado son relevantes varias magnitudes técnicas. La energía del pulso indica qué energía contiene un impulso individual. La duración del pulso describe cuánto tiempo se mantiene ese impulso. De una energía del pulso comparativamente alta y una duración del pulso muy corta puede resultar una potencia instantánea o de pico elevada. La frecuencia determina al mismo tiempo cuántos pulsos se generan por segundo.

De ahí se desprende por qué no basta con considerar únicamente la cifra de potencia media. Dos sistemas pulsados con idéntica potencia media pueden mostrar un comportamiento distinto sobre la misma superficie debido a parámetros de pulso diferentes. Por eso, para un usuario resultan interesantes al menos las siguientes magnitudes:

• potencia media, energía del pulso y duración del pulso
• Frecuencia
• anchura de barrido disponible
• foco y geometría del haz
• velocidad de desplazamiento posible

Solo en conjunto ofrecen estos parámetros una imagen técnica. Sin embargo, eso no significa que un comprador tenga que calcular por sí mismo toda la física del láser. Para la selección es más importante describir el caso de aplicación real con la mayor exactitud posible. El artículo sobre los factores de influencia en superficies metálicas profundiza en cómo interactúan estas magnitudes durante la eliminación de material.

Cómo se origina la influencia térmica

Una superficie absorbe la energía láser y la convierte en parte en calor. La intensidad con la que el material base se ve influido térmicamente depende, entre otros factores, de la energía aportada, del tiempo de interacción, de las propiedades del material y del movimiento del haz.

Gracias a sus tiempos de acción cortos, los sistemas pulsados pueden permitir un aporte de energía controlado para determinadas tareas. Esto resulta especialmente interesante cuando se debe tratar una capa de recubrimiento fina sobre un sustrato más sensible. En un sistema CW la energía se aporta de forma continua. Sobre piezas robustas esto puede permitir un alto rendimiento. Si, por el contrario, se trabaja demasiado despacio o se concentra demasiada energía en una zona pequeña, el aporte térmico puede aumentar.

De ello se deduce de nuevo: CW no significa automáticamente «demasiado caliente» ni el modo pulsado significa automáticamente «sin calor». Ambos sistemas deben parametrizarse correctamente. El material y la velocidad de desplazamiento influyen en ello tanto como la fuente láser. También la conductividad térmica del material base es relevante: el aluminio, por ejemplo, puede distribuir el calor aportado de otra forma que el acero inoxidable. Por eso la selección técnica debería basarse siempre en el material real.

El papel que desempeña el rendimiento superficial

En el uso industrial no cuenta exclusivamente el resultado visual. El tiempo de tratamiento es igual de importante. Las empresas deben saber cuánta superficie o cuántas piezas se pueden tratar en una hora o en un turno. El rendimiento superficial depende, entre otros factores, de:

• el tipo y el espesor de la capa
• la fuente láser y la potencia
• la anchura de barrido y la velocidad de tratamiento
• las pasadas necesarias
• el estado final deseado

Un proceso muy preciso puede funcionar técnicamente de forma excelente, pero resultar demasiado lento para un gran volumen de producción. A la inversa, una empresa que trata a diario solo unas pocas piezas de alto valor posiblemente no necesite el máximo rendimiento superficial.

Aquí se aprecia una diferencia esencial entre los distintos perfiles de uso. Una empresa de restauración puede tener un óptimo distinto al de un constructor de estructuras de acero. Un fabricante de utillaje puede tener requisitos distintos a los de una empresa que trata grandes construcciones metálicas. Por eso la pregunta por el tipo de equipo debería responderse siempre junto con la productividad realmente necesaria.

El óxido, la pintura y las capas de óxido plantean requisitos distintos

No todas las capas que se deben eliminar reaccionan igual.

Óxido

Los productos de corrosión pueden ir desde una ligera oxidación superficial hasta capas muy marcadas. En caso de corrosión fina, un proceso pulsado controlado puede resultar interesante. En superficies grandes y robustas con un grado de oxidación correspondiente, un sistema orientado a la potencia puede ofrecer ventajas. El campo de aplicación general se trata en la página Tratar el óxido sobre metal con tecnología láser.

Pintura

Los sistemas de pintura pueden estar formados por varias capas. La imprimación, la capa intermedia y la capa de acabado pueden tener propiedades ópticas y térmicas distintas. Por eso, durante el tratamiento el comportamiento puede cambiar en cuanto se alcanza una nueva capa. Si solo se debe descubrir una zona definida, la precisión puede ser más importante que el rendimiento máximo por superficie. En cambio, en un decapado completo de gran superficie puede ponderarse más el tiempo de proceso.

Capas de óxido

Los óxidos aparecen en espesores muy diversos. Las capas finas y los colores de revenido en los cordones de soldadura se diferencian claramente de una cascarilla gruesa. Por eso, tampoco aquí existe una recomendación general: la elección correcta depende de la capa y del estado final deseado.

Piezas sensibles y piezas robustas

Un factor de decisión esencial es el valor o la sensibilidad de la pieza. En superficies vistas de alta calidad, piezas metálicas finas, contornos de herramientas o aplicaciones de restauración suele primar un tratamiento controlado. Aquí, la posibilidad de una parametrización muy precisa puede ser especialmente importante.

En cambio, en piezas macizas de acero, componentes robustos de instalaciones o superficies grandes puede ponderarse más la productividad. Esto no significa que, por norma general, un sistema CW solo sea apto para trabajos bastos. Significa únicamente que las ventajas de una mayor potencia continua resultan especialmente relevantes allí donde la pieza y el resultado deseado permiten ese aporte de energía. Para la selección pueden ayudar las siguientes preguntas:

• ¿Qué valor tiene la pieza y qué sensibilidad tiene la superficie?
• ¿Qué alteración se puede admitir como máximo?
• ¿Qué tamaño tiene la superficie que se debe tratar?
• ¿Debe conservarse una superficie vista?
• ¿Se va a pintar, pegar o soldar a continuación?
• ¿Qué rapidez debe tener el proceso?

Esta información es mucho más significativa que la pregunta por un número concreto de vatios.

Aplicación móvil y superficies más grandes

El entorno de trabajo también influye en la elección. Un láser pulsado compacto puede resultar interesante cuando un operario tiene que cambiar con frecuencia entre distintas piezas o lugares de trabajo. En talleres, en restauraciones, en la construcción de moldes o en trabajos de mantenimiento puntuales, la movilidad desempeña un papel importante.

A su vez, un sistema móvil de mayor potencia puede encajar mejor en aplicaciones en las que se tratan superficies continuas más grandes. Para ello deben tenerse en cuenta la alimentación eléctrica, la refrigeración, la aspiración y la organización del puesto de trabajo.

Sin embargo, el tamaño de la máquina por sí solo tampoco lo dice todo. Lo decisivo es cómo es el proceso de trabajo en su conjunto. Si una pieza solo se puede transportar con dificultad, es posible que haya que llevar el sistema hasta la pieza. En cambio, en piezas de serie puede tener más sentido una célula de tratamiento estacionaria. La visión general de los sistemas y las clases de potencia de Beamlux muestra distintas versiones para este tipo de perfiles de uso.

Fabricación en serie y automatización

En una fabricación en serie, la valoración cambia. Aquí no se trata solo de si un operario puede tratar una superficie — el proceso debe ser repetible. Un escáner, un eje o un robot pueden guiar el cabezal de tratamiento a lo largo de una geometría definida. De este modo se pueden reproducir la velocidad, la distancia y la trayectoria de tratamiento. Esto puede ser relevante tanto en sistemas pulsados como en sistemas continuos.

Fraunhofer ILT y Fraunhofer IWS se ocupan del pretratamiento de superficies basado en láser y de la integración de estos procesos en secuencias de fabricación automatizadas. Tareas típicas pueden ser:

• preparación local de una superficie de pegado
• tratamiento de una futura zona de soldadura
• eliminación de una capa funcional
• limpieza de un contorno de herramienta definido
• preparación de una superficie destinada al recubrimiento

En los procesos en serie, además de la calidad superficial debe considerarse especialmente el tiempo de ciclo. Un sistema puede funcionar técnicamente y, aun así, no alcanzar el número de piezas exigido. A la inversa, un rendimiento de tratamiento máximo puede ser innecesario si el proceso láser ya trabaja más rápido que el paso de fabricación siguiente. Por eso, la máquina debe encajar en el proceso global.

Qué datos se necesitan para una selección

Una selección de equipo fiable no empieza con la pregunta por un modelo. Empieza por la pieza. Para una primera valoración técnica deberían estar disponibles, en la medida de lo posible, los siguientes datos:

• Material base: acero, acero inoxidable, aluminio, cobre u otro material
• Capa que se debe eliminar: herrumbre, pintura, óxido, cascarilla o residuo de proceso
• Espesor de la capa: película superficial ligera o capa muy marcada
• Superficie: unos centímetros cuadrados, piezas sueltas o varios metros cuadrados
• Frecuencia de uso: ocasional, diaria o continua dentro del proceso de producción
• Estado final deseado: visualmente limpio, técnicamente definido, listo para soldar, pegar o recubrir
• Movilidad: taller, lugar de trabajo cambiante o sistema integrado de forma fija

De estos datos resulta un perfil de requisitos mucho mejor. Solo después merece la pena comparar clases de potencia concretas.

Por qué el ensayo de material es más importante que la ficha técnica

Las fichas técnicas son necesarias, pero no pueden sustituir por completo una prueba de tratamiento real. Un ensayo de material muestra en poco tiempo qué preguntas son realmente relevantes: ¿se elimina la capa de forma limpia? ¿Qué aspecto tiene después el material base? ¿A qué velocidad se puede trabajar? ¿Qué anchura de escaneado es posible? ¿Cuántas pasadas se necesitan? ¿Y cuánto se diferencia un sistema pulsado de un sistema CW justo en esa pieza?

Precisamente la comparación directa puede resultar sorprendente. Un sistema con una potencia nominal más baja puede ser más rentable en una aplicación de precisión si es necesario menos retrabajo. A la inversa, en una superficie robusta una mayor potencia continua puede reducir el tiempo de tratamiento de forma tan clara que resulte económicamente ventajosa. Por eso, Beamlux ofrece ensayos de material y demostraciones en directo para aplicaciones concretas.

Seguridad en los sistemas pulsados y CW

Con independencia de la tecnología que se seleccione, las aplicaciones láser abiertas de alta potencia deben planificarse de forma segura. Los sistemas de limpieza guiados a mano pueden ser láseres de la clase 4. La ayuda práctica FBHM-139 de la DGUV «Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung» (trabajos con haz láser: limpieza y decapado con radiación láser), edición 06/2024, trata los correspondientes sistemas manuales de la clase 4.

En la evaluación de riesgos deben tenerse en cuenta, entre otros aspectos, la radiación láser directa y reflejada, así como las sustancias peligrosas que se generan durante el proceso. Por eso, la aspiración de proceso es un tema importante con independencia del tipo de construcción. Además, pueden ser necesarios:

• aseguramiento de la zona láser y apantallamientos adecuados
• gafas de protección láser y formación del personal
• control de acceso
• evaluación de las superficies reflectantes
• prevención de incendios y técnica de filtración adecuada

Para la protección láser en la empresa son además relevantes las TROS Laserstrahlung de la BAuA. Por eso, un sistema de mayor potencia nunca debe evaluarse exclusivamente en función de la velocidad de tratamiento: el puesto de trabajo y el concepto de seguridad deben encajar igualmente en la aplicación. Los puntos más importantes los resume la página Indicaciones de seguridad sobre la clase de láser 4.

Conclusión: la respuesta depende de la pieza

El aporte de energía adecuado para la pieza no se deduce de una única cifra de vatios. Ambas tecnologías poseen propiedades distintas. Los sistemas pulsados pueden ofrecer ventajas sobre todo en tareas controladas, precisas y localmente delimitadas. Los sistemas CW pueden convertir su mayor potencia continua en productividad en superficies robustas y en grandes áreas. Sin embargo, lo decisivo son siempre el material concreto y la capa que se debe eliminar.

Para una selección B2B deberían considerarse conjuntamente al menos los siguientes factores: material base, tipo de recubrimiento, espesor de la capa, estado superficial deseado, rendimiento por superficie necesario, carga de trabajo diaria, necesidad de movilidad, grado de automatización y requisitos de seguridad. Solo a partir de ahí se puede deducir qué tecnología se ajusta a la tarea.

Esto significa al mismo tiempo: un láser pulsado de 200 o 300 vatios puede ser, para una aplicación determinada, la solución técnica y económicamente mejor que un sistema CW claramente más potente. En otra superficie, el resultado puede ser justo el contrario. Por eso, la decisión debería tomarse, en la medida de lo posible, en el material original.

Fuentes

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT — «Reinigen» (limpieza): información sobre el procesado láser pulsado y continuo para limpieza, decapado y preparación de superficies.
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS — información sobre el pretratamiento de superficies mediante láser y los procedimientos de unión automatizados.
• DGUV — FBHM-139 «Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung» (trabajos con haz láser: limpieza y decapado con radiación láser), edición 06/2024.
• BAuA — TROS Laserstrahlung, versión de julio de 2018.

Contenidos relacionados