Revista de Ingeniería Eléctrica y Tecnología Electrónica

Estructuración de superficies de herramientas ópticas mediante refundición láser

Evgueni V. Bordatchev,

Planteamiento del problema: El rendimiento funcional de los productos y componentes de iluminación óptica depende críticamente de tecnologías avanzadas para la fabricación rentable de herramientas con estricta calidad de superficie y precisión de geometría de forma. Los avances recientes en el procesamiento de materiales por láser han dado como resultado el desarrollo de los fundamentos de una novedosa tecnología única de adición/eliminación sin material conocida como proceso de estructuración de superficies por refundición láser (SSLRM) [1-3]. Durante el SSLRM, el rayo láser se mueve sobre la superficie de una pieza de trabajo con una velocidad constante y una potencia láser controlada sincrónicamente mientras que la geometría de superficie deseada se define como una función de un algoritmo de control de potencia láser. En consecuencia, se forma una nueva geometría de superficie debido a la redistribución y reubicación del material fundido de la pieza de trabajo. Es un proceso termodinámico complejo y altamente no lineal donde la fusión rápida, la reasignación y la solidificación rápida del material se controlan mediante los parámetros de la irradiación láser de onda continua aplicada. El propósito de este estudio es avanzar en los desarrollos preliminares de SSLRM hacia aplicaciones de herramientas ópticas [4, 5]. Metodología: Se eligió una guía de luz iluminada por el borde en cuña (WELLG) como un elemento típico de la iluminación trasera de automóviles. Inicialmente, se diseñó ópticamente un WELLG en forma de seno donde se encontró que sus parámetros geométricos (por ejemplo, período de 500 µm, amplitud de 40 µm, ángulo de cuña de 2°, hecho de plástico PMMA) aseguraban una eficiencia de entrega de luz de >50% mientras cubría >80% del área iluminada. Se fabricó un inserto de metal de acero para herramientas DIN 1.2343 (AISI H11) utilizando el proceso SSLRM (fig. a), se replicó en plástico PMMA mediante estampado en caliente como un prototipo WELLG funcional (fig. c), y se evaluó su rendimiento óptico (fig. d). Hallazgos: Se logró un período de 498,2 ± 3,8 µm y una amplitud de 40,0 ± 2,0 µm para el inserto de herramienta fabricado. El prototipo WELLG de plástico ha demostrado un rendimiento de entrega de luz altamente eficiente mientras cubre completamente el área iluminada. Conclusión y significado: Este estudio demuestra un alto potencial en la aplicabilidad del proceso SSLRM para la fabricación eficiente de herramientas ópticas para funciones y productos de guía, distribución e iluminación de luz, especialmente para la industria automotriz, de energía solar y biomédica.