Lijado o ablación láser: ¿cuándo decide la precisión dimensional?
Lijado o ablación láser: ¿cuándo decide la precisión dimensional? En muchos trabajos de superficie, el lijado es la solución evidente: aplicar la herramienta, eliminar mecánicamente el recubrimiento o la corrosión y seguir tratando después la superficie. El procedimiento está disponible, es flexible y se conoce en prácticamente todos los talleres metalúrgicos.
En superficies funcionales de precisión, sin embargo, la pregunta cambia. Entonces no solo cuenta si se elimina una capa que molesta. También es relevante en qué medida se ven afectados el material base, la arista o la estructura superficial existente.
La eliminación de material por láser puede representar aquí una alternativa – aunque no para toda superficie y no automáticamente más rentable.
Por qué el lijado resulta tan atractivo en el taller
El lijado es uno de los procedimientos de tratamiento mecánico más consolidados.
Los equipos necesarios están muy extendidos. Los empleados conocen la forma de trabajar. El material de consumo está disponible y muchas tareas pueden iniciarse directamente sin un desarrollo de proceso complejo.
Esta sencillez tiene un elevado valor económico.
No todo soporte corroído necesita un sistema láser sofisticado.
Si un empleado deja una superficie robusta en el estado necesario en pocos minutos con una amoladora angular, esa es una referencia que hay que tomarse en serio.
La DGUV Information 209-002 «Schleifen» (lijado) trata en consecuencia una gran variedad de herramientas de lijado consolidadas y de formas de trabajo típicas.
Por eso, una valoración técnica sensata no debería intentar presentar el lijado como un procedimiento anticuado por principio.
La pregunta es más bien:
¿Dónde surgen, por el contacto mecánico, desventajas que sean relevantes para la pieza concreta?
Qué le hace a la superficie el arranque mecánico de material
Un abrasivo elimina material mecánicamente.
En este proceso no se distingue físicamente entre «recubrimiento no deseado» y «material base valioso».
Mientras el grano abrasivo mantenga contacto y actúe suficiente fuerza, puede eliminarse material.
En la práctica, el operario controla el proceso mediante:
- granulometría
- herramienta
- presión de contacto
- ángulo
- movimiento
- Tiempo de tratamiento
Un empleado con experiencia puede trabajar así con gran precisión.
Aun así, el procedimiento sigue siendo esencialmente mecánico.
En cuanto desaparece la capa superficial que molesta, el movimiento posterior puede afectar también al sustrato.
En superficies robustas eso puede ser totalmente irrelevante.
En una superficie de ajuste o en una arista delgada puede resultar decisivo.
La eliminación de material por láser, en cambio, no tiene contacto mecánico directo de la herramienta.
Los fundamentos técnicos al respecto se describen en el artículo ¿Cómo funciona la ablación láser al limpiar metal?.
Cuándo resulta relevante la precisión dimensional
No toda pieza tiene tolerancias estrechas.
Una viga de acero puede tolerar posiblemente sin problemas unas décimas de milímetro de alteración superficial.
En otros componentes la situación es distinta.
La precisión dimensional puede ser relevante, por ejemplo, en:
- superficies de ajuste
- superficies de estanqueidad
- contornos de herramienta de precisión
- piezas de pared delgada
- aristas definidas
- zonas de reparación
- componentes geométricamente críticos
Aquí no debería comprobarse solo con qué rapidez se elimina un recubrimiento.
También debería valorarse:
¿Cuánto material base se modifica con ello?
Un procedimiento que trabaja cinco minutos más rápido puede resultar, aun así, económicamente peor si después debe retrabajarse una superficie funcional.
Precisamente por eso, el retrabajo forma parte de toda comparación de procedimientos.
Aristas y piezas delgadas
En el tratamiento mecánico manual, las aristas representan una situación especial.
Si se guía una herramienta de lijado sobre una arista, la presión de contacto local puede variar.
Según la herramienta y la forma de trabajar, una geometría originalmente afilada puede redondearse.
En muchas tareas eso no importa.
Sin embargo, en piezas restauradas, ajustes o aristas de diseño visibles puede ser no deseado.
Algo similar se aplica a las chapas delgadas.
Aquí, además de la eliminación de material, también pueden resultar relevantes el calor y la acción mecánica.
Los procesos láser tampoco están automáticamente libres de influencia.
Con una parametrización inadecuada, la energía láser puede alterar el sustrato.
Por eso, la diferencia no está entre:
El lijado altera – el láser no altera nunca.
Sino entre dos formas distintas de introducir energía o acción mecánica en la superficie.
En aplicaciones sensibles debería compararse el estado final realmente alcanzable.
El desgaste de la herramienta como variable del proceso
Un abrasivo cambia durante su uso.
Los granos pierden filo, los discos se desgastan y la geometría efectiva puede variar.
Con ello, el comportamiento de tratamiento también puede variar a lo largo del proceso.
En los trabajos manuales, un operario con experiencia lo compensa a menudo de forma automática.
En procesos estandarizados, sin embargo, debería tenerse en cuenta el estado de la herramienta.
El material de consumo genera además:
- costes de compra
- necesidad de almacenamiento
- tiempos de cambio
- Eliminación de residuos
Esto no significa que esos costes tengan que ser especialmente altos.
Simplemente forman parte del cálculo del proceso.
En el láser no existe ningún cuerpo abrasivo que se consuma mecánicamente durante la eliminación de material.
A cambio, deben tenerse en cuenta los componentes ópticos de protección y los filtros.
También aquí, por tanto, la contraposición correcta no es «consumo frente a ningún consumo».
Los tipos de consumo son distintos.
Estrías y rugosidad deseada
La influencia mecánica puede ser expresamente deseada.
Si hay que dar rugosidad a una superficie para un proceso posterior de recubrimiento o de pegado, un proceso de lijado puede limpiar y generar al mismo tiempo la topografía necesaria.
Eso es una ventaja.
Una superficie lo menos alterada posible no es el objetivo para todo proceso posterior.
Por eso, Fraunhofer IFAM trabaja en los pretratamientos de superficie tanto con procedimientos abrasivos como con procedimientos basados en láser.
El estado final deseado decide cuál es la tecnología correcta.
También es interesante que procedimientos mecánicos distintos puedan generar estructuras superficiales distintas pese a valores de rugosidad similares.
Estudios en aceros austeníticos muestran, por ejemplo, diferencias entre superficies lijadas y superficies tratadas con chorreado con microesferas de vidrio.
De ello se deduce:
Un único índice de rugosidad no describe necesariamente el estado completo de la superficie.
Por eso, para los procesos técnicos de unión debería definirse qué propiedades superficiales se necesitan realmente.
Zonas localizadas en lugar de superficies completas
El lijado también puede aplicarse de forma localizada.
Un empleado puede tratar de forma selectiva un punto pequeño.
Sin embargo, en zonas geométricamente delimitadas de gran precisión aumenta el esfuerzo.
Si, por ejemplo, hay que dejar libre de recubrimiento una zona de contacto estrecha, el material contiguo debe protegerse en su caso o debe trabajarse con especial cuidado.
En el decapado por láser, Fraunhofer IFAM destaca el tratamiento localizado de límites nítidos.
En determinadas piezas, ahí puede residir una ventaja.
Ejemplos típicos serían:
- contactos eléctricos
- Puntos de puesta a tierra
- superficies de pegado definidas
- zonas de reparación localizadas
- zonas de unión estrechas
Cuanto más pequeña y precisa es la zona, más relevante económicamente puede resultar la capacidad de tratamiento localmente delimitado.
Velocidad de procesado
Para superficies grandes y sencillas, el lijado puede ser extremadamente rentable.
Una herramienta potente y un operario experimentado alcanzan tasas de eliminación de material elevadas.
Por eso, un láser debe ofrecer un beneficio adicional concreto para que la inversión esté justificada.
No obstante, al medir la velocidad se debería comparar el mismo estado final.
Si el amolado elimina material más rápido, pero después es necesario un tratamiento fino adicional, ese tiempo debe tenerse en cuenta.
Si el láser necesita varias pasadas lentas, eso también entra por completo en el cálculo.
Lo relevante es:
El tiempo hasta obtener la pieza aprobada.
No solamente la velocidad del primer paso de trabajo.
Accesibilidad y geometría
Una herramienta abrasiva necesita acceso mecánico.
El disco, el cepillo o la banda abrasiva debe poder alcanzar la superficie.
Las ranuras muy estrechas o las zonas interiores complicadas pueden resultar problemáticas.
Un láser, por su parte, necesita accesibilidad óptica.
Tampoco puede tratar socavaduras ocultas a través del material.
Por tanto, ambas tecnologías tienen límites geométricos.
La diferencia está en el tipo de acceso necesario.
Por eso, en una pieza concreta se debería comprobar:
¿Se puede aplicar mecánicamente una herramienta?
¿Se puede dirigir ópticamente un láser hacia la superficie?
¿Qué método alcanza más de las zonas realmente necesarias?
Automatización
El lijado se puede automatizar.
Los procesos de amolado asistidos por robot están establecidos en la fabricación industrial.
Sin embargo, el desgaste de la herramienta, la fuerza de apriete y las tolerancias de la pieza deben controlarse de forma adecuada.
Los procesos láser también pueden automatizarse.
Aquí, el movimiento del haz y el cabezal de tratamiento se guían mediante escáneres, sistemas de ejes o robots.
En un proceso óptico desaparece la fuerza de contacto mecánica entre la herramienta y la pieza.
Esto puede simplificar la planificación de trayectorias para determinadas tareas.
A la inversa, en el láser debe encontrarse una ventana de proceso estable para el aporte de energía.
También aquí ninguna tecnología tiene automáticamente el proceso de automatización más sencillo.
Los requisitos son simplemente distintos.
Polvo, aspiración y seguridad laboral
En el amolado pueden ser relevantes el polvo, las partículas, las chispas, el ruido y los riesgos derivados de herramientas rotativas.
La DGUV Information 209-002 describe los riesgos típicos de accidente y para la salud, así como las medidas de protección adecuadas para los trabajos de amolado.
En la eliminación de material por láser también se generan partículas y emisiones del proceso.
Además, en los sistemas abiertos de alta potencia debe tenerse en cuenta la propia radiación láser.
La DGUV FBHM-139 trata los láseres de limpieza de clase 4 y las medidas de protección necesarias.
Por tanto, la seguridad no debe generalizarse como ventaja de uno de los dos procedimientos.
Ambos procedimientos requieren un puesto de trabajo correctamente planificado.
Los tipos de riesgo son diferentes.
Cómo se realiza la comparación en la pieza
Para una decisión sólida resulta adecuada una superficie de referencia dividida.
Una pieza comparable o bien dos zonas idénticas se llevan al mismo estado objetivo con ambos procedimientos.
A continuación se evalúan como mínimo las siguientes magnitudes:
- Tiempo de tratamiento
- estado de la superficie
- Variación dimensional
- Rugosidad, si es relevante
- retrabajo
- material de consumo
- Tiempo de preparación
- Esfuerzo de manejo
En superficies funcionales críticas pueden ser necesarias mediciones adicionales.
Una simple comparación visual del antes y el después puede no ser suficiente en ese caso.
Cuándo el lijado sigue teniendo claramente sentido
El amolado resulta especialmente atractivo cuando:
- se trata de una superficie robusta,
- se permite la eliminación mecánica de material,
- se desea aumentar la rugosidad,
- basta con una herramienta sencilla,
- solo se realizan trabajos ocasionales,
- los costes de inversión deben mantenerse al mínimo.
En esos casos, el proceso mecánico puede ser la solución más rentable.
No hay motivo para sustituirlo solo porque exista una tecnología más nueva.
Cuándo debería evaluarse la ablación láser
Un proceso basado en láser resulta especialmente interesante cuando:
- el material base debe tratarse de la forma más controlada posible,
- se exponen zonas parciales con precisión,
- no se desea ninguna fuerza de contacto mecánica,
- se automatizan zonas locales recurrentes,
- los cantos o las superficies funcionales son relevantes,
- los abrasivos serían problemáticos en el entorno.
Si de ello resulta realmente una ventaja económica es algo que debe medirse en el proceso concreto.
Conclusión: la precisión dimensional puede ser más importante que la máxima capacidad de eliminación de material
Lijado o ablación láser: ¿cuándo decide la precisión dimensional?
En cuanto la superficie tiene una función técnica.
El lijado sigue siendo, para numerosas tareas robustas, un método rápido, sencillo y económicamente muy ventajoso.
Al mismo tiempo, el contacto mecánico puede influir en la estructura de la superficie y, con la eliminación de material correspondiente, también en la geometría.
La eliminación de material por láser ofrece un enfoque distinto, sin contacto mecánico de la herramienta.
Sin embargo, de ello no resulta automáticamente un mejor resultado.
La decisión debería responder a las siguientes preguntas:
- ¿Está permitido eliminar material base?
- ¿Se desea un aumento de la rugosidad?
- ¿Cómo de sensibles son los cantos y las superficies funcionales?
- ¿Qué tamaño tiene la superficie a tratar?
- ¿Qué retrabajo se produce?
- ¿Qué procedimiento alcanza antes el estado objetivo?
Solo entonces se puede valorar si el amolado o un proceso basado en láser resulta más rentable para la tarea concreta.
Fuentes
- DGUV Information 209-002 «Schleifen» — Riesgos típicos y medidas de protección en los trabajos de amolado.
- Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — Eliminación local y selectiva de recubrimientos.
- Fraunhofer IFAM – Oberflächentechnik — Comparación y desarrollo de procedimientos de pretratamiento mecánicos, abrasivos y basados en láser.
Contenidos relacionados
- Por qué el lijado resulta tan atractivo en el taller
- Qué le hace a la superficie el arranque mecánico de material
- Cuándo resulta relevante la precisión dimensional
- Aristas y piezas delgadas
- El desgaste de la herramienta como variable del proceso
- Estrías y rugosidad deseada
- Zonas localizadas en lugar de superficies completas
- Velocidad de procesado
- Accesibilidad y geometría
- Automatización
- Polvo, aspiración y seguridad laboral
- Cómo se realiza la comparación en la pieza
- Cuándo el lijado sigue teniendo claramente sentido
- Cuándo debería evaluarse la ablación láser
- Conclusión
Comprobar la superficie funcional con un ensayo de material
En piezas críticas en cuanto a medidas, la decisión no debería surgir de una comparación general de procedimientos. Un ensayo sobre el material real muestra qué aspecto tiene la superficie después de la eliminación por láser.