Descripción de la infraestructura

El laboratorio de Mecanizado Láser (LS-LAB-UCA) del Departamento de Física de la Materia Condensada/IMEYMAT de la Universidad de Cádiz, es un laboratorio de procesado láser que está equipado con una estación de procesado láser de materiales, de última generación, denominada estación láser NANO-GLAS. La estación láser NANOGLAS es una estación de procesado láser con duración de pulso modulable, desde 190 femtosegundos (fs) a 400 nanosegundos (ns), y elevada frecuencia de repetición (hasta un megahercio (MHz)), que está específicamente diseñada para la generación directa de dispersiones coloidales de nanoparticulas, la fabricación de nanoestructuras y/o materiales nanoestructurados, el nano-texturizado superficial de materiales masivos, el mecanizado láser de materiales y/o el corte por láser de materiales.

La principal característica tecnológica que presenta el sistema láser NANO-GLAS es su capacidad para generar pulsos láser de elevada potencia (hasta 50 W), con diferente duración de pulso (desde 190 femtosegundos (fs) a 400 nanosegundos (ns)), con elevada frecuencia de repetición (desde un pulso láser único hasta un megahercio (MHz)), y con diferente longitud de onda (1030 ± 10 nm (Infrarrojo), 515 ± 10 nm (verde), y 343 ± 10 nm (ultravioleta)).

Para conseguir este objetivo, esta instalación láser integra cuatro fuentes láseres pulsadas integradas en una misma cabina de protección total contra la radiación láser:

1. Una primera fuente láser de pulsos ultracortos, con capacidad para emitir pulsos infrarrojos de elevada potencia (potencia nominal máxima ≥ 50 W), con duración ajustable entre 10 picosegundos (ps) a 190 femtosegundos (fs), frecuencia de repetición graduable desde un pulso único a 1 MHz y triple emisión láser a longitudes de onda de 1030 ± 10 nm (Infrarrojo), 515 ± 10 nm (verde), y 343 ± 10 nm (ultravioleta).
2. Una segunda fuente láser capaz de emitir pulsos infrarrojos de elevada potencia (potencia nominal máxima ≥ 30 W) con emisión en el rango infrarrojo, frecuencia de repetición de 2 kHz a un megahercio, y duración de pulso modulable de 100 picosegundos a 5 nanosegundos.
3. Una tercera fuente láser pulsada de nanosegundos con capacidad para emitir pulsos de luz infrarroja de elevada potencia (potencia nominal máxima ≥ 50 W) con duración y frecuencia de repetición del pulso láser modulable de 4 ns a 200 ns y de 2 KHz a 1 MHz, respectivamente.
4. Una cuarta fuente láser pulsada de nanosegundos (30 ns), con emisión en el rango visible (532 nm), potencia mínima de 15 W, y frecuencia de repetición entre un pulso único y 300 KHz. iv) Y una quinta fuente láser pulsada de nanosegundos (25 ns), con emisión en el ultravioleta (355 nm), frecuencia de repetición entre 1 pulso y 500 kHz y potencia mínima de 6 W.

Además, esta instalación está equipada con diferentes cabezales galvanométricos con lente focal f-Theta, montado en una plataforma motorizada de posicionamiento en el eje z (variación mínima de la altura de 200 mm), que permiten el direccionamiento de los haces láseres para realizar “barridos” sobre la superficie de la muestra a tratar, donde la posición del haz láser va variando en “x”, “y” y “z” con respecto a dicha superficie, permitiendo un control preciso de la distancia focal, la velocidad de barrido y del número de pulsos láser disparados sobre un mismo punto de la superficie del material irradiado. Por otra parte, esta instalación dispone de un sistema de ejes lineales X-Y motorizados para el posicionamiento (recorrido máximode 200 mm x 200 mm), con gran precisión, del haz láser con respecto a la superficie de la muestra. Esto permite combinar, con muestra en movimiento, el barrido producido por el cabezal galvanométrico con el movimiento los ejes X-Y de posicionamiento, incrementando el área de procesado total de la superficie de la muestra con respecto al que se puede barrer únicamente con el cabezal galvanométrico.

Por otra parte, es importante señalar que esta instalación cuenta con un sistema de medida y análisis integrado en el interior de la cámara de trabajo del sistema láser NANO-GLAS, que permite un pre-análisis y pos-análisis in situ de la superficie de las muestras, que van a ser procesadas mediante láser, y/o el mecanismo de generación de nanopatículas y/o nanoestructuras. Este sistema está formado por:

1. Un cabezal óptico de visión y análisis con tripe tecnología de adquisición: escaneo confocal, interferometría óptica y de variación de enfoque.
2. Un sistema de vacío para el procesado láser de materiales en diferentes ambientes de trabajo (gases y/o líquidos), que está equipado con una cámara CMOS ultrarápida de tecnología iCCD con resolución temporal de nanosegundos, que permite el análisis de la interacción espacio-temporal entre el haz láser y la pluma de plasma, que se genera por la eyección del material arrancado de la superficie de las muestras irradiadas con láser.
3. Un espectrógrafo sintonizable, motorizado, de alta resolución, con red de difracción de 1200 l/mm, que permite analizar la composición química de la nube de material eyectada de la superficie de la muestra sometida a mecanizado/texturizado/ablación láser.

Dado que la instalación láser NANO-GLAS integra en una misma estación varias fuentes láseres pulsadas y sistemas de análisis, esta instalación dispone de:

1. Una serie de conjuntos opto-mecánicos automatizados por software, necesarios para el guiado y alineamiento de todos los haces láser a los cabezales de procesado.
2. Un sistema de visionado de la zona de muestra a irradiar.

• Un sistema de medida de la energía láser que llega a la muestra a tratar y

1. Un software de control que permite controlar de forma simultánea, los parámetros de trabajo de las fuentes láser, el sistema óptico de movimiento de los haces láser y el sistema de posicionamiento mecánico de la muestra. Todos estos elementos están integrados en un cerramiento de protección de Clase I contra la radiación láser.

 

Servicios que se ofertan actualmente y posibles aplicaciones en otros campos

1.– Tratamiento superficial de materiales masivos de distinta naturaleza mediante texturizado láser superficial con pulsos láser de alta potencia, frecuencia modulable desde un pulso único a un megahercio, y ancho de pulso modulable entre 190 femtosegundos y 400 nanosegundos. Algunas de las aplicaciones del proceso de texturizado láser, que se están desarrollando, actualmente, en la instalación NANOGLAS son las siguientes:

1. I. Generación de materiales con superficies nano/microestructuradas que presenten un adecuado control del comportamiento con respecto a la humidificación. Este tipo de trabajos de procesado láser superficial se puede aplicar para favorecer la adhesión y la proliferación de organismos vivos como las células en superficies de prótesis e implantes quirúrgicos o, por el contrario, evitar la adhesión y formación de biopelículas de bacterias en dispositivos quirúrgicos. Por otra parte, este tipo de procesado láser superficial también puede ser utilizado para intentar generar superficies superhidrofóbicas con propiedades auto-limpiantes y anti-congelación etc.
2. II. Funcionalización óptica a escala nanométrica de diversos materiales de interés en el campo de la fotónica mediante la generación de estructuras periódicas inducidas por irradiación láser (LIPSS, por sus siglas en inglés), que modifiquen el comportamiento del material con respecto a la absorción de la luz en función del grosor y periodicidad de estas estructuras periódicas. Este tipo de procesado se puede utilizar para intentar generar superficies coloreadas permanentemente con aplicaciones en la industria automovilística, aeronáutica, construcción, decoración, etc.
3. III. Conservación de patrimonio artístico y cultural mediante la limpieza de la superficie de obras de arte (cuadros, documentos, restos paleontológicos, cerámicas, etc.) con pulsos láser ultracortos, que eliminen bien capas de suciedad o bien de capas de material sin interés artístico.
4. IV. Nanoestructuración superficial de materiales metálicos conductores para generar superficies con rugosidad controlada, que sean capaces de atrapar los electrones y generar superficies con baja emisión secundaria para los dispositivos de radiofrecuencia (RF) de alta potencia embarcados en satélites.

 

2. Micromecanizado láser de alta precisión de metales, aceros, piezas de plástico y materiales cerámicos mediante pulsos láser ultracortos (femto y nanosegundos). Este proceso de micromecanizado puede ser utilizado, por ejemplo, para la generación de scaffolds en materiales poliméricos, aleaciones de uso quirúrgico y/o cerámicas con aplicaciones en medicina regenerativa; así como para la fabricación de ánodos de óxido sólido para pilas de combustible.
3. Impresión de dibujos y/o patrones en metales, maderas, cerámicas, plásticos, vidrios, etc.
4. Síntesis directa de nanopartículas coloidales con potenciales aplicaciones en medicina, medioambiente, catálisis y/o energía mediante ablación láser en líquido de blancos metálicos. El método de generación de nanopartículas mediante ablación láser en líquido puede ser utilizado, por ejemplo, para sintetizar nanofluidos de diferente naturaleza, tales como:

2. I. Nanofluidos compuestos por nanopartículas híbridas con funcionalidades en Resonancia Magnética de Imagen y en imagen por Rayos-X. E
3. II. Nanofluidos formados por nanopartículas híbridas con funcionalidades en Resonancia Magnética de Imagen e Imagen Óptica.
4. III. Nanofluidos formados por nanopartículas con propiedades de memoria de forma y superelasticidad o con propiedades de forma ferromagnética.
5. IV. Nanofluidos formados por nanopartículas metálicas con propiedades reductoras para su uso en catálisis o limpieza medioambiental.
6. V. Nanofluidos formados por nanopartículas con una elevada conductividad térmica y capacidad de transferencia de calor para su aplicación como líquidos de refrigeración o como fluidos térmicos con aplicaciones en petroquímica o las centrales energéticas.
7. VI. Nanofluidos formados por nanopartículas con propiedades catalíticas para su aplicación en el desarrollo de nuevas fuentes de energía renovables.

 

Tarifas

Tarifas para trabajos de apoyo tecnológico y realización de experimentos de procesado láser sin firma de contrato i+d o sin firma de acuerdo de colaboración científica en proyectos i+d+i obtenidos en convocatorias públicas competitivas:

 

Tarifa A

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación: 50 € (400 €/día).

– Hora de uso del equipo sin apoyo técnico del responsable de la instalación: 30 € (240 €/día).

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación incluyendo el proceso de texturizado láser del material y la caracterización de la superficie texturizada. 50 €. El paquete mínimo a pagar en este caso será de 4 horas (200 €).

 

Tarifa B

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación: 60 € (480 €/día).

– Hora de uso del equipo sin apoyo técnico del responsable de la instalación: 35 € (280 €/día).

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación incluyendo el proceso de texturizado láser del material y la caracterización de la superficie texturizada. 55 €. El paquete mínimo a pagar en este caso será de 4 horas (220 €).

 

Tarifa C

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación: 70 € (560 €/día).

– Hora de uso del equipo sin apoyo técnico del responsable de la instalación: 40 € (320 €/día).

– Hora de uso del equipo con apoyo técnico del responsable de la instalación incluyendo el proceso de texturizado láser del material y la caracterización de la superficie texturizada. 65 €. El paquete mínimo a pagar en este caso será de 4 horas (260 €).

En caso de que la realización de estos trabajos de apoyo técnico y procesado láser de materiales se prolongue por varios días, se aplicarán los siguientes descuentos:

– Dos días de trabajo: 10 % de descuento

– Tres días de trabajo: 20 %

– Cinco o más días de trabajo: 30 %

 

Es necesario para su uso un técnico: sí.  Dispone de técnico: no.

 

Observaciones

– 1. En aquellos servicios, que requieran el uso de fungibles especiales o no disponibles en el Laboratorio de Mecanizado Láser (LS-LAB-UCA) del Departamento de Física de la Materia Condesada-IMEYMAT, el coste de este fungible correrá a cargo del usuario, que haya contratado el servicio.

– 2. Los costes de envío y devolución de los materiales, que se desea sean sometidos a procesado láser, serán asumidos por el usuario solicitante del servicio.

– 3. El protocolo para la contratación de un servicio en la estación láser NANO-GLAs es el

siguiente:

I. Solicitud de este servicio al responsable científico técnico de esta infraestructura,el Dr. Oscar Bomati mediante comunicación telefónica o vía correo electrónico.

II. Envío vía correo electrónico de los detalles del servicio a realizar con información sobre el material a procesar y descripción de las características que desea que presenten los materiales, que van a ser texturizados, mecanizados y/o generados mediante procesado láser, con objeto de determinar si la instalación láser NANOGLAS tiene la capacidad necesaria para realizar este servicio.

III. Evaluación de la solicitud del servicio a contratar por el comité científico-técnico de esta instalación. Este comité está formado por el Dr. Oscar Bomatí Miguel y el Dr.  Eduardo Blanco Ollero.

IV. Comunicación al posible usuario del servicio, donde se le indicará la aceptación o desistimiento para la realización del servicio de procesado láser solicitado.

V. En caso de que se acepte la realización del servicio solicitado se contactará con el posible usuario para agendar este servicio en el calendario de trabajo de la instalación láser NANO-GLAS, atendiendo, en la medida de lo posible, a las necesidades temporales del cliente.

VI. Recepción de las muestras, que serán objeto del proceso de procesado láser.

VII. Realización de los servicios de apoyo técnico y experimentos de procesado láser

VIII. Entrega de las muestras sometidas a procesado láser

IX. Facturación y cobro del servicio solicitado.