Los láseres están presentes hoy en día en casi todos los ámbitos de la producción automovilística. Se utilizan en todos los niveles de la cadena de suministro, desde los proveedores de componentes y materiales de tercer nivel hasta los fabricantes de equipos originales más importantes del mundo.
Y ahora los láseres hacen mucho más que soldar. Más allá del ensamblaje estructural, ayudan en la fabricación de baterías, la producción de electrónica de potencia, la preparación de superficies, la trazabilidad y un montón de aplicaciones que ni siquiera existían hace una década.
Este artículo ofrece una visión general del papel que desempeñan los láseres en la fabricación automovilística moderna. También destaca las características únicas del procesamiento láser , es decir, los factores que mantendrán a los láseres en el asiento del conductor a medida que la industria avanza hacia una mayor precisión, una mayor automatización y el rápido crecimiento de la movilidad eléctrica.
¿Qué tienen de especial los láseres?
Hoy en día, muchas industrias se enfrentan a las mismas presiones subyacentes. Deben ofrecer productos con mayor precisión, mejor calidad, tamaños más reducidos y menor consumo energético. A nivel de fabricación, también se enfrentan a mayores exigencias de rendimiento, requisitos de sostenibilidad más estrictos y una presión constante para reducir los costes.
Los láseres se han convertido en herramientas de fabricación tan ampliamente utilizadas porque suelen cumplir todos estos objetivos de forma más consistente que los procesos mecánicos, térmicos y químicos alternativos. Esto es así porque:
Los láseres no requieren contacto: al no haber desgaste de herramientas ni aplicación de fuerza, los procesos láser mantienen su consistencia a lo largo del tiempo.
Los láseres son muy selectivos espacialmente: un rayo láser puede enfocarse hasta micras o expandirse para cubrir varios metros cuadrados, lo que ayuda a los sistemas y operadores a colocar la energía solo donde es necesario.
Los láseres son coherentes y brillantes: la alta densidad de potencia permite una soldadura de penetración profunda, un corte rápido, cortes limpios y zonas afectadas por el calor mínimas.
Los láseres son eficientes: los láseres convierten la electricidad en energía óptica con gran eficiencia y luego acoplan esa energía a los materiales con muy poco desperdicio, lo que reduce la entrada de calor y el posprocesamiento.
Los láseres se automatizan fácilmente: casi todos los parámetros de salida del láser se pueden ajustar de forma remota y en tiempo real. Esto permite recetas de proceso complejas y cambios rápidos.
Los láseres funcionan con muchos materiales: la misma plataforma láser a menudo puede procesar acero, aluminio, cobre, aleaciones de níquel, aceros recubiertos, plásticos, compuestos y cerámicas.
Los láseres permiten una supervisión avanzada y un control de bucle cerrado: la retroalimentación del proceso , desde simples lecturas de potencia hasta mediciones en línea de la profundidad de soldadura, lo que permite un control láser automatizado y ayuda a lograr una consistencia superior entre unidades.
Ahora, hagamos un rápido recorrido por las áreas en las que los láseres están teniendo un mayor impacto en la fabricación de automóviles.
Carrocería en bruto
La carrocería en bruto es donde los láseres entraron por primera vez en la producción automovilística en la década de 1970, y su papel no ha hecho más que expandirse desde entonces. Hoy en día se utilizan habitualmente para la soldadura de alta velocidad, el recorte y la producción de piezas a medida.
La soldadura por láser es ventajosa porque produce costuras estrechas y profundas con un aporte mínimo de calor. Esto reduce la distorsión, mejora el ajuste y mantiene tolerancias dimensionales estrictas en conjuntos grandes.
La baja aportación de calor es especialmente valiosa cuando se trabaja con los materiales avanzados actuales, incluidos los aceros de alta resistencia y ultra alta resistencia. Estos pueden deformarse, agrietarse o perder sus propiedades mecánicas únicas con los métodos de soldadura tradicionales. La baja aportación de calor también ayuda a la hora de unir materiales mixtos, cuyas diferentes características de expansión térmica y fusión los hacen propensos a la deformación o al agrietamiento con la soldadura convencional.
Los láseres también permiten un movimiento continuo e ininterrumpido gracias a la soldadura sobre la marcha y a los cabezales de escaneo montados en robots. Esto permite a los fabricantes eliminar los retrasos por paradas y arranques y aumentar el rendimiento.
Y como los procesos láser son limpios, consistentes y repetibles, reducen la necesidad de reelaboraciones y las cargas de inspección posteriores. En combinación con la supervisión en línea de la profundidad de la soldadura y la posición de la costura, los láseres proporcionan a los fabricantes de equipos originales un método de unión de alta calidad que se integra fácilmente en los modernos talleres de carrocería automatizados.
Componentes del tren motriz y del chasis
Los láseres también desempeñan un papel cada vez más importante en la producción de componentes del tren motriz y del chasis, donde la precisión y la repetibilidad influyen directamente en el rendimiento, la durabilidad y la seguridad del vehículo. Muchas de estas piezas —cajas de transmisión, carcasas de unidades de transmisión, placas de refrigeración, soportes de montaje y componentes de suspensión— presentan geometrías complejas y espesores de material variables.
Todas estas aplicaciones de soldadura se benefician del estricto control térmico que proporcionan los láseres. El control preciso de la entrada de calor ayuda a producir uniones resistentes y uniformes con una distorsión mínima, lo que ayuda a los fabricantes a mantener la alineación y la integridad mecánica en piezas que funcionan bajo carga continua.
Las configuraciones de láser de fibra de doble haz desarrolladas recientemente amplían aún más estas ventajas al permitir la soldadura sin salpicaduras de componentes fundidos y mecanizados, un ámbito de aplicación que antes dominaban los láseres de CO₂. Los láseres de doble haz ofrecen un proceso limpio y estable, lo que resulta especialmente importante para los ensamblajes que contienen lubricantes, cojinetes o superficies de precisión que deben permanecer libres de contaminación.
Fabricación de baterías para movilidad eléctrica
En ningún otro ámbito se ha acelerado tanto la adopción del láser ni ha desempeñado un papel más decisivo que en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos. Las celdas, los módulos y los paquetes de baterías requieren una unión precisa y repetible de componentes de cobre, aluminio y níquel. Todos estos materiales son muy difíciles de soldar con los procesos tradicionales.
Los láseres proporcionan el control térmico preciso necesario para formar conexiones eléctricas mecánicamente resistentes y de baja resistencia. Y lo hacen sin dañar las películas separadoras, los adhesivos o las capas aislantes cercanas. Permiten la soldadura de alta velocidad de lengüetas a barras colectoras, la soldadura de láminas y el corte de precisión de colectores de corriente con un mínimo de rebabas o residuos.
Las configuraciones de láser de fibra de doble haz y haz oscilante vuelven a ser esenciales en este caso. Su uso reduce las salpicaduras y minimiza la porosidad. Esto proporciona una calidad de conexión constante en miles de uniones por paquete.
Las innovaciones en la supervisión óptica en línea mejoran aún más la calidad del proceso al proporcionar una validación en tiempo real de la profundidad de la soldadura, la posición de la costura y la consistencia. Todo ello proporciona a los fabricantes de vehículos eléctricos un proceso escalable y de alto rendimiento para construir las celdas, los módulos y las estructuras de los paquetes que constituyen el núcleo de la movilidad eléctrica moderna.
Motores eléctricos
El procesamiento láser es muy valioso en la fabricación de motores de tracción para vehículos eléctricos, especialmente aquellos construidos con diseños de bobinado en horquilla. Sus conductores de cobre deben pelarse, moldearse y soldarse con precisión para minimizar la resistencia eléctrica y cumplir con las estrictas tolerancias mecánicas en el bobinado final ensamblado.
Los láseres suelen utilizarse en primer lugar para eliminar el aislamiento de esmalte de forma limpia y precisa. Permiten exponer el cobre subyacente sin contacto mecánico, deformación ni daños térmicos. Estos resultados son difíciles de conseguir con métodos abrasivos o químicos.
Para crear las conexiones eléctricas finales, la soldadura láser produce uniones resistentes y con pocas salpicaduras, con una aportación de calor mínima. Esto protege el aislamiento, las laminaciones y los materiales de encapsulado epoxi cercanos. El haz doble , y en particular las implementaciones de haz oscilante, mejoran aún más el puenteo de huecos y la consistencia de la soldadura, lo que garantiza un rendimiento uniforme en miles de horquillas.
Interior y acabados
Los láseres admiten una amplia gama de operaciones de interior y acabado. Son útiles en este caso porque combinan precisión y velocidad y, a menudo, ofrecen un resultado estéticamente superior. Muchos componentes de plástico, tela, compuestos y recubiertos, especialmente aquellos visibles para el consumidor, requieren cortes limpios, perforaciones precisas o patrones de agujeroso elementos decorativos.
Las herramientas mecánicas tienen dificultades para crear estos bordes sin introducir rugosidad o deformación. Los láseres proporcionan bordes lisos y repetibles con un impacto térmico mínimo. Esto mejora el aspecto estético y reduce la necesidad de un posprocesamiento posterior para restaurar la apariencia. Su capacidad para cortar contornos complejos los hace ideales para aberturas en paneles de instrumentos, ventanas de sensores, rejillas de altavoces y perforaciones estéticas.
El marcado láser, y especialmente el marcado diurno/nocturno, se utiliza en todo el interior de los automóviles. Es ideal para botones retroiluminados, interruptores y piezas de acabado que requieren marcas atractivas, altamente legibles y, en ocasiones, complejas. Al no requerir herramientas y ser compatible con una amplia gama de materiales, el marcado láser facilita cambios rápidos de opciones y variantes sin necesidad de reequipamiento.
Trazabilidad y marcado de conformidad
Las propiedades deseables del marcado láser han llevado a su uso generalizado en aplicaciones de trazabilidad automotriz. La principal de ellas es la ausencia de contacto o desgaste de herramientas, lo que elimina el riesgo de distorsionar superficies delicadas. Además, dado que los láseres pueden generar marcas extremadamente pequeñas o grandes, son compatibles con todo, desde la micro-serialización hasta identificadores grandes y de alto contraste.
La capacidad de controlar el marcado láser mediante software permite la serialización o la modificación del contenido de la marca sobre la marcha, sin necesidad de reequipar la máquina. Y dado que los láseres funcionan en metales, plásticos, recubrimientos y compuestos, una sola plataforma puede marcar muchos de los materiales utilizados en un vehículo.
Algunas de las aplicaciones clave del marcado incluyen componentes de frenos, módulos de airbags y sujetadores estructurales. Estos requieren identificadores duraderos y permanentes que puedan soportar el calor, los fluidos y las vibraciones a lo largo de la vida útil del vehículo. Los componentes electrónicos y las carcasas, incluidas las unidades de control, los sensores y los módulos de alimentación, necesitan marcas que no dañen los componentes internos ni comprometan los sellos. Y en toda la cadena de suministro, la serialización y la codificación de matrices de datos permiten el seguimiento de las piezas, el control de variantes y el cumplimiento de los requisitos industriales y normativos.
Limpieza de superficies
Los láseres se utilizan cada vez más para la preparación de superficies cuando es importante controlar con precisión la profundidad de eliminación del material y preservar las estructuras subyacentes. La limpieza con láser lo consigue eliminando el óxido, los óxidos, los adhesivos y la pintura sin contacto mecánico ni medios abrasivos. El proceso deja al descubierto una superficie limpia y uniforme, evitando la distorsión, el daño del sustrato o los resultados inconsistentes que pueden producirse con el chorro o el esmerilado.
La baja aportación de calor mantiene intactas las propiedades del material circundante, lo cual es importante a la hora de preparar piezas para soldadura o unión adhesiva. Los láseres pueden incluso texturizar superficies con patrones controlados para mejorar la fuerza de adhesión o favorecer la humectabilidad. Dado que el proceso es programable, los fabricantes pueden aplicar estos tratamientos a regiones específicas sin necesidad de enmascarar ni fijar.
Curado de recubrimiento en polvo
El uso de sistemas láser de diodo de alta potencia para el curado de recubrimientos en polvo está empezando a imponerse. Esto se debe a que el curado por láser ofrece varias ventajas con respecto a los hornos tradicionales de convección o lámparas IR.
Dado que los láseres proporcionan un calentamiento localizado, solo las áreas recubiertas alcanzan temperaturas de fusión y fluidez. La luz láser infrarroja de banda estrecha es absorbida intensamente por las partículas de polvo, lo que mejora la eficiencia del curado y minimiza el calentamiento general de la pieza subyacente. La eficiencia de conversión eléctrica de los láseres de diodo también es sustancialmente mayor que la de otras fuentes infrarrojas, lo que significa que una mayor parte de la potencia de entrada se destina directamente al curado en lugar de perderse en forma de exceso de calor.
En conjunto, estas características hacen que el curado por láser sea significativamente más rápido y eficiente desde el punto de vista energético que otros métodos. Además, el curado por láser de recubrimientos en polvo se presta al control del proceso en línea para ofrecer resultados muy uniformes.
Primeros pasos con una solución láser
Aunque el procesamiento láser ofrece numerosas ventajas, los mejores resultados y los más rentables para una aplicación específica se obtienen más fácilmente colaborando con un proveedor de soluciones láser con experiencia.
¿Está desarrollando u optimizando un proceso de fabricación automotriz? Los proyectos automotrices suelen comenzar en nuestros laboratorios de aplicaciones, donde ayudamos a desarrollar, validar y optimizar los procesos antes de implementarlos y ampliarlos a la producción. A medida que aumentan los requisitos automotrices, IPG sigue siendo un socio comprometido con soluciones láser fiables y de alto rendimiento.
