¿Cómo se cuidan correctamente el cristal protector y la óptica del cabezal láser?

Si el cristal protector se cambia demasiado tarde, se limpia de forma incorrecta o se coloca sin cuidado, él mismo puede costar potencia y causar daños.

Este artículo describe los indicios, las causas y el procedimiento habitual con el que se cuidan el cristal protector y la óptica según las indicaciones del fabricante. Lo vinculante es el manual de instrucciones de su equipo y la evaluación de riesgos de su puesto de trabajo.

Para qué sirve el cristal protector en el cabezal láser

El cristal protector se encuentra, en la dirección del haz, detrás de la óptica de enfoque, es decir, entre la lente y la pieza. La bibliografía de patentes sobre ópticas láser nombra claramente su finalidad: protege las lentes, porque de lo contrario las salpicaduras de metal y los vapores del procesado ensuciarían la óptica.

En la limpieza láser, los productos de la eliminación de material se generan directamente delante del cabezal. La guía práctica de la DGUV FBHM-139 prevé una aspiración que los capte lo más cerca posible del punto donde se generan. Aun así, una parte de las partículas y de las salpicaduras de retorno puede llegar hacia la óptica.

El cristal protector tiene un límite: según Precitec, los cristales protectores impiden en gran medida la entrada de partículas de suciedad, pero no sirven contra las partículas que ya se encuentran en el interior del cabezal. Por eso, quien abra el cabezal debería hacerlo de la forma más limpia posible.

Cómo reconocer una óptica sucia

Los fabricantes mencionan en sus instrucciones estos indicios:

• puntos oscuros en la superficie, causados por polvo, aceite o residuos
• Manchas de quemadura, arañazos o un recubrimiento dañado
• Grietas o roturas
• pérdida de efecto o resultados irregulares con los parámetros sin cambios; en la soldadura láser, por ejemplo, una menor profundidad de penetración

Para la inspección visual, una guía de óptica recomienda luz intensa y, en su caso, una lupa, porque muchas impurezas y defectos son pequeños. Un fabricante de láseres de limpieza aconseja observar el cristal desde varios ángulos.

Por qué la suciedad cuesta potencia

La suciedad sobre una superficie óptica dispersa y absorbe radiación. Ambas faltan después en la pieza. Un fabricante de equipos de limpieza láser lo resume de forma escueta: si el cristal protector está sucio, se pierde el efecto de limpieza.

A ello se suma un efecto menos evidente. Si se depositan partículas sobre los elementos ópticos, estos se calientan debido a la mayor absorción. Como consecuencia, pueden cambiar las propiedades de refracción y, a medida que aumenta la contaminación, la distancia focal — el foco se desplaza. Este efecto se conoce como desplazamiento térmico del foco.

Por tanto, una óptica sucia no solo puede dejar pasar menos potencia, sino también modificar la posición del foco. El resultado empeora entonces, aunque en el equipo estén ajustados los mismos valores.

Cómo se producen daños derivados en la óptica

La radiación absorbida se convierte en calor. Una guía sobre la manipulación de componentes ópticos describe que, de este modo, las impurezas generan puntos calientes en la superficie que pueden provocar daños permanentes. En el cristal protector, esto puede llegar hasta la destrucción del cristal, como recoge una solicitud de patente publicada sobre ópticas de soldadura láser.

Si el cristal se agrieta o se rompe, la óptica que hay detrás pierde su protección. Según Precitec, las partículas que se depositan sobre las ópticas pueden contribuir incluso a un fallo por destrucción de la óptica.

Quien compensa la pérdida de efecto con más potencia envía más radiación a través de un cristal que ya absorbe más. Tiene más sentido revisar primero la óptica. Si los cristales protectores se queman repetidamente, un fabricante de láseres de limpieza menciona como posibles causas las salpicaduras de retorno y un caudal de gas auxiliar demasiado bajo.

El manual de instrucciones establece el procedimiento

Para el mantenimiento y la inspección, la FBHM-139 remite a las indicaciones de los fabricantes en el manual de instrucciones. Se mencionan expresamente los intervalos de mantenimiento, entre ellos la limpieza de los dispositivos ópticos.

No existen intervalos uniformes. Un fabricante de equipos de limpieza láser indica un cambio obligatorio a las 200 horas de funcionamiento, así como en caso de grietas o rotura; si hay suciedad, el cristal también puede limpiarse. En cambio, unas instrucciones del fabricante para cabezales de corte recomiendan revisar periódicamente el estado en lugar de cambiarlo según un plan fijo. Por eso, un intervalo no puede trasladarse de un equipo a otro.

Antes del primer cambio, debería conocerse por el manual de instrucciones:

• qué cristal de repuesto es el adecuado, con dimensiones y longitud de onda
• si el cristal puede limpiarse y con qué
• qué partes del cabezal puede abrir el operador
• qué comprobación está prevista después del cambio

Preparación antes de abrir el cabezal

Para los trabajos de mantenimiento en el equipo, la FBHM-139 establece que solo pueden realizarse con el sistema láser apagado. En consecuencia, unas instrucciones del fabricante comienzan el cambio del cristal protector apagando la máquina y desconectando por completo la fuente láser.

Otros preparativos según las instrucciones de los fabricantes:

• limpiar el exterior del cabezal con un paño sin pelusa, para que al abrirlo no entre polvo en el compartimento óptico
• trabajar en un entorno lo más limpio y con el menor polvo posible
• tener preparados guantes limpios, un cristal protector nuevo, paños sin pelusa o papel de limpieza de lentes, un disolvente autorizado, una pera de aire y la herramienta adecuada

Cambiar el cristal protector paso a paso

El proceso depende del diseño — algunos cabezales tienen un anillo de retención, otros un portacristal extraíble. La secuencia resume lo que describen las instrucciones de los fabricantes. En caso de duda, prevalece el propio manual de instrucciones.

1. Apagar el equipo tal como indica el manual y limpiar el cabezal por fuera.
2. Aflojar el anillo de retención o el portacristal sin fuerza excesiva.
3. Sujetar el cristal usado solo por el borde — tocar la superficie deja huellas dactilares o aceite que afectan a la transmisión.
4. Eliminar el polvo suelto del alojamiento con una pera de aire.
5. Sujetar el cristal nuevo por el borde, retirar la lámina protectora si la hay y colocar el cristal plano y sin inclinación — según las instrucciones del fabricante, un asiento inclinado puede provocar un foco irregular.
6. Apretar el anillo de retención de manera uniforme y sin fuerza excesiva.
7. Comprobar que no haya huellas dactilares ni vetas y que el asiento sea firme; después, realizar una prueba de funcionamiento.

Para la prueba de funcionamiento se aplican las mismas medidas de protección que en el funcionamiento normal. Quien anote la fecha y las horas de funcionamiento del cambio puede cumplir realmente un intervalo según las indicaciones del fabricante.

Cuándo basta con limpiar y cuándo es necesario cambiar

Unas instrucciones del fabricante distinguen: la suciedad leve puede limpiarse si la superficie y el recubrimiento están intactos. En caso de manchas de quemadura, arañazos o recubrimiento dañado, la limpieza no restablece la potencia. En caso de grietas o rotura, otro fabricante considera obligatorio el cambio.

Tampoco tiene sentido limpiar un número ilimitado de veces. Una guía de óptica advierte de que un contacto demasiado frecuente con disolventes y paños puede dañar la propia superficie. Por eso, antes de cada limpieza hay que comprobar cuán intensa es la suciedad y de qué tipo es.

Si el operador puede trabajar en las lentes del interior del cabezal lo establece el manual de instrucciones. La FBHM-139 prevé que los trabajos de mantenimiento solo los realice personal especializado, por ejemplo de los fabricantes, o personas formadas para ello.

Medios adecuados para la limpieza

La guía de óptica empieza sin contacto: el polvo suelto se elimina soplando con una pera de aire o con gas comprimido inerte. Los botes de gas comprimido no deben agitarse y deben mantenerse en posición vertical, para que no llegue propelente a la superficie.

Si eso no basta, se limpia con disolvente:

• Paños: papel de limpieza de lentes, paños de algodón puro o bastoncillos ópticos, no los de droguería
• Disolventes de calidad óptica, como acetona, metanol o isopropanol; las instrucciones de los fabricantes de cabezales láser mencionan también etanol de alta pureza
• Guantes o dediles durante todo el proceso

Lo determinante es qué producto autoriza el fabricante del equipo. La mayoría de los disolventes son tóxicos, inflamables o ambas cosas, y deben manipularse con la precaución correspondiente.

El método de goteo

Para superficies planas, la guía describe el método drop-and-drag: se sostiene una hoja nueva de papel de limpieza de lentes sobre la superficie, se aplican sobre ella una o dos gotas de un disolvente de secado rápido y, a continuación, se arrastra el papel húmedo lenta y uniformemente sobre la superficie. Cada hoja se utiliza una sola vez. Un fabricante de láseres de limpieza recomienda limpiar en una sola dirección.

Errores típicos al cambiar y al limpiar

Estos puntos contradicen las instrucciones mencionadas:

1. Se toca la superficie óptica con los dedos desnudos; la grasa de la piel puede dañarla de forma permanente.
2. El cristal se limpia en seco, aunque los paños deberían estar siempre humedecidos con disolvente.
3. Se utiliza un paño varias veces.
4. El polvo se sopla con la boca — así llegan gotitas de saliva a la óptica.
5. Un cristal con manchas de quemadura o arañazos se limpia en lugar de sustituirse.
6. El cristal nuevo queda inclinado o el anillo de retención se aprieta demasiado.
7. El cabezal se abre en un entorno con polvo.
8. La pérdida de efecto se compensa con más potencia, sin revisar la óptica.
9. Se adopta el intervalo de cambio de otro equipo.

Seguridad y responsabilidades en los trabajos de mantenimiento

Según la DGUV Information 203-093, los equipos láser manuales para el procesado de materiales son predominantemente láseres de clase 4. La publicación incluye el mantenimiento y el servicio técnico como modos de funcionamiento que deben tenerse en cuenta en la evaluación de riesgos. El tipo, el alcance y los plazos de las inspecciones necesarias los establece el operador en el marco de la evaluación de riesgos.

La FBHM-139 establece para los trabajos de mantenimiento: solo con el sistema láser apagado y solo por personal especializado o por personas formadas para ello. Incluso después de la desconexión pueden existir en ese caso riesgos eléctricos considerables. Deben impedirse las manipulaciones del sistema, en especial de los dispositivos de seguridad. La publicación excluye expresamente los trabajos en los propios equipos láser, como el mantenimiento y el ajuste; para ello siguen siendo determinantes las indicaciones del fabricante.

Este artículo no sustituye ni el manual de instrucciones ni la evaluación de riesgos de su puesto de trabajo, y no constituye asesoramiento jurídico.

Fuentes

• DGUV – FBHM-139 «Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung» (trabajos de chorreado: limpieza y decapado con radiación láser) — Versión del 20.06.2024. Mantenimiento según el manual de instrucciones, incluida la limpieza de los dispositivos ópticos; requisitos para los trabajos de mantenimiento.
• DGUV Information 203-093 – Handlungshilfe für die Gefährdungsbeurteilung beim Betrieb von offenen Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung mit Handführung oder Handpositionierung (HLG) — Edición de abril de 2019. Mantenimiento y servicio técnico en la evaluación de riesgos; inspecciones y plazos de inspección.
• Precitec GmbH & Co. KG – solicitud de patente publicada DE102021123617A1 «Laserbearbeitungskopf mit Klebefalle» (cabezal de procesado láser con trampa adhesiva) — Calentamiento por depósito de partículas, desplazamiento térmico del foco, límites de los cristales protectores.
• Inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH – solicitud de patente publicada DE19605018A1 — Consecuencias de los cristales protectores sucios en ópticas de soldadura láser.
• SCANSONIC GmbH – modelo de utilidad DE20314918U1 — Función protectora del cristal protector frente a salpicaduras de metal y vapores.
• Handling and Cleaning Procedures for Optical Components (guía, wavelength-oe.com) — Manipulación, inspección visual, soplado, método drop-and-drag y disolventes.
• STRION LASER – How to Replace the Protective Lens of a Laser Cleaning Machine — Instrucciones del fabricante para cambiar el cristal protector de un cabezal de limpieza láser.
• HARSLE – Laser Cutting Head Protective Lens Replacement — Instrucciones del fabricante para cabezales de corte, con criterios para limpiar o cambiar.
• PULSAR Laser – Zubehör für Laserreinigungsgeräte — Criterios de un fabricante para el cambio de cristales protectores.

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