El láser marca la diferencia

Códigos de barras, números, letras, símbolos… nada se le resiste a la poderosa tecnología de los equipos de marcaje basados en el láser. Máquinas precisas capaces de marcar infinidad de productos y materiales de por vida. Logismarket describe cómo funcionan, qué mercados están copando y cuál está siendo su evolución.

Para explicar el qué y el cómo de un sistema de marcaje por láser hay que conocer el principio en el que se basa esta tecnología, es decir, entender el funcionamiento de este rayo de luz que es el láser.

Cuando un átomo se excita varían los niveles de energía de los electrones y después tienden a volver a su estado anterior. En este último proceso desprenden fotones o partículas de luz. El láser es el aparato que controla la forma en que tales fotones son emitidos gracias a un medio activo que puede ser sólido (como el rubí), gaseoso (por ejemplo, el CO2), líquido o un semiconductor. Dicho medio activo se excita a través de descargas eléctricas o de una lámpara (una fuente de radiación), lo que a su vez excita a los electrones de los átomos para que emitan fotones. Sin embargo, los fotones se producen aleatoriamente y la radiación que se genera tiene distintas direcciones y longitudes de onda y, por tanto, una radiación monocromática incoherente. Es lo que se llama emisión espontánea de radiación.

El láser consigue esa misma emisión de radiación pero estimulada. En consecuencia, esos desorganizados fotones se organizan y estimulan a su vez a otros electrones para producir más fotones (amplificación), con una determinada longitud de onda, que depende de la diferencia de energía entre su estado excitado y su estado fundamental. Cuando uno de ellos, con una longitud de onda y energía concretas, encuentra a un átomo que tiene un electrón en el mismo estado excitado, se produce la emisión estimulada. El primer fotón induce o estimula la emisión del segundo y éste toma la misma fase, energía y dirección que el primero, produciéndose una luz coherente y monocroma.

Espejos mágicos
Lo que hace posible esta amplificación es el sistema de espejos del láser ubicados, por ejemplo, en cada uno de los extremos de un tubo. Los fotones chocan contra uno de estos espejos, rebotando y volviendo en dirección contraria, y en su camino estimulan otros electrones, que también emiten fotones. Esto hace que cada vez haya más fotones estimulando la emisión de más fotones, y así exponencialmente. Por último, uno de estos espejos que refleja la luz, deja pasar parte de ella. Es decir, emite el rayo o el haz de láser.

La principal singularidad es que nuestra luz protagonista es colimada; es un haz de rayos paralelos, a partir de un foco luminoso, que se puede orientar. Y es que la radiación del láser se dispersa particularmente poco. Otra característica es que es coherente ya que sus electrones se mueven de forma organizada.

Tales peculiaridades hacen posible que el láser puede estar muy concentrado además de ser realmente fino. Gracias a ello se convierte en una herramienta precisa y potente no solo para leer un código de barras sino para marcar, con la finalidad de codificar, e incluso para cortar. Pero, en esta ocasión, es la función de marcar lo que ha centrado nuestro interés.

Marcador

Marcado de por vida
Actualmente, por mucho que se resista cualquier material (aluminio, metales, vidrio, PET, cartón, PVC, polietileno, polipropileno, papel, etc.) es susceptible de ser marcado por un haz de láser. Lo que se persigue es grabar directamente en una superficie determinada un código de barras, una fecha de caducidad, un número de lote… El objetivo es que esa información permanezca visible durante toda la vida del elemento grabado y que sea posible obtener una trazabilidad. Además, desde el proveedor de soluciones de marcaje Videojet apuntan que los sistemas que utilizan el láser “aportan ventajas como una alta velocidad, una calidad de impresión uniforme y el hecho de que funcionen en áreas extremadamente pequeñas y en casi cualquier entorno, siendo muy fiables incluso en ambientes industriales adversos”.

El láser para marcar, mayoritariamente, se basa en dos tecnologías: la de CO2 (dióxido de carbono) o la de Nd:YAG. Hay otras pero son minoritarias y más caras. La primera permite un marcaje en papel, en cartón, en plástico y de forma puntual en vidrio, de modo permanente, claro y legible. Tradicionalmente, esta tecnología ha sido la estrella en el sector de las bebidas –cerveza y vino en su mayoría– y de los cosméticos. Son productos con un valor añadido cuyos fabricantes prefieren una mayor sofisticación y cadencia en el marcaje y una codificación más selecta.

Sin embargo, su coste se ha ido reduciendo a lo largo de los años siendo posible su aplicación en otros campos como la impresión en etiquetas o en el segmento del agua embotellada en PET. “Hace 20 años –relata Javier Téllez, responsable de láser para España y Portugal de Videojet–, una máquina de marcaje por láser de CO2 costaba 60.000 euros. Hoy, ha bajado hasta los 15.000”. La apuesta por estos sistemas por parte de nuevos sectores es lógica. Además de los usuarios de PET, también se emplean en los estuchados. “Cualquier compañía podrá utilizarlos en 2010”, señala Téllez.

Josep Vicens, project manager de la compañía Sinel Systems, especialista en sistemas de impresión y en etiquetaje autoadhesivo, resalta que el sistema láser de CO2 “no necesita más consumibles que el propio gas contenido en un tubo, que se gasta cada 30.000 horas de uso”. Y añade: “El único inconveniente es el coste inicial, pero se rentabiliza a partir del tercer año”. Según Javier Téllez, “asimismo, el ahorro en consumibles, por no necesitarlos, reduce los costes logísticos diarios”.

Láser 3

Un rayo poderoso
El funcionamiento de los sistemas de marcaje con tecnología láser con CO2 es sencillo. Una señal de radiofrecuencia provoca que este gas, que se encuentra dentro del tubo de la máquina, se estimule electrónicamente para generar un rayo láser. Cuando éste se enfoca sobre un material adecuado, es absorbido y se genera calor. El calor originado deja la marca deseada en el artículo a través de distintos mecanismos: el cambio de color como resultado de una reacción química, el grabado sobre la superficie (por ejemplo, el pirograbado en PET) y la ablación o eliminación del recubrimiento de dicha superficie.

La segunda tecnología láser, la de Nd:YAG, más poderosa pero también mucho más cara, proporciona una excelente calidad de haz; se emplea en el marcaje de metal, vidrio, plástico y otras superficies rígidas, donde los productos son de muy alto valor añadido (es el caso de los símbolos de los componentes de los vehículos) y en procesos industriales como el tratamiento de superficies y los mecanizados. “La energía generada a través de este sistema es infinitamente mayor que la producida en el tubo de CO2”, subraya Javier Téllez, de Videojet.

Evolución
Tal como se ha explicado, gracias a su evolución, estas tecnologías han visto reducir progresivamente el tamaño de los equipos “para que puedan ser integrados en cualquier línea de producción o aplicación”, dice Daniel Samsó, director comercial de Markem-Imaje Group, firma destinada a la codificación e identificación automática. Además, con este objetivo común de rebajar el volumen y el precio, comenta Samsó, “se están desarrollando nuevos tubos de CO2, que nos permitirán trabajar con potencias muy bajas en aplicaciones de alta velocidad”.

Igualmente, Javier Téllez apunta que con los avances se ha incrementado la rapidez de las CPU, el ordenador que controla el funcionamiento del conjunto de la máquina. Por su parte, Daniel Samsó califica la evolución de tales sistemas de “espectacular”. Samsó también puntualiza que “actualmente, existen equipos de tecnología matricial, vectorial y mixta, aportando cada uno de ellos diferentes soluciones para la industria”.

Sin embargo, lo más característico es que la progresión de la demanda. “Ello responde al interés de las compañías por utilizar tecnologías más económicas, flexibles y limpias y que impliquen un mantenimiento mínimo, si bien es cierto que éstas no son válidas para todas las aplicaciones actuales”, constata Samsó. Al igual que insiste para concluir en que “la incorporación de tintas o barnices termorreactivos permitirá que las aplicaciones láser penetren en sectores o procesos donde actualmente, por requerimientos de velocidad o potencia, no pueden ofrecer una solución fiable”.

Para saber más:

El dato
La palabra láser proviene de la misma en inglés laser, que son las siglas de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).

De compras
Muchas compañías se han especializado en la comercialización de equipos de marcaje y codificación basados en la tecnología láser. Sinel Systems es una de ellas. Entre sus productos destaca la serie K-1000 CO2, capaz de marcar a elevada velocidad etiquetas, cartón, PET, cristal, plástico, tejidos y madera, y con un cabezal ajustable para su instalación en cualquier línea de producción o su integración en máquinas de otros fabricantes. La serie dispone de tres modelos: el K-1010, el K-1030 y el K-1060, de 10 W, 30 W y 60 W, respectivamente.

En la empresa Videojet también cuentan, entre otros, con tres sistemas de marcado por láser de CO2. Son el 3120 (10 W), el 3320 (30 W) y el 3430 (50 W). Los tres ofrecen un marcado indeleble a gran velocidad. El primero puede marcar cajas especiales, cartón y cartulina, PET, dispositivos electrónicos o semiconductores, piezas de automóviles y productos extruidos. El 3320 está indicado para embalajes, enchufes, clavijas, sensores, dispositivos eléctricos, perfiles y aislamientos de puertas y ventanas. Y el tercero, que dispone de un brazo articulado y una pequeña cabeza remota codificadora escaneadora, marca extrusionados de caucho, plástico o madera.

La firma Cab España comercializa el Ytterbium láser de fibra en dos modelos, el FL10 (10 W) y el FL20 (20W). En este caso el medio activo es una fibra óptica compuesta de átomos de impurezas embebidos en el vidrio dentro del núcleo de la fibra. Se trata de una tecnología más potente y cara que la basada en el CO2, indicada para marcar plásticos, acero, aluminio y metales preciosos que no están en movimiento.