La tecnologia masterbatch permet aplicar el marcat i soldadura per làser als polímers

La tecnologia de concentrats de color (masterbatch) i la tecnologia làser ofereixen una major llibertat i flexibilitat per trobar solucions creatives en el disseny i fabricació de peces extrudides i modelades per injecció. Aquest article es basa en una ponència dels autors presentada durant el 4t Congrés Europeu d'Additius i Colors, organitzat per SPE a Alemanya el març de 2005.

La soldadura làser permet unir de forma permanent dues peces acolorides o transparents a la velocitat de la llum. L'atractiva aparença visual i l'alta resistència de la unió redueixen les imperfeccions en l'àrea soldada i aporten una major flexibilitat al disseny de peces.

El marcatge làser de plàstics permet crear imatges i textos en la superfície d'una peça polimèrica, resistents a les ratllades i gairebé indestructibles. El marcatge làser s'utilitza quan es vol garantir l'autenticitat i originalitat del producte.

Els avenços més recents en tecnologies masterbach i làser han augmentat la flexibilitat de l'ocupació del marcatge per làser en nous polímers i noves aplicacions.

Quan un feix làser travessa una peça superior transparent al làser i arriba a una peça inferior no transparent al làser, l'energia lluminosa és absorbida i es transforma en calor, que comença a fondre la peça inferior. Normalment es fa servir un làser bombat per díodes amb una longitud d'ona de 808 nanòmetres.

La peça superior es fon per conducció de la calor i després es refreda. La pressió d'unió aplicada garanteix una unió molt forta entre les dues peces.

En comparació amb els sistemes de soldadura per vibració, per ultrasons o per calor, la tecnologia de soldadura làser presenta els següents avantatges:

• No s'exposa a les peces a una gran càrrega de distorsió que pugui deformar el producte.

• La soldadura es realitza sense tocar la peça, el que evita que la superfície es pugui ratllar.

• L'aspecte de la unió és visualment atractiu.

• No es produeix inclusió de substàncies gasoses.

• No es generen partícules ni grànuls a la superfície.

• S'aconsegueix una alta precisió i estabilitat en el punt d'unió.

• L'equip de soldadura no es desgasta.

• Alta reproductibilitat i nombre reduït de peces rebutjades.

• Fins a cert punt, es poden soldar polímers de diferents famílies.

• És possible fer soldadures de l'ordre de submicro.

• La variació de la força de lligadura és millor que + / - 3, en comparació amb + / -15 per cent d'altres tecnologies.

El principal inconvenient de la soldadura làser és el major cost d'inversió comparatiu que requereix.

Els concentrats de color s'afegeixen a les peces plàstiques per dues raons: (1) per obtenir efectes òptics desitjables, com color i opacitat, i (2) perquè les dues peces es puguin unir mitjançant soldadura làser. Perquè es puguin complir les dues funcions, la peça superior ha de ser transparent al làser i la peça inferior no ha de ser-ho. Quan es tracta de soldar una peça negra a una altra peça transparent, combinar aquestes funcions és una cosa senzilla: només cal afegir un concentrat de color negre de fum a la peça inferior, mentre que la peça superior no requereix cap concentrat. No obstant això, soldar dues peces transparents representa tot un repte: la peça inferior ha d'absorbir la llum làser i, alhora, ha de ser transparent i incolora. Les solucions masterbatch més recents permet satisfer tots aquests requisits.

Per aconseguir una bona unió mitjançant soldadura làser, són importants els següents factors:

• Tipus de polímer

• Tipus de concentrat de color

• Forma de l'àrea d'unió

• Força d'unió per tancar l'espai

• Tipus de làser

La soldadura làser s'utilitza comercialment en les següents aplicacions:

• Allotjaments de sensors en aplicacions d'automoció

• Contenidors d'equips electrònics

• Contenidors de seguretat en aplicacions d'embalatge

• Contenidors de fluids i elements hidràulics

• Soldadura de films per a aplicacions mèdiques

• Equips de diàlisi

Les raons que expliquen el creixent ús de la tecnologia de soldadura làser són: (1) cost acceptable d'inversió en equips i (2) requisits més estrictes en termes de control de qualitat i del procés. D'acord amb alguns estudis de mercat, es preveu que la soldadura làser s'utilitzi en el futur en el 5-10 per cent de totes les aplicacions de soldadura.

El marcatge làser és molt útil per aconseguir escales resistents a les ratllades en els equips mèdics de dosificació

Principis del marcatge làser

Els polímers absorbeixen l'energia de la llum làser i canvien l'aspecte de la seva capa superior sobre la base dels següents efectes:

• Desplaçament de matèria

• Gravat

• Canvi de color o decoloració

• Formació d'escuma

La utilització de concentrats de color en el marcat per làser millora aquests efectes i permet gravar en negre sobre blanc, en negre sobre transparent i en blanc sobre text i imatges en negre.

• Rapidesa: es pot marcar a una velocitat de fins a 2.000 mm / s.

• Flexibilitat: els dissenys d'impressió es poden personalitzar i canviar ràpidament entre peces individuals.

• Precisió: els caràcters i símbols molt petits són perfectament llegibles.

• Neteja: no cal utilitzar o crear productes addicionals.

• Absència de contacte: les imatges es poden aplicar en qualsevol tipus de superfície.

• Resistència a l'abrasió: profunditat de penetració d'unes 100 micres.

• Resistència química: equivalent a la del polímer.

• Sense necessitat de pretractaments: no es necessita adhesió ni pretractament algun.

• Baix cost operatiu: no es necessita cap producte addicional.

• Qualitat: reproductibilitat molt alta.

En el marcatge vectorial s'utilitza un únic feix làser que es mou mitjançant dos miralls sobre la superfície del polímer, per crear la imatge i el text. En el marcat per plantilla, un làser recorre una plantilla i genera en un breu espai temps una imatge sobre una superfície.

A causa del seu major flexibilitat, es prefereix el marcat vectorial al marcat per plantilla.

El marcatge làser proporciona nombrosos avantatges, el principal inconvenient és el seu alt cost d'inversió

Es sol usar un làser neodimi-yag d'estat sòlid bombejat per díodes, a les següents freqüències:

• 1.064 nm (infraroig)

• 532 nm (làser de doble freqüència, banda del verd)

• 355 nm (làser de triple freqüència, radiació ultraviolada)

Neodimi-yag (NeYAG) significa vidre làser de granat-vanadi-itri dopat amb neodimi.

El marcatge làser proporciona nombrosos avantatges, el principal inconvenient és el seu alt cost d'inversió.

Els concentrats de color per marcatge per làser s'afegeixen a una o diverses capes de la pel·lícula coextruïda. Després del marcat per làser de la imatge, es grava el text en les capes superiors de la pel lícula de la targeta. Amb aquest procés s'obté una alta seguretat, ja que qualsevol canvi en la imatge o el text suposaria la destrossa de la targeta.

El marcatge làser és molt útil per aconseguir escales resistents a les ratllades en els equips mèdics de dosificació, pels motius següents:

• El marcatge és resistent a les ratllades

• Contrast alt

• Es poden crear marques individuals

• El control de qualitat es realitza simultàniament.