Soluciones en soldadura de plásticos

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Para la producción de piezas útiles, diferenciadas, con perfiles y configuración complejos, desde el punto de vista de manufactura y reducción de costos no siempre es lo más conveniente la conformación de una sola pieza directamente moldeada por inyección, empleando un intrincado diseño de molde; en ocasiones la fabricación de un artículo terminado a partir de la soldadura de dos o más partes puede convertirse en una opción más económica y rápida de producir. Las piezas de materiales termoplásticos se sueldan llevando las zonas a unir a un estado de flujo viscoso, a través del incremento de temperatura, y manteniéndolas en contacto sometidas a presión hasta que se enfrían.

La opción de la soldadura permite modificar los diseños de piezas finales partiendo de las mismas piezas básicas, o reducir procesos posteriores de ensamble, y disminuye el costo y complejidad del herramental de moldeo requerido. Adicionalmente, puede reemplazar procesos de pegado con sustancias adhesivas, generando un producto de calidad superior y reduciendo el consumo de suministros.

A continuación presentamos una revisión de las novedades tecnológicas que se presentan en las diferentes técnicas de soldadura: láser, por vibración, por ultrasonido, así como las opciones que se ofrecen para soldadura tridimensional y de placa caliente.

Soldadura láser
En la soldadura de plásticos mediante láser, el punto donde se ejecuta la soldadura se calienta por absorción de la radiación. Al menos uno de los dos materiales a unir debe absorber la radiación láser, para que pueda fundirse y unirse al otro material. En la soldadura láser "a tope", ambos componentes son de material absorbente. En la soldadura por "radiación penetrante", el láser atraviesa un material transparente y calienta la otra mitad de la pieza, que está hecha de un material absorbente. Por medio de conducción térmica el componente transparente también se derrite, y se forma una unión fuerte y precisa debido al flujo de materiales derretidos y a la fase de enfriamiento bajo presión. Las ventajas de la soldadura por transmisión láser son:

  • La energía de calentamiento se aplica sin contacto en una zona localizada.
  • Las uniones que se forman son precisas, sin necesidad de aplicar cargas dinámicas.
  • Los puntos de soldadura son ópticamente perfectos y limpios, sin formación de pelusas o partículas desgastadas.
  • Se cuenta con flexibilidad geométrica, para diseños complejos de juntas, y existe un alto potencial de integración (por ejemplo, para la unión de partes pre-ensambladas).

Hasta ahora sólo había sido posible hacer combinaciones de piezas negro/transparente o negro/negro en la soldadura láser. Para obtener los resultados deseados, a la pieza inferior se le debía agregar negro de carbón u otro colorante que actuara como un absorbente para la radiación. Debido al inherente color oscuro, la soldadura de partes de color brillante o completamente transparentes era imposible. Para ampliar las combinaciones de color posibles, Basf desarrolló los productos Lumogen IR 765 y Lumogen IR 788, absorbentes selectivos cerca al infrarrojo, altamante transparentes y con muy poco color residual en el espectro visible. Su alta eficiencia de absorción resulta en bajos requerimientos de dosificación y se pueden procesar como un aditivo estándar.

Bielomatik presentó en la última versión de la feria K la LaserTec K 3621, una máquina de soldadura con láser de diodo compacto, con una potencia de 150 W y longitud de onda de 808 a 980 nm. El área de trabajo es de 260 x 260 mm, y es posible integrarle un Soft-PLC, reduciendo los costos en la técnica de control.

La tecnología de soldadura Globo de Leister Process Technologies, es la primera en soldar partes en tres dimensiones, sin la necesidad de sistemas de agarre. El láser sigue un contorno en un proceso de soldadura secuencial, concentrándose en el plano de unión mediante una esfera de vidrio rotante libre de fricción. Los lentes del vidrio concentran la energía del láser y actúan como herramienta para proveer presión mecánica en la dirección perpendicular a cada punto del plano de unión.

El proceso Clearweld, de Gentex Corporation, emplea recubrimientos especiales para lograr un color único y flexibilidad en el diseño de juntas soldadas por láser en plásticos opacos y transparentes. Los recubrimientos especiales absorben luz, y concentran la energía del láser convirtiéndola en calor localizado en la interfaz de las dos piezas plásticas a ser unidas. Los materiales absorbentes de frecuencias cercanas al infrarrojo usados en el proceso han mostrado cumplir los requerimientos de biocompatibilidad de las pruebas USP clase VI. Lo anterior resulta importante para los fabricantes de dispositivos médicos.

Soldadura por ultrasonido
En la soldadura por ultrasonido un movimiento vibratorio, suministrado en la zona a unir en frecuencias de 20 a 50 kHz, permite la fusión y unión de los materiales plásticos. La tecnología se basa en un "sonotrodo", algo así como el diapasón de un instrumento, que debe oscilar con una amplitud y frecuencias controladas. En general, la forma de este sonotrodo depende de la forma de la pieza a ser soldada.

Dentro del campo de la soldadura ultrasónica, Sonics & Materials, introduce su nueva prensa de 20 kHz, la cual se caracteriza por su accionamiento neumático, y por tener una construcción más robusta y rígida. La prensa posee un convertidor de alta eficiencia que rota 360°, simplificando el alineamiento radial del sonotrodo, y un sistema de parada de fácil liberación, el cual provee ajuste preciso y limita el movimiento descendente del elemento soldador.

Durante K 2004 Bielomatik presentó la máquina K 3500, que cuenta con un sistema modular diseñado para incrementar la flexibilidad de la manufactura en diferentes configuraciones: puente, mesa deslizante, lanzadera o mesa redonda. La máquina cuenta con actuadores neumáticos compactos para los componentes ultrasónicos de 20 a 50 kHz, y con actuadores estandarizados para aplicaciones de cabezal múltiple. Tiene capacidad para medir profundidad con una precisión de una décima de milímetro, los generadores están controlados por un micro-procesador con ajuste automático de frecuencia y cuenta con un sistema de diagnóstico de fallas integrado.

Herrmann Ultrasonics anuncia su estación de trabajo móvil Ultracell. Esta estación auto-contenida integra sin problemas cualquiera de los soldadores ultrasónicos de plásticos de la empresa. La estación permite el montaje externo de un controlador táctil Dialog, o un generador MPC, eliminando la necesidad de ajustes manuales de los parámetros de soldadura dentro de la carcasa de la máquina. El componente principal de la estación modular es el cerramiento de sonido, el cual se caracteriza por poseer una espuma especial para absorción de emisiones acústicas.

Soldadura por vibración
La soldadura por vibración desplaza en forma horizontal una pieza con respecto a otra y las somete a presión, creando calor a través de la fricción de superficies y fundiendo las piezas entre sí. No requiere material de unión, y si se compara con la soldadura por ultrasonido, opera a frecuencias mucho menores, entrega mayores amplitudes y mayor fuerza de cierre. Puede aplicarse a todos los materiales termoplásticos hasta con 45% de relleno, y puede unir materiales disímiles con puntos de fusión similares, materiales compuestos y telas.

Dukane Corp. ofrece dos nuevos modelos de equipos de soldadura por vibración. En el VWB3500 de tamaño medio (tabla de operación de 965 x 455 mm) y el VWB3700 más grande (1.320 x 610 mm), la compañía ha mejorado los cabezales impulsores, lo que permite manejar dispositivos más pesados a frecuencias mayores, reduciendo así el tiempo de soldadura. Los equipos se destacan por tener una construcción extra rígida de rieles guías, que permite obtener más estabilidad y precisión; están construidos a partir de componentes estándar; el herramental puede cambiarse rápidamente, y cuentan con un control de pantalla táctil con menús en español.

Bielomatik presenta su máquina K 3215 para soldadura por vibración. El sistema cuenta con agarre hidráulico de la placa de herramientas inferior, y el atornillado de la placa de vibración superior es automático, así como el cambio de herramientas, que es posible en menos de 5 minutos.

Vibration Welding "Plus", de Branson, es un desarrollo adicional para la producción reproducible de juntas limpias y de alta resistencia. Un calentamiento sin contacto infrarrojo por medio de emisores de hoja metálica especiales, permite el comienzo de la vibración en superficies derretidas. El resultado es un cordón de soldadura homogéneo y limpio con reducidos efectos de grieta y elevada resistencia. El sistema emplea además la innovadora tecnología de impulso "frenado activo", que se aplica 50 milisegundos antes de detener la vibración, minimiza la tensión mecánica del área soldada durante la solidificación y la recristalización en la etapa de sujeción.

Placa caliente
En la soldadura con placa caliente, las superficies se sueldan por la acción de calor que generan dos prensas equipadas con barras a alta tempertura. El calor de fusión de la superficie de empalme se conduce a través de los materiales a ser soldados.

La K 2150 es una máquina Bielomatik de soldadura de placa caliente con motor lineal, que cuenta con un innovador sistema de impulso controlado por servomotores lineales. Gracias a este sistema es posible controlar el tiempo, la profundidad y la fuerza con que se aplica la soldadura. Los tiempos de procesamiento son extremadamente cortos, y los cambios pueden reducirse a un segundo, lo que hace posible la soldadura de plásticos de ingeniería altamente sensibles al calor.

De la misma empresa, la K 2250, que también funciona con la tecnología de placa caliente, es capaz de hacer de forma completamente automatizada el cambio de herramientas, incluso "en caliente", y permite diferentes configuraciones, adaptándose a los ambientes de producción. Debido a que opera con servomotores lineales, es posible contar con ejes de alta precisión y operar a temperaturas tan altas como 470°C.

Forward Technology ha expandido su línea de soldadura de placa caliente. El sistema VS-1445 es una de las unidades servocontroladas más grandes en la industria, con un tamaño máximo de parte de 14 x 45 pulg. Los servocontroles eliminan las paradas súbitas de la herramienta, permitiendo máximo ajuste en el fundido y en la profundidad de la soldadura.

Unión de polímeros disímiles
DuPont presenta una nueva tecnología para unir plásticos disímiles, que puede usarse en la mayoría de procesos donde dos superficies se enlacen en estado fluido, como moldeo de dos componentes, sobre moldeo o ciertos tipos de soldadura.

El mecanismo de anclaje se presenta en la forma de una capa de unión micro-porosa, que crea un fuerte enlace físico entre los dos materiales, aún si entre ellos no existe compatibilidad química. Las resinas no necesitan ningún tratamiento superficial, y no es necesario el uso de compatibilizadores. La tecnología puede ser utilizada en equipos estándar de moldeo, soldadura o extrusión.

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