Marcado láser en vidrio: la revolución LASIT

Aplicaciones y Ventajas del Marcado Láser en Vidrio

El vidrio es un material de origen natural, compuesto principalmente de sílice _(SiO2). Es un sólido amorfo y, por tanto, sus átomos son rígidos como en un cristal, pero desordenados como en un líquido, por lo que son comparables a líquidos subenfriados de viscosidad muy elevada.

La mayoría de los vidrios disponibles en el mercado no están compuestos sólo de sílice; a este material se le añaden otros compuestos que modifican las propiedades del vidrio y lo hacen apto para distintos usos. Sin embargo, la adición de sustancias a la composición modifica la «laserabilidad» del material.

El vidrio industrial tiene una estructura más uniforme y, por tanto, se presta mejor al procesado por láser. El vidrio artesanal, en cambio, es menos apto para el procesado por láser. En este caso, es precisamente la artesanía la que puede provocar incoherencias en la composición y la estructura, como microfracturas que, sometidas al calor generado por el láser, podrían romper el vidrio.

Transparencia, compacidad y homogeneidad estructural, total inercia química y biológica, impermeabilidad a líquidos, gases, vapores y microorganismos, inalterabilidad en el tiempo, esterilizabilidad y perfecta compatibilidad ecológica gracias a la posibilidad de reciclarlo un número infinito de veces. Éstas son las excepcionales características intrínsecas del vidrio, fabricado íntegramente con sustancias naturales.

Una característica del vidrio es su escasa tolerancia a la dilatación térmica. Cuando el vidrio se somete al láser, se producen fracturas a nivel microscópico, que dan lugar a marcas o cortes.

Según el tipo de vidrio, el proceso de marcado puede realizarse de distintas formas.

• Vidrio sódico-cálcico:

El vidrio sodocálcico es el tipo de vidrio más común. Se utiliza en la fabricación de ventanas, botellas, vajillas de cristal y otros objetos cotidianos, y se presta bien al procesado por láser.

En este tipo de vidrio, el marcado se consigue mediante la generación de miles de microfracturas en la superficie del vidrio. El choque térmico hace que el vidrio se dilate y, al ser un material rígido, se fracture. El resultado es una marca opaca de aspecto satinado, bastante similar al mecanizado por métodos tradicionales, pero con un coste mucho menor.

Algunos ejemplos de aplicaciones se encuentran en la industria de la decoración (decoración de vasos y vajillas de cristal, cristales de ventanas, cristales interiores en general), en la industria del automóvil (grabado de códigos de identificación en los cristales de los coches), en la producción de cristalería de laboratorio (grabado de escalas graduadas).

• Cristal de cuarzo

El vidrio de cuarzo se obtiene fundiendo cuarzo en lugar de sílice. Sus características son alta resistencia a la temperatura, excelente transmisibilidad óptica y alta resistencia a la corrosión.

El tratamiento del vidrio de cuarzo mediante láser_de CO2 se realiza mediante fusión superficial. La fusión del material modifica la estructura reticular del vidrio, cambiando la refracción de la luz en relación con el resto de la superficie, lo que da lugar a un signo reconocible.

• Vidrio de silicato de boro

El vidrio borosilicato, también conocido por el nombre comercial de Pyrex, se obtiene añadiendo minerales como el boro al sílice junto con otros compuestos. La reacción química resultante produce un vidrio con una excelente resistencia a la dilatación térmica. Por eso se utiliza mucho en la fabricación de vajillas y productos de panadería. El vidrio de borosilicato puede marcarse con un láser_{de CO2}.

Ventajas del láser sobre vidrio frente a otras tecnologías:

El grabado de vidrio por láser es un proceso extremadamente eficaz que ha demostrado ser económicamente viable tanto para pequeñas series como para la producción en serie.

Semejante grabado:

• es resistente al desgaste, pero también a la corrosión y al contacto con sustancias agresivas, como detergentes concentrados o ácidos.
• Los costes son bajos porque no hay consumibles (aerosoles, tinta, pastas, etc.).
• Rapidez, incluso durante los cambios de formato: puedes marcar productos diferentes sin tiempo de inactividad.
• Alta definición, incluso para marcas muy pequeñas.

En comparación con un proceso como el chorro de arena sobre vidrio o el grabado mecánico:

• El grabado por láser no tiene limitaciones de diseño: el arenado es menos preciso que el grabado por láser y no puede crear detalles finos.
• Es un proceso más rápido: el arenado tarda más que el grabado por láser.

Tipos de láser: UV, CO2 y Picosegundo

La interacción entre el láser y el vidrio está influida por la longitud de onda del láser y la duración del pulso. Los láseres de picosegundos son ideales para aplicaciones de alta precisión.

Láser de picosegundos y vidrio

Los láseres de picosegundos generan pulsos láser extremadamente cortos, con duraciones de pulso en el rango de los picosegundos. Se caracterizan por una longitud de onda de 1030 nm y una circularidad del punto superior al 96%. Cada pulso tiene una duración de unos 1,9 ps y una energía máxima de 26,4 μJ. En modo ráfaga puede emitir pulsos de energía muy elevada (más de 230-250 μJ a 200 kHz).

Cuando estos impulsos golpean el cristal, la energía concentrada en un periodo de tiempo tan corto crea una interacción muy intensa con el material.

La energía del láser es suficiente para romper los enlaces químicos del cristal, creando pequeñas cavidades o incisiones.

A diferencia de los láseres con longitudes de onda más largas, los láseres de picosegundos generan un calentamiento mínimo del material circundante, ya que la energía se concentra en un breve instante de tiempo. Esto reduce el riesgo de daños térmicos al vidrio, lo que hace que los láseres de picosegundos sean ideales para aplicaciones de marcado y mecanizado de precisión.

Láser_{de CO2} y vidrio

Los láseres de CO2 emiten una radiación con una longitud de onda de 10600 nanómetros y una circularidad superior al 90%, que se encuentra en la región del infrarrojo lejano. Cuando esta radiación incide en el cristal, es absorbida por el material, provocando el calentamiento de la superficie.

La interacción entre el láser_{de CO2} y el vidrio puede provocar:

Fusión y ablaciónDebido al calentamiento, el vidrio puede fundirse o ablacionarse de la superficie. Esto hace que los láseres_{de CO2} sean adecuados para cortar y grabar vidrio, pero pueden ser menos precisos que los láseres de picosegundos en cuanto a los detalles del procesado.

Mayor propagación del calorLos láseres de CO2 generan más propagación del calor en el material que los láseres de picosegundos, lo que puede aumentar el riesgo de crear fracturas no deseadas o daños térmicos en el vidrio.

Láser UV y vidrio

Los láseres UV funcionan a longitudes de onda mucho más cortas, normalmente entre 100 y 400 nm, con una circularidad superior al 98%. Cuando esta radiación incide sobre el vidrio, puede provocar fenómenos de fotoablación, similares a los de los láseres de picosegundos, pero a una escala más gruesa.

Pruebas experimentales comparando UV, PICO y CO2

Las pruebas se realizaron marcando el mismo diseño (logotipo Lasit) en un cristal convencional con los parámetros de marcado óptimos para cada sistema óptico/fuente.

Los tipos de fuentes utilizados son: CO2, UV y Fibra (Pico con modo ráfaga).

Las mediciones realizadas y las imágenes capturadas se obtuvieron con el uso de un microscopio panfocal: Microscopio 4k – VHX Serie 7000, que permite ver el perfil tridimensional de la marca con niveles de zoom que van de un mínimo de 20x a un máximo de 2500x.

CO2 – Marcado superficial

Descripción de los resultados experimentales CO2

En el caso de la fuente de CO2, esto da lugar a un marcado caracterizado en general por una baja definición y una alta rugosidad (Ra=6um y Rz=24um).
En particular, se observa que los detalles de las secciones más pequeñas apenas son visibles, por lo que este tipo de fuente no se recomienda para hacer marcas con detalles pequeños y minuciosos.

Este resultado se debe al mayor tamaño del punto láser y al tamaño de grano de la superficie mecanizada, que tiene granos grandes (de unos 11500 ^um2).

Además, precisamente por el gran tamaño de la mancha y del grano, no es posible hacer marcas internas en el material.

Sin embargo, este tipo de marcado tiene la ventaja de tener un gran alcance de trabajo y profundidad de campo y un tiempo de marcado reducido.

UV – Marcado superficial

Marcado interno

Descripción de los resultados experimentales UV

En el caso de la fuente UV, el marcado se caracteriza generalmente por una buena definición y una elevada rugosidad (Ra=6um y Rz=26um).
En particular, se observa que los detalles de las secciones más pequeñas son claramente visibles, por lo que este tipo de fuente puede utilizarse para marcas con detalles pequeños y minuciosos.

Esto es posible gracias al menor tamaño del punto láser y a la uniformidad del tamaño de grano en la superficie mecanizada. Como la reactividad del material es alta con este tipo de fuente, suele observarse una mayor profundidad del perfil marcado (en pruebas de hasta 66um). Además, con este tipo de fuente es posible realizar marcas dentro del material, bien definidas y uniformes. Este tipo de marcado tiene la ventaja añadida de un gran alcance de trabajo y profundidad de campo.

Marcaje láser UV sobre vidrio: calidad, precisión y productividad para el sector promocional

En el mundo de los artículos promocionales y los regalos personalizados, el vidrio siempre ha sido un material prestigioso. Copas, botellas, trofeos, placas conmemorativas y artículos de regalo requieren una elaboración que respete la elegancia del medio y garantice resultados duraderos. El marcado por láser UV en vidrio se ha consolidado como la tecnología más eficaz para conseguir grabados superiores en vidrio, combinando una estética impecable con una alta productividad.

El marcado blanco sobre cristal mediante láser UV se caracteriza por un alto contraste y un aspecto elegante. El resultado final es una superficie lisa, uniforme y duradera que no se degrada ni siquiera tras repetidos lavados o exposición a los elementos. Para una empresa del sector promocional, esto se traduce en productos acabados que conservan su valor percibido y comunican profesionalidad al cliente final.

PICO – Marcado superficial

Descripción de los resultados experimentales PICO BURST

En el caso de la fuente de fibra con pulsos de picosegundos, el marcado se caracteriza generalmente por una alta definición y una baja rugosidad (Ra=2um y Rz=12um).
En particular, se puede observar que los detalles de las secciones más pequeñas son muy visibles, por lo que este tipo de fuente se recomienda para hacer marcas con detalles pequeños y diminutos.

Esto es posible gracias al reducido tamaño del punto láser, al bajo tiempo de contacto con el material y a la uniformidad del tamaño de grano en la superficie mecanizada, que es de unos 60 ^um2.

Como el pulso es del orden del picosegundo, toda la energía se utiliza para mecanizar la superficie, limitando la disipación de calor dentro del material. Por esta razón, la profundidad del perfil es baja (10um), limitándose a la superficie mecanizada.

Además, gracias a la función de busto con la que está equipado este tipo de fuente, es posible realizar marcas en el interior del material en dos tonos de color (claro y oscuro), que en ambos casos quedan bien definidos y uniformes.

Además, el tipo de marcado tiene la desventaja de tener un alcance de trabajo y una profundidad de campo reducidos.

Comparación de resultados