Cabezal de 3 ejes
una historia de liderazgo europeo

Los orígenes del cabezal de 3 ejes

El marcado por láser sobre superficies no planas es parte del proyecto de investigación y desarrollo con el que en junio de 1990 fue fundada la empresa LASIT la empresa puede hacer gala de haber sido la segunda en el mundo (después de la americana General Scanning) que ha desarrollado el cabezal de 3 ejes. Desde 1990 hasta el año 2000 más del 90% de nuestras grabadoras han sido equipadas con esta tecnología, adaptada a aplicaciones cada vez más numerosas y respondiendo a todas las expectativas de sectores diferentes.

Un marcado láser se realiza con una calidad máxima cuando el punto de láser graba perfectamente en perpendicular sobre la superficie, concentrando toda la energía en un punto concreto, con un diámetro específico y un índice de tolerancia variable.

Sin embargo, no todas las piezas son planas ni tienen formas regulares y por todo ello se ha desarrollado la tecnología de tres ejes, que garantiza una elevada focalización del haz de luz láser sobre superficies cilíndricas, irregulares o de grandes dimensiones sin tener que volver a colocar manualmente el láser. Si en el pasado la distancia focal era fija e invariable, en la actualidad podemos controlar y programar las formas 3D mediante el software.

Marcado laser de alta velocidad y precisión

Además de ofrecer una potencia elevada, este sistema permite a los usuarios seleccionar el método de radiación láser idóneo para la aplicación. Esto contribuye considerablemente a mejorar la calidad del marcado y a reducir los tiempos de procesamiento, dos factores importantes para la producción.

Mecánicamente el cabezal de 3 ejes LASIT incluye un sistema de motores lineales, dos giratorios X e Y que hacen posible desplazar el haz de luz láser a lo largo de los ejes, y un tercer eje para el enfoque: el haz de luz láser pasa por un objetivo provisto de una lente móvil que, a su vez, está montada sobre un dispositivo de traslación lineal. El funcionamiento está controlado automáticamente mediante el software FlyCAD.

El corazón del cabezal de 3 ejes es el proyecto óptico, que varía según el tipo de aplicación y las necesidades de aplicación: el sistema puede adaptarse al tamaño del campo de trabajo y al tamaño del punto de láser requerido.

Los espejos de escaneo se encuentran después de las lentes del objetivo. El radio láser sin procesar entra en el sistema óptico a través de la lente de expansión dinámica. Las lentes del objetivo rediseñan el haz Gaussiano formado por las dynamic expander lens en la superficie de destino. El movimiento de las dynamic expander lens mediante el dispositivo de traslación lineal modifica la distancia del plano focal y como consecuencia el punto de foco dinámico. Los espejos (MX y MY) – que se encuentran en el módulo de escaneo XY – doblan el rayo y lo dirigen mediante deflexión angular para escanear la superficie de trabajo.

¿cuándo se utiliza y cuándo no?

Dado que un cabezal de escaneo de 3 ejes tiene un coste mayor que el sistema tradicional de 2 ejes, es conveniente comprender cuándo vale efectivamente la pena contemplar su uso.

Como ya hemos mencionado antes, la diferencia sustancial entre los dos sistemas está en la diferente tolerancia focal, o lo que es lo mismo, en la posibilidad de marcar una pieza que, por sus características geométricas, no está siempre a la misma distancia de enfoque con respecto al borde del cabezal de escaneo.

Considerar un área de marcado de 100×100 mm, un cabezal de 3 ejes tiene generalmente una tolerancia de enfoque de aproximadamente 40 mm, mientras que el convencional se limita a una tolerancia de entre 2 mm y 6 mm. Huelga decir que las áreas de marcado más grandes presentan una tolerancia de enfoque mayor.

Si el primer valor únicamente depende del diseño del cabezal (ya que puede volver a enfocarse según el dibujo), el segundo es variable dependiendo de algunos factores externos como:

  1. El material que hay que marcar: los materiales como el acero pueden marcarse con un desenfoque de hasta 5 o 6 mm, mientras que para el aluminio debe ubicarse en la distancia de enfoque exacta;
  2. La focal que se utiliza: con arreglo a ella se obtiene un campo más o menos grande, que varía en un rango comprendido entre los 100 y los 400 mm y que se elige principalmente según el área de marcado requerida, pero también en base a más factores.

De hecho, la elección de la focal depende también del tipo de procesamiento que se debe llevar a cabo y de la tolerancia que se considera necesaria. Así pues, una focal grande también se denomina “larga”, es decir, con una profundidad de campo mayor. Básicamente, el uso de una focal larga permite a menudo subsanar el problema de la tolerancia.

Sistema con lente de campo plano (2 ejes)

El sistema con lente de campo plano, comúnmente indicado con la sigla FFL (Flat field lens), aprovecha las propiedades ópticas de la lente para mantener el enfoque constante en la superficie de trabajo. Tiene la ventaja de mover solo los espejos de dimensiones reducidas y de ser muy rápido.

Cabezal de 3 ejes híbrido (Z dinámico)

El que se muestra en la foto es un sistema de 3 ejes, en el que el tercer eje se utiliza solo para modificar el punto de enfoque. Hay una lente montada en el eje lineal que, combinada con la lente siguiente, permite variar la focalización. Justo después está el sistema galvanométrico X e Y para mover el haz de luz láser en el campo de marcado, determinado por la lente FFL. Sin el movimiento de un eje Z mecánico exterior podemos marcar superficies no planas, a diferentes alturas o cilíndricas, acelerando todo el proceso con respecto al movimiento de todo el cabezal láser.

Cuidado con los engaños

Muy a menudo hemos leído y oído información sobre el cabezal de 3 ejes divulgada por motivos comerciales, pero sin alguna validez técnica. Intentemos arrojar luz sobre el tema sobre cuáles son, en la realidad actual, las posibilidades del cabezal de 3 ejes y las ventajas que podemos obtener, destacando al mismo tiempo los límites que todavía no han sido superados.

Qué puede hacer
  • Mantener el enfoque sobre una superficie no plana
  • Marcar a diferentes alturas sin desplazar el cabezal láser.
  • Marcar sobre superficies cilíndricas dentro de determinados límites ópticos
Qué no puede hacer
  • Marcar sobre superficies con sombras
  • Marcar cuando el ángulo existente entre el rayo láser y la superficie queda pequeño, por ejemplo, en un cilindro más allá de un cierto límite
  • Marcar sobre una superficie de la que no se conoce la forma
  • Corregir errores de forma de la pieza o del posicionamiento: si la pieza se desplaza, el láser no la reconoce
  • Corregir la deformación del dibujo, requiere un software adicional

Observando la imagen vemos que el problema real a tener en cuenta no es la variación del enfoque (que podemos efectivamente compensar con el cabezal de 3 ejes) si no el ángulo de incidencia.
En el ejemplo se aprecia que a 150 ° (±75 °) el rayo “escapa” a la pieza y la energía no llega a la superficie, haciendo que sea imposible realizar el proceso.

Data di Pubblicazione: 02/10/2019

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