En la aviación se debe cumplir con requisitos de seguridad, que superan por mucho los requisitos que se aplican a otros productos industriales. Durante la producción de radiotransmisores, un líder global de mercado trata con plasma atmosférico los circuitos electrónicos antes de aplicar la pintura de protección.
En segundos, el chorro de plasma realiza la limpieza exhaustiva y la activación simultánea de los componentes de plástico, sin dañar la electrónica sensible.
En 2013, más de tres mil millones pasajeros civiles confiaron en la calidad y la fiabilidad del control de transporte aéreo. La función principal de los controladores de tránsito aéreo que trabajan allí es ayudar a los aviones a aterrizar y despegar sin colisiones. La seguridad de los pasajeros depende en gran medida del buen entendimiento entre los controladores y los pilotos y esto, por su lado, requiere el funcionamiento impecable de los radiotransmisores electrónicos (Imagen 1). Para la comunicación con el control de transporte aéreo y la conexión con su aerolínea a nivel mundial, la tripulación aérea de aviones de largo alcance utiliza equipos de onda corta. Estos facilitan también la comunicación continua durante vuelos sobre los polos globales, donde la conexión vía satélite no está disponible.
Rohde & Schwarz, líder mundial en el mercado de técnica de medición para el servicio móvil aeronáutico y la compatibilidad electromagnética, pero también de transmisión de televisión digital terrestre (TDT), produce al mismo tiempo radiotransmisores que cumplen con las más altas normas de seguridad. La producción de las instalaciones de alta tecnología se encuentra en Memmingen. La fábrica de la compañía filial, también ubicada allá, se ocupa de la producción final, las pruebas finales y la distribución de casi todos los productos. Hoy en día, ya casi no existen aviones de largo alcance a nivel mundial que despegan o aterrizan sin los equipos de onda corta XK/FK 516 del especialista de Baviera.
El núcleo del regulador de transmisión FK 516, desarrollado especialmente para radiotransmisores civiles y aviones de largo alcance, es una placa de circuito impreso con unos cientos de componentes electrónicos. La función principal de este grupo de componentes con sus micro dispositivos de montaje superficial (SMD – Surface Mounted Device) y revestidos de plástico es el ajuste seguro de la antena y, por lo tanto, el buen funcionamiento de la radiotransmisión completa.
Imagen 1: La seguridad de miles de millones de pasajeros depende de la comunicación interrumpida entre los controladores de transporte aéreo y los pilotos. Foto: Rohde & Schwarz.
Problema inesperado con la adhesión
Lo que funcionaba muchos años sin problema en la producción, precisamente la aplicación del recubrimiento conformal –una capa de pintura de protección transparente – se terminó un día inesperadamente. Uno se dio cuenta que la pintura de algunos 50 transistores se había caído. Ya que en los procesos de equipamiento, pre-limpieza y aplicación de la pintura nada había cambiado, se suponía que el material del componente había causado el problema. Y verdaderamente: A petición, el proveedor confirmó que había cambiado la composición del plástico. Un problema que notan las empresas industriales, cuyos componentes plásticos se suministran por producción externa, es que incluso un cambio mínimo en la composición del material puede cambiar por completo las propiedades de su superficie.
La noticia del proveedor fue terrible, ya que el personal en Memmingen supo inmediatamente que no existía una alternativa para un nuevo composite de plástico. Tampoco existía otro fabricante certificado para exactamente los mismos componentes electrónicos. “Teníamos que encontrar muy rápidamente una solución, a fin de proporcionar la adhesión del recubrimiento conformal”, comenta Michael A. Schneider, licenciado en Ingeniería Mecatrónica y responsable de la tecnología de producción en Rohde & Schwarz. “Sin poder asegurar la adhesión permanente, la producción de los controles de tuning fue imposible”.
Activación de la superficie
Como es sabido, la adhesión se mejora, cuando la superficie del material se 'activa', lo que significa que ésta se somete a un tratamiento, durante el cual su energía superficial aumenta (Imagen 2). Lo último es el criterio más importante a fin de determinar la adhesión de una capa de pegamento o pintura. La adhesión segura y permanente requiere, por un lado, que la superficie del material sea muy limpia, y por el otro lado, que la energía superficial del sólido sea mayor de ésta de la pintura líquida. Para ambos requisitos existen diversos métodos de pretratamiento, pero el uso de sustancias químicas húmedas sigue siendo todavía el método más común.
Imagen 2: La gráfica muestra una superficie apolar de plástico, que ha sido tratada con plasma respetando la distancia y la velocidad. Después del tratamiento, la superficie ya es polar y la energía superficial ha aumentado >72mJ/m² con una gran ventana de proceso. Foto: Plasmatreat.
Elección difícil
Sin embargo, al principio parecía casi imposible encontrar el tratamiento correcto para los componentes electrónicos tan sensibles. Schneider dice: “La activación con un primer a base de disolventes no entraba en consideración en nuestra empresa. Por un lado, por el hecho de que estas sustancias son muy contaminantes, y por el otro lado, se tendrían que adoptar muchas medidas preventivas para la seguridad laboral (p. ej. protección contra explosiones) –algo que llevaba consigo también un aumento de los costes de eliminación. El pretratamiento mediante radiación con láser tampoco fue considerado por los electrónicos, ya que debido a las superficies desiguales, la adhesión ya no sería previsible. El chorreado con hielo seco – un método que limpia, pero no activa –tampoco entró en consideración. El último método que se consideró, fue un tratamiento con plasma de baja presión, un método de activación muy eficiente pero no aplicable en este caso, ya que los componentes fueron equipados, entre otros, también con condensadores electrolíticos y el vacío habría extraído el agua de los condensadores. “No se veía una solución de la problemática a corto plazo”, se acuerda el ingeniero, “pero entonces encontré la solución en una feria de automatización que tenía lugar en este momento. Allí encontré el plasma atmosférico y, en particular, la tecnología de toberas de plasma Openair.
La solución
Hoy en día, el método de pretratamiento ya desarrollado a mitades de los 90 por la empresa líder del mercado Plasmatreat, se aplica mundialmente en casi todas las industrias. La tecnología ecológica, que se puede integrar en una línea de producción, no necesita una cámara de vacío y funciona en condiciones atmosféricas normales. Peter Langhof, gerente de mercado y director de proyecto, (Imagen 3) explica: “Esta tecnología proporciona la limpieza exhaustiva y, al mismo tiempo aumenta, la activación de la superficie de los plásticos”. Durante el tratamiento con plasma, el calentamiento típico de la superficie no supera los 30 °C y con esta tecnología los sustratos se pueden mover en el chorro de plasma a una velocidad de varios cientos de metros por minuto. “Para los componentes electrónicos”, sigue el experto de plasma, “utilizamos toberas rotativas patentadas que son muy finas”. Schneider se convenció rápidamente en el efecto de activación por el plasma, pero para el fabricante se planteó una nueva pregunta: ¿Soportaría la electrónica sensible la radiación con plasma sin daños? Las pruebas empezaron inmediatamente.
Imagen 3: El especialista en aviónica Michael Schneider (izq.) y el experto de plasma Peter Langhof (dcha.) en frente de la instalación de Plasma Openair. Foto: Plasmatreat.
Ya en las primeras pruebas, mediante un equipo Plasma Openair en alquiler, mostraron que el plasma no va a causar ningún daño a la electrónica. La energía superficial de los transistores de plástico, que habían causado el problema, era menor de 30 mJ/m² en el estado normal y aumentó a más de 70 mJ/m² después del tratamiento con plasma. La última prueba visual mediante luz ultravioleta, a la que se somete cada componente antes del montaje, mostró que la pintura no se había caído en ningún lugar. (Imagen 4). Pero esto no fue suficiente para Rohde & Schwarz. La prueba más exigente aún estaba por llevarse a cabo.
Imagen 4: Antes de montar los componentes en el radiotransmisor, mediante radiación UV se examina ópticamente la adhesión del lacado y a continuación, durante la prueba de encendido, se verifica la estabilidad. Foto: Plasmatreat.
La prueba de dureza
Es sabido que los requisitos a la función y la vida útil de los componentes de seguridad en la industria automotriz son muy altos, pero los requisitos en la construcción aeronáutica los sobrepasan por mucho. Un ejemplo es la así llamada prueba de encendido, a que Rohde & Schwarz somete todos los controles de tuning después de la producción. A fin de entender los requerimientos de esta prueba, uno tiene que saber que los radiotransmisores están muy pocas veces instalados en la parte climatizada y con una presión constante dentro del avión. Muy seguido por falta de espacio ellos están colocados en la nariz del avión, donde la temperatura y la humedad atmosférica son muy diferentes. Esta es la razón por la que la adhesión perfecta de la pintura de protección en todos los componentes eléctricos es tan importante. Incluso el derrame más pequeño causaría la penetración de humedad en el interior y por lo tanto llevaría posiblemente a un fallo completo de la radiotransmisión de la voz. Lo que no sabe el pasajero –cada avión de línea tiene que disponer de dos equipos de transmisión a bordo, uno puede utilizarse como reserva en caso de que el otro falle. Si el avión aterrice con un radiotransmisor defecto, éste no puede despegar antes de que un reemplazo sea instalado.
La prueba de encendido sirve para la investigación del servicio permanente y del envejecimiento prematuro de la electrónica. Esta es la prueba más pesada para los componentes electrónicos –ya que tiene que detectar defectos de fabricación que no eran visibles antes, y encontrar de antemano los componentes que fallarán durante el servicio permanente. En Memmingen, el radiotransmisor en función completa (Imagen 5), es decir, conectado a la corriente con la antena se examina en la cámara de encendido. La prueba es una serie de ciclos de frio y calor de ocho horas, durante la cual el equipo está expuesto 4 horas a un frió de -55 °C, antes de que la temperatura cambie en pocos minutos hasta los +70 °C y permanezca así por las siguientes cuatro horas. A continuación, la temperatura baja rápidamente y así empieza el siguiente ciclo de frio. Los ciclos de frio y calor se repiten nueve veces, en total tres días. En este tiempo, el transmisor de radio está continuamente expuesto a cambios rápidos y extremos de la temperatura. Si el plasma hubiera dañado la electrónica, a más tardar durante esta prueba se habría causado un fallo de los componentes. También a más tardar en este momento se habría mostrado, si la pintura en el plástico no tuviera suficiente adhesión.
Imagen 5: El radiotransmisor XK / FK 516 de onda corta asegura las radiocomunicaciones aeronáuticas móviles: a la izquierda está el adaptador para la antena FK 516 con el control de tuning integrado, a la derecha está el amplificador correspondiente. Foto: Rohde & Schwarz.
Éxito con la tecnología de plasma
También después de esta prueba, el resultado fue claro: la electrónica funcionaba perfectamente y la adhesión del lacado era permanente. La tecnología de plasma ofrecida por la empresa Plasmatreat ha comprobado su efectividad en todos los puntos y bajo las condiciones más exigentes. El especialista de radiotransmisores de Memmingen devolvió la instalación alquilada y en cambio adquirió una propia, que está integrada actualmente en el proceso continuo de producción y es corresponsable para la seguridad que ofrecen los radiotransmisores. “La alta seguridad del proceso, así como la función eficaz de control son muy importante para nosotros. Ambos factores, así como el manejo fácil nos convencieron de las ventajas del sistema”, resume Schneider, y continúa: “Con la tecnología Plasma Openair no sólo logramos simplificar el proceso sino también mejorar en muy poco tiempo la calidad de nuestro producto”.
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“Aunque la automoción aún representa una tracción destacada para el sector del mecanizado, a medio plazo deberemos prestar más atención al sector aeroespacial”
