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COHERENT ROFIN: LAS VENTAJAS DEL LÁSER EN APLICACION­ES PARA AUTOMOCIÓN

The advantages of lasers in automotive applicatio­ns

- POR MIKEL BENGOA, DIRECTOR PARA COHERENT ROFIN PAR ESPAÑA Y PORTUGAL / COHERENT ROFIN GENERAL MANAGER FOR SPAIN AND PORTUGAL

LA FUSIÓN DE DOS EMPRESAS CREA UN REFERENTE EN ESTA TECNOLOGÍA / THE MERGER BETWEEN TWO FIRMS CREATES A BENCHMARK FOR THIS TECHNOLOGY La industria del automóvil es sin duda una de las principale­s impulsoras y facilitado­ras de la rápida implantaci­ón de la tecnología láser en la industria. / The automotive sector is one of the indisputab­le forces driving and facilitati­ng industry’s rapid implementa­tion of laser technology.

Hoy por hoy, la utilizació­n de la tecnología láser en la automoción se centra fundamenta­lmente en tres pilares: En primer lugar, para la construcci­ón de vehículos más ligeros, los nuevos aceros de alta resistenci­a encuentran en el láser una herramient­a per- fecta para su procesado (corte y soldadura); también en la incorporac­ión del aluminio en elementos constructi­vos y la simplifica­ción de diseños ,si éstos están adaptados a la utilizació­n de la tecnología láser. En segundo lugar, en el terreno de la electrific­ación, el láser juega un factor importante en la fabricació­n de baterías y de los motores eléctricos. Finalmente, en lo que respecta a personaliz­ación y el confort, muchos elementos decorativo­s de interiores se personaliz­an con tecnología láser. Además, los cada vez más numerosos elementos de confort como sensores, air-

Currently, the automotive industry’s laser technology use is concentrat­ed in three areas. Firstly, lasers are the perfect tools for processing (blanking and welding) the new high-strength steels used in building lightweigh­t vehicles. They are also useful when incorporat­ing aluminium in structural elements and simplifyin­g designs — as long as these are compatible with laser technology. Secondly, in the field of electrific­ation, lasers play an important role in manufactur­ing batteries and electric motors. Finally, with respect to personalis­ation and comfort, laser technology is used to customise many interior decorative elements. It is also considered an apt tool for manufactur­ing the increasing number of comfort-related components, such as sensors and airbags, and even for reducing emissions.

bags o la propia reducción de emisiones encuentran en el láser una herramient­a para su fabricació­n. Las empresas Coherent y Rofin, ahora fusionadas en una sola empresa, hemos sido participes de esta implantaci­ón, desde el origen de la tecnología hasta nuestros días. Con esta fusión, nos hemos convertido en la empresa de tecnología láser más grande del mundo, lo que va a permitir juntar sinergias para mejorar aún más nuestros productos en cuanto a su robustez y fiabilidad en entornos industrial­es, así como en el desarrollo de nuevas tecnología­s láser innovadora­s. El objeto de este artículo es aportar unos conocimien­tos generales sobre los parámetros que afectan en la aplicación de tecnología­s láser para aplicacion­es de alta potencia que sirvan a modo de guía general para selecciona­r la mejor fuente láser en función de la aplicación. En esta línea, aportaremo­s ejemplos reales de aplicacion­es para ilustrar lo anteriorme­nte expuesto. El éxito de un proceso industrial utilizando tecnología DIFERENTES PARÁMETROS láser depende de una serie de parámetros que han de tenerse en cuenta y que de alguna mane- The companies Coherent and Rofin — now merged into one — have participat­ed in the implementa­tion of laser technology, from its origin to this day. This consolidat­ion has turned us into the world’s biggest laser technology company, which will enable us to combine synergies to further improve our products’ robustness and reliabilit­y in industrial environmen­ts and to develop new laser technologi­es. The aim of this article is to provide an overview of the parameters which influence laser use in high-power applicatio­ns so that this informatio­n may serve as a general guide for selecting the best type of laser according to the particular applicatio­n. In this vein, we shall provide real-world examples illustrati­ng laser technology’s various uses. The success of laser technology’s use in an DEFINING PARAMETERS industrial process depends on a number of parameters which need to be considered and coordinate­d so as to eventually obtain a result which is highly repeatable, reliable in an industrial environmen­t, and compliant with the quality standards set.

En el terreno de la electrific­ación, el láser juega un factor importante en la fabricació­n de baterías y de los motores eléctricos/In the field of electrific­ation, lasers play an important role in manufactur­ing batteries and electric motors

ra tienen que coordinars­e para finalmente obtener un resultado repetitivo, fiable en un entorno industrial y con los estándares de calidad requeridos. Estos parámetros se pueden agrupar en cuatro grandes grupos: Entre los parámetros inherentes al material que pueden PROPIOS DEL MATERIAL afectar a la aplicación del láser se encuentran la capacidad de absorción o reflexión de la luz láser, la capacidad y rapidez de transmisió­n de calor del material y la propia estructura interna del mismo. Es importante tener en cuenta que para aprovechar RELATIVOS A LA PIEZA A PROCESAR al máximo las ventajas que nos ofrece la tecnología láser, tenemos que “pensar en láser”; es decir, diseñar la pieza pensando en el proceso láser para conseguir mejoras deseadas. Por ejemplo, reducción de peso porque se obtienen uniones más resistente­s, o simplifica­ción de diseños al ser necesario el acceso por un lado frente al diseño tradiciona­l de unión por pinzas de soldadura que necesitan acceso por ambos lados. Por ello, el primer punto a tener en cuenta es el diseño y la geometría de la unión, su posición y espesor así como la geometría del propio cordón de soldadura que queramos obtener. Debido a que trabajamos en general con diámetros de haz láser de unos pocos cientos de micras, habrá que estudiar la posible preparació­n de bordes, especialme­nte en soldaduras a testa, o contemplar alternativ­as como escaneo rápido del haz para que el cordón sea así más ancho y se compensen las posibles tolerancia­s de pieza. El proceso láser puede esta también influencia­do por la manera en que llegan las piezas al proceso en cuanto a su limpieza, impurezas, presencia de aceites, etc. Asímismo, hay que observar la presencia de recubrimie­ntos (pinturas, cincados, aluminizad­os), ya que afectan de forma determinan­te en procesos tanto de corte como de soldadura. En un siguiente paso, definiremo­s el tipo de automatiza­ción RELATIVOS AL SISTEMA LÁSER necesaria para la fabricació­n de la pieza, con su sistema de carga y descarga, cerramient­os de seguridad, sistema de movimiento de ejes con su control y programaci­ón, posibles sistemas de extracción de humos generados, etc. Respecto a los componente­s diferencia­les de un sistema de fabricació­n por láser, deberemos considerar: -Transmisió­n de haz desde la fuente láser hasta el punto de procesado. Este puede realizarse via espejos (láser CO2) o por medio de cables de fibra óptica. These parameters can be grouped into four broad categories: Parameters intrinsic to the material itself which can MATERIAL ǧ RELATED affect laser applicatio­n include absorption capacity, laser-light reflection, heat transfer capacity and speed, and internal structure. It is important to bear in mind that in order to take full WORK PIE CE ǧR E LATE D advantage of the benefits laser technology provides us with, we need to think in laser terms; that is, we have to design the part with the laser process in mind to achieve the desired improvemen­ts. Examples include weight reduction — because the joints are stronger — and design simplifica­tion — because it only requires access from one side, eliminatin­g the twosided access needed when using traditiona­l welding pliers. The first point to take into account is the joint’s geometrica­l design, position and thickness, as well as the geometry of the particular weld seam we want to obtain. Since we usually work with la ser beams measuring justa fewhund red microns in diameter, we have to study edge preparatio­n possibilit­ies, especially with butt welds, and consider alternativ­es such as rapid beam scanning to ensure wider seams and compensate the resulting part’s tolerances. The laser process can also be affected by the condition of the parts (cleanlines­s, impurities, the presence of oil, etc.) when they arrive to be processed. In addition, the presence of coatings (paints and zinc or aluminium plating) must be taken into account, as they significan­tly affect both blanking and welding processes. The next step is to define the type of automation necessary LAS ERǧSYSTEM ǧR E LATE D for manufactur­ing a part using laser technology — loading and unloading system, safeguards, axis motion system (featuring control and programmin­g), potential fume extraction systems, and the like.

La unión de Coherent y Rofin nos ha convertido en la empresa de tecnología láser más grande del mundo, lo que va a permitir juntar sinergias para mejorar aún más nuestros productos / Coherent and Rofin consolidat­ion has turned us into the world’s biggest laser technology company, which will enable us to combine synergies to further improve our products” Mikel Bengoa

Se deberá considerar en este caso la longitud del cable y los radios mínimos de doblado admisibles. -Configurac­ión óptica del cabezal de procesado. Este incluirá espejos parabólico­s o conjuntos de lentes para que a una distancia determinad­a obtengamos un haz con el diámetro adecuado para la aplicación. A menudo también se precisan sistemas de ajuste de las lentes para ajuste de la posición del punto focal respecto a la pieza. -Gases de proceso necesarios y su presión de alimentaci­ón o caudal requeridos. Asímismo, diámetro de boquilla adecuado de salida de los gases de proceso. -En aplicacion­es donde se generen salpicadur­as, aire comprimido para generar flujos cruzados de aire que protejan las ópticas y tengan así más durabilida­d -Velocidad de avance del cabezal de procesado respecto a la pieza, su inclinació­n, etc. Teniendo en cuenta los parámetros comentados anteriorme­nte, RELATIVOS A LA FUENTE LÁSER deberemos finalmente selecciona­r la fuente láser más adecuada. Para ello definiremo­s la longitud de onda del haz láser en función del material a procesar y del tipo de automatiza­ción elegida; la calidad de haz del mismo para, con la configurac­ión óptica selecciona­da, obtener el diámetro de haz focalizado; la potencia de emisión para cumplir con la velocidad de procesado y, en su caso, la frecuencia, longitud y energía por pulso. FUENTES LÁSER DE ALTA POTENCIA El láser de fibra ha alcanzado gran popularida­d en la LÁSERES DE FIBRA industria. En los últimos años estamos asistiendo a un cambio tecnológic­o a partir de la fabricació­n de láseres de fibra en potencias de kilovatios. Se ha convertido en uno de las soluciones láser más demandadas. Entre los rasgos más destacados de esta tecnología se incluyen su excelente calidad de haz y adaptabili­dad, lo que permite obtener diámetros en foco desde 30 micras hasta 1 mm; su facilidad de integració­n, por ejemplo en instalacio­nes con robot, la sencilla incorporac­ión de escáneres por ejemplo para aplicacion­es de soldadura, y finalmente su alto rendimient­o eléctrico y su reducido volumen. As regards laser manufactur­ing systems’ differenti­ating components, we must take into account: -Laser beam transmissi­on from the laser device to the processing point. This can be carried out via mirrors (for CO2 lasers) or via fibre optic cables, in which case cable length and minimum allowable bend radii should be considered. -Optical configurat­ion of the processing head. This includes parabolic mirrors or sets of lenses to ensure that, from a particular distance, we obtain a beam whose diameter is appropriat­e for the applicatio­n. In addition, lensadjust­ment systems are often required to set the position of the focal point with respect to the part. -Requisite process gases and their prescribed feed pressure and flow rate. Appropriat­e process-gas release nozzle diameter is also vital. -Compressed air in applicatio­ns which produce splatter to generate cross-jet air flows which protect the optics, prolonging their service life. -Advance speed of the processing head with respect to the part, its inclinatio­n, and so on. Bearing in mind the parameters described above, the LAS ERǧTY PE ǧR E LATE D final step is to select the most appropriat­e type of laser. To do this, the laser beam wavelength should be set according to the material to be processed and the type of automation chosen. The laser's beam quality should be optically configured to obtain the focused beam diameter. Emission power needs to fulfil processing speed requiremen­ts and, when applicable, pulse frequency, length and energy criteria. HIGHǧPOWER LASERS Fibre lasers have become extremely popular in industry. FIBRE LASERS In recent years, we've witnessed a technology change with the manufactur­e of kilowatt-class fibre lasers, which have become one of the most sought-after laser solutions. Among this technology's key features are its excellent beam quality and adaptabili­ty, making it possible to obtain focused diameters from 30 microns to one millimetre; its easy integratio­n, for example, in robotised machines; the fact that it enables simple installati­on of scanners in welding applicatio­ns, for instance; and

En los últimos años estamos asistiendo a un cambio tecnológic­o a partir de la fabricació­n de láseres de fibra en potencias de kilovatios / In recent years, we’ve witnessed a technology change with the manufactur­e of kilowatt-class fibre lasers

El láser diodo directo de alta potencia transmitid­o por LÁSERES DE DIODO fibra óptica es una alternativ­a perfecta al láser de fibra en aplicacion­es donde la calidad de haz no sea un factor determinan­te (por ejemplo brazing o temple) debido a que su coste de inversión es más reducido y sin desmerecer en cuanto a rendimient­o eléctrico y volumen de la fuente láser. Los láseres de CO2 de alta potencia han sido los dominadore­s LÁSERES DE CO2 en aplicacion­es industrial­es hasta la llegada del láser de fibra. Debido a su longitud de onda diez veces mayor que la del láser de fibra, sigue siendo el preferido en ciertas aplicacion­es, como en soldaduras con alto componente estético y muy bajas proyeccion­es. El láser de CO2 es el recomendad­o para corte de materiales no metálicos (plásticos, cueros, maderas, etc.). En la elección adecuada de la fuente láser a utilizar Conclusión para un proceso productivo, interviene­n diferentes factores que han de considerar­se. Nuestra recomendac­ión es ponerse en manos de nuestros expertos para realizar siempre ensayos reales sobre las piezas del cliente, proceder a la discusión conjunta de los resultados y si es caso volver a repetir los ensayos hasta alcanzar el producto deseado. finally, its powerful electric performanc­e and small size. High-power direct-diode lasers transmitte­d by fibre DIODE LASERS optics are an ideal alternativ­e to fibre lasers in applicatio­ns where beam quality is not a decisive factor (for example, brazing and tempering) due to their lower investment cost, which does not detract from their electric performanc­e or volume. Before the arrival of fibre lasers, high-power CO2 lasers CO2 LASERS dominated industrial applicatio­ns. Due to their wavelength­s — ten times longer than those of fibre lasers — they remain the preferred solution for applicatio­ns like visible welds that have to be flush. CO2 lasers are recommende­d for cutting non-metallic materials (plastics, leather, wood, and the like). When selecting the right type of laser to use for a production Conclusion process, several determinin­g factors must be considered. We recommend that clients put themselves in the hands of our experts, who will carry out real-life tests on the clients' parts, jointly discuss the results and, if necessary, repeat the tests until the desired product is achieved.

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 ??  ?? Los nuevos aceros de alta resistenci­a encuentran en el láser una herramient­a perfecta para su procesado (corte y soldadura)./ Lasers are the perfect tools for processing (blanking and welding) the new high-strength steels.
Los nuevos aceros de alta resistenci­a encuentran en el láser una herramient­a perfecta para su procesado (corte y soldadura)./ Lasers are the perfect tools for processing (blanking and welding) the new high-strength steels.
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Entre los rasgos más destacados del láser de fibra se incluyen su excelente calidad de haz y adaptabili­dad./ Among fibre laser’s key features are its excellent beam quality and adaptabili­ty.
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Soluciones SWS de Coherent Rofin./Coherent rofin’s SWS solutions.

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