Aplicaciones de la Microperforación Láser

La tecnología siempre está innovando y avanzando hacia nuevos horizontes. Los coches, los aviones o los edificios, son perfectos ejemplos de esta tendencia. Además, en las últimos años, la optimización del espacio también está teniendo gran importancia. En este contexto, por ejemplo, ha habido grandes avances en el campo de la electrónica, con microchips cada vez más pequeños y potentes. Siguiendo esta corriente, para poder producir estos elementos en miniatura, hacen falta técnicas de fabricación muy específicas. La tecnología láser, debido a su escala micrométrica, se ha convertido en uno de los grandes aliados de la industria. Si a esto le añadimos la gran versatilidad que presenta, hace que las aplicaciones como la microperforación láser estén cobrando mucha fuerza.

A continuación, os explicamos más sobre la microperforación láser, y algunas aplicaciones en las que hemos trabajado en ATRIA.

¿Qué es la microperforación láser?

La microperforación consiste en la realización de agujeros a escala micrométrica en un material. Usualmente, dichos agujeros suelen ser pasantes y atravesar todo el espesor del material, pero a veces también se utiliza este término para agujeros ciegos.

La tecnología láser permite el mecanizado mediante la retirada de material usando luz concentrada. Esto hace que no haya contacto entre la máquina y el material, evitando desgastes de herramientas y aportando gran calidad. La definición mínima que se puede conseguir mediante este mecanizado viene determinada por los elementos ópticos de focalización de la luz. Mediante el uso de lentes convencionales, es posible llegar a obtener diámetros de “spot” de trabajo desde 5 µm hasta el rango de mm. También es posible utilizar elementos ópticos de interferencia de patrones para obtener tamaños nanométricos, pero están poco extendidos en la industria.

La microperforación láser, por tanto, consiste en la realización de agujeros en los materiales utilizando luz como elemento de mecanización. Al poder tener diámetros de “spot” muy pequeños, hace que la definición y calidad de las microperforaciones sean muy buenas. También permite obtener tamaños de perforación tan pequeños que son imposibles de conseguir por otras técnicas.

¿Qué materiales se pueden tratar?

La calidad de la microperforación láser dependerá ampliamente de la interacción que tenga el tipo de láser con el tipo de material. El núcleo emisor de luz de los láseres emite en una determinada longitud de onda. De esta forma, podemos encontrarnos con láseres ultravioletas, verdes o infrarrojos, entre otros. A su vez, cada material absorbe energía lumínica en unas determinadas longitudes de onda. Por ello, el primer paso para poder microperforar un material, es asegurarse de que es capaz de absorber la energía lumínica transmitida por el láser.

Una vez comprobado que el material que se quiere microperforar absorbe la energía lumínica del láser, se pueden dividir los materiales en las siguientes categorías:

Metales

Ventajas

• Son fáciles de microperforar por láser, debido a su alta conductividad térmica y alta temperatura de degradación.
• Sus altas propiedades mecánicas hacen también que la cantidad de perforaciones que se pueden realizar por unidad de área sea muy elevada.

Inconvenientes

• Posible deformación térmica por acumulación de calor, que se soluciona con un buen diseño de agujeros y parámetros láser utilizados.
• Oxidación de las microperforaciones, que se soluciona usando gases inertes durante el proceso de perforación.

Polímeros

Ventajas

• Al tener bajos puntos de fusión, la energía necesaria para realizar las microperforaciones es reducida.
• Se puede trabajar a altas velocidades de ciclo.
• Fácil de incorporar la microperforación láser en líneas de producción de films.

Inconvenientes

• Altas probabilidades de deformación térmica para espesores medios, debido al fundido parcial del material cercano a la perforación.
• Posibilidad de quemado del material circundante a la microperforación.
• Bajas propiedades mecánicas, que hacen que sea necesario espaciar más las perforaciones.

Cerámicas

Ventajas

• Gran calidad de las microperforaciones al tener una baja conductividad térmica y un alto punto de fusión.

Inconvenientes

• Necesidad de aportar gran cantidad de energía para llegar a alcanzar la temperatura de fusión y de paso a fase gas.
• Posible rotura del material debido a grandes gradientes de temperatura en las microperforaciones.

Aplicaciones de la microperforación láser

Las aplicaciones en las que se necesita hacer uso de la microperforación láser están actualmente en auge. Esto hace que la microperforación láser esté ganando relevancia en los últimos años, y se está convirtiendo en un factor diferenciador para la industria.

Algunas de las aplicaciones que hemos trabajado en ATRIA Innovation son las siguientes:

• Filtros

  Para obtener filtros metálicos de pequeño diámetro de agujero, actualmente en la industria hay pocas alternativas. Si se quiere conseguir una gran densidad de agujeros y que estos sean de bajo diámetro, la opción más utilizada es la microperforación láser.

• Catalizadores

  Es importante en los catalizadores, el tener la mayor área aparente posible para favorecer las reacciones químicas. Debido a esto, normalmente se usan mallas a partir de hilos, aunque también se pueden microperforar láminas de catalizadores para obtener mayor cantidad de área.

• Permitir el paso de gas, pero no de líquido

  La separación de fases es un proceso que siempre ha tenido mucho interés industrial. Ahora, mediante microperforación láser, se pueden crear films con agujeros tan pequeños que dejen pasar los gases, pero no los líquidos.

• Dosificación controlada de líquido
  

  Es posible crear envases plásticos que sean autodosificados, dejando pasar una determinada cantidad de líquido cada cierto tiempo. La cantidad de líquido dosificado se puede controlar mediante el diámetro y cantidad de microperforaciones realizadas.

• Emisores de audio

  La realización de microperforaciones muy pequeñas mediante láser, permite que las ondas sonoras puedan atravesar los materiales sin reducir sus propiedades mecánicas. Esto hace que sea posible diseñar aparatos con salidas de audio en elementos estructurales o las propias carcasas sin necesidad de elementos adicionales.

• Paneles luminosos invisibles

  Se pueden crear microperforaciones de pequeño tamaño, casi invisibles, que permitan el paso de luz a través de ellas. De esta forma, cuando la luz está apagada se ve la superficie normal, y al encenderse, se puede mostrar el mensaje que se desee.

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