El marcatge per làser és una part habitual de molts processos de fabricació en la indústria, amb gran importància en el sector dels béns de consum ràpid (en anglès, fast-moving consumer goos, FMCG), ja que respecta el medi ambient sense perdre productivitat. La velocitat de les línies de producció és un factor determinant en la capacitat de producció de moltes indústries, però la seva escalabilitat es podria veure obstaculitzada per alguns límits fonamentals de les actuals tecnologies de marcatge làser. En l’actualitat, la majoria dels equips de marcatge làser es basen en un únic feix làser amb el corresponent processament seqüencial, que culmina en un coll d’ampolla de rendiment que limita la velocitat de la línia de producció d’impressió a una barrera de facto de 8 m/s. En aquesta tesi, reviso les tecnologies més avançades, els seus factors limitants i analitzo com poden superar-les futurs sistemes. Proposo, implemento i valido diverses plataformes que superen aquestes barreres mitjançant l’ús d’una matriu de feixos làser originats per matrius linials de làsers semiconductors o matrius linials de díodes làser acoblats a fibra, per al seu ús industrial en aplicacions d’impressió d’alta velocitat i alta resolució (f-LDA) i de codificació de molt alta velocitat (HP f-LDA). En tots els casos, es controlen en temps real mitjançant l’ús d’una arquitectura de computació reconfigurable d’alt rendiment integrada basada en FPGAs. Com a alternativa a la generació i processament de múltiples feixos làser en paral·lel, també proposo projectar imatges formades per beamlets làser sobre superfícies. Aquestes imatges es generen mitjançant tecnologies SLM o DLP. Per fer-ho de forma eficaç, les imatges han de renderizarse correctament perquè coincideixin amb la resolució, l’escala de grisos i l’amplada d’impressió requerides; i el sistema de control ha de calcular aquesta informació juntament amb la posició desitjada de la imatge impresa i la velocitat del producte que s’ha d’imprimir o marcar, la qual pot adquirir-se a partir d’encoders i sensors industrials. A més, presento un nou mètode multi-feix per imprimir en paper i cartró sense tinta. El mètode es basa en la carbonització del paper mitjançant una combinació de làsers que treballen en diferents longituds d’ona. Es crea un sistema de prova de concepte, basat en la combinació de sistemes comercials existents, per demostrar la viabilitat del mètode. Els resultats mostren que no es generen residus i que la qualitat de la marca és superior en termes de contrast i resolució als mètodes coneguts anteriorment. Les solucions industrialitzades presentades en aquesta tesi, poden imprimir imatges des de 50 a més de 300 ppp de resolució en substrats d’impressió amb amplades que van des de 570 µm fins a 100 mm, a velocitats de línia de producció de fins a 16 m/s. L’anàlisi realitzat, suggereix que podrien aconseguir-se velocitats encara més ràpides invertint en feixos làser addicionals, el que donaria lloc a tota una gamma de noves aplicacions en la Indústria 4.0.
High performance embedded systems for digital laser marking and printing
Bravo Montero, F. (Autor). 17 de gen. 2022
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral