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La tecnología masterbatch permite aplicar el marcado y soldadura por láser a los polímeros

Daniel Ganz, Sukano, Schindellegi (Suiza)15/06/2006
La tecnología de concentrados de color (masterbatch) y la tecnología láser ofrecen una mayor libertad y flexibilidad para hallar soluciones creativas en el diseño y fabricación de piezas extruidas y moldeadas por inyección. Este artículo se basa en una ponencia de los autores presentada durante el 4º Congreso Europeo de Aditivos y Colores, organizado por SPE en Alemania en marzo de 2005.
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La soldadura láser permite unir de forma permanente dos piezas coloreadas o transparentes a la velocidad de la luz. La atractiva apariencia visual y la alta resistencia de la unión reducen las imperfecciones en el área soldada y aportan una mayor flexibilidad al diseño de piezas.

El marcado láser de plásticos permite crear imágenes y textos en la superficie de una pieza polimérica, resistentes a los arañazos y casi indestructibles. El marcado láser se utiliza cuando se desea garantizar la autenticidad y originalidad del producto.

Los avances más recientes en tecnologías masterbach y láser han aumentado la flexibilidad del empleo del marcado por láser en nuevos polímeros y nuevas aplicaciones.

Principios de la soldadura por láser

Cuando un haz láser atraviesa una pieza superior transparente al láser y llega a una pieza inferior no transparente al láser, la energía luminosa es absorbida y se transforma en calor, que empieza a fundir la pieza inferior. Normalmente se usa un láser bombeado por diodos con una longitud de onda de 808 nanómetros.

La pieza superior se funde por conducción del calor y luego se enfría. La presión de unión aplicada garantiza una unión muy fuerte entre las dos piezas.

Ventajas de la soldadura láser

En comparación con los sistemas de soldadura por vibración, por ultrasonidos o por calor, la tecnología de soldadura láser presenta las siguientes ventajas:

• No se expone a las piezas a una gran carga de distorsión que pueda deformar el producto.

• La soldadura se realiza sin tocar la pieza, lo que evita que la superficie se pueda rayar.

• El aspecto de la unión es visualmente atractivo.

• No se produce inclusión de sustancias gaseosas.

• No se generan partículas ni gránulos en la superficie.

• Se consigue una alta precisión y estabilidad en el punto de unión.

• El equipo de soldadura no se desgasta.

• Alta reproducibilidad y número reducido de piezas rechazadas.

• Hasta cierto punto, se pueden soldar polímeros de distintas familias.

• Es posible hacer soldaduras del orden de submicras.

• La variación de la fuerza de ligadura es mejor que +/- 3, en comparación con +/-15 por ciento de otras tecnologías.

El principal inconveniente de la soldadura láser es el mayor coste de inversión comparativo que requiere.

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Funciones de los masterbatches en la soldadura láser

Los concentrados de color se añaden a las piezas plásticas por dos razones: (1) para obtener efectos ópticos deseables, como color y opacidad; y (2) para que las dos piezas se puedan unir mediante soldadura láser. Para que se puedan cumplir ambas funciones, la pieza superior debe ser transparente al láser y la pieza inferior no debe serlo. Cuando se trata de soldar una pieza negra a otra pieza transparente, combinar estas funciones es algo sencillo: sólo hay que añadir un concentrado de color negro de humo a la pieza inferior, mientras que la pieza superior no requiere ningún concentrado. Sin embargo, soldar dos piezas transparentes representa todo un reto: la pieza inferior tiene que absorber la luz láser y, al mismo tiempo, debe ser transparente e incolora. Las soluciones masterbatch más recientes permite satisfacer todos estos requisitos.

Principales factores de la soldadura láser

Para conseguir una buena unión mediante soldadura láser, son importantes los siguientes factores:

• Tipo de polímero

• Tipo de concentrado de color

• Forma del área de unión

• Fuerza de unión para cerrar el espacio

• Tipo de láser

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Aplicaciones y mercados

La soldadura láser se utiliza comercialmente en las siguientes aplicaciones:

• Alojamientos de sensores en aplicaciones de automoción

• Contenedores de equipos electrónicos

• Contenedores de seguridad en aplicaciones de embalaje

• Contenedores de fluidos y elementos hidráulicos

• Soldadura de films para aplicaciones médicas

• Equipos de diálisis

Perspectivas

Las razones que explican el creciente empleo de la tecnología de soldadura láser son: (1) coste aceptable de inversión en equipos y (2) requisitos más estrictos en términos de control de calidad y del proceso. De acuerdo con algunos estudios de mercado, se prevé que la soldadura láser se utilice en el futuro en el 5-10 por ciento de todas las aplicaciones de soldadura.
El marcado láser es muy útil para conseguir escalas resistentes a los arañazos en los equipos médicos de dosificación

Marcado por láser

Principios del marcado láser

Los polímeros absorben la energía de la luz láser y cambian el aspecto de su capa superior en base a los siguientes efectos:

• Desplazamiento de materia

• Grabado

• Cambio de color o decoloración

• Formación de espuma

La utilización de concentrados de color en el marcado por láser mejora estos efectos y permite grabar en negro sobre blanco, en negro sobre transparente y en blanco sobre texto e imágenes en negro.

Ventajas del marcado por láse

• Rapidez: se puede marcar a una velocidad de hasta 2.000 mm/s.

• Flexibilidad: los diseños de impresión se pueden personalizar y cambiar rápidamente entre piezas individuales.

• Precisión: los caracteres y símbolos muy pequeños resultan perfectamente legibles.

• Limpieza: no es preciso utilizar o crear productos adicionales.

• Ausencia de contacto: las imágenes se pueden aplicar en cualquier tipo de superficie.

• Resistencia a la abrasión: profundidad de penetración de unas 100 micras.

• Resistencia química: equivalente a la del polímero.

• Sin necesidad de pretratamientos: no se necesita adhesión ni pretratamiento alguno.

• Bajo coste operativo: no se necesita ningún producto adicional.

• Calidad: reproductibilidad muy alta.

Métodos de marcado por láser

En el marcado vectorial se utiliza un único haz láser que se mueve mediante dos espejos sobre la superficie del polímero, para crear la imagen y el texto. En el marcado por plantilla, un láser recorre una plantilla y genera en un breve espacio tiempo una imagen sobre una superficie.

Debido a su mayor flexibilidad, se prefiere el marcado vectorial al marcado por plantilla.

El marcado láser proporciona numerosas ventajas; el principal inconveniente es su alto coste de inversión
Se suele usar un láser neodimio-yag de estado sólido bombeado por diodos, a las siguientes frecuencias:

• 1.064 nm (infrarrojo)

• 532 nm (láser de doble frecuencia, banda del verde)

• 355 nm (láser de triple frecuencia, radiación ultravioleta)

Neodimio-yag (NeYAG) significa cristal láser de granate-vanadio-itrio dopado con neodimio.

Comparación de los sistemas de marcado

El marcado láser proporciona numerosas ventajas; el principal inconveniente es su alto coste de inversión.

Aplicaciones de seguridad

Los concentrados de color para marcado por láser se añaden a una o varias capas de la película coextruida. Tras el marcado por láser de la imagen, se graba el texto en las capas superiores de la película de la tarjeta. Con este proceso se obtiene una alta seguridad, puesto que cualquier cambio en la imagen o el texto supondría el destrozo de la tarjeta.

Aplicaciones en poliéster transparente

El marcado láser es muy útil para conseguir escalas resistentes a los arañazos en los equipos médicos de dosificación, por los motivos siguientes:

• El marcado es resistente a los arañazos

• Contraste alto

• Se pueden crear marcas individuales

• El control de calidad se realiza simultáneamente.

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