Mejor soldadura de polímeros por láser
La soldadura de polímeros por láser puede ofrecer resultados superiores constantes en la producción en volumen, siempre que se la implemente de forma correcta.
Las propiedades únicas de los polímeros (livianos, resistentes a la corrosión, biocompatibles, aislantes eléctricos y térmicos, y de bajo coste) impulsan cada vez más su uso en los dispositivos médicos, automóviles, productos electrónicos de consumo y más. A menudo, el ensamblaje de componentes de polímeros implica la soldadura de las piezas. Para aplicaciones exigentes, el proceso de soldadura debe lograr una gran precisión mecánica, sin ninguna corrosión en la pieza, una mínima producción de residuos de partículas y una excelente fuerza de unión.
La soldadura por láser cumple con todos estos requisitos. Y un tipo de soldadura por láser en particular: cuasi simultánea (QS) a través de soldadura por láser de transmisión (TTLW), ofrece los mejores resultados en las aplicaciones en las que se debe evitar por completo la distorsión de la pieza, o aquellas que implican geometrías de cordones de soldadura complejos.
Sin embargo, usar un proceso de soldadura QS de alta calidad y uniforme requiere de algunos pasos. En primer lugar, la supervisión exhaustiva del proceso, que generalmente incluye control de la fuerza de sujeción de circuito cerrado e imágenes térmicas. En segundo lugar, un diseño de pieza que sirva para el proceso.
Control de colapso
Una forma popular de soldadura QS para aplicaciones de precisión es el método “nervadura de colapso”. Con esta técnica, se producen soldaduras fuertes con buena apariencia, al mismo tiempo que se evita la necesidad de un procesamiento posterior para cortar o eliminar rebabas. Además, este método puede brindar buenos resultados incluso si las piezas no son perfectamente planas o tienen tolerancias estrictas.
En el proceso de nervadura de colapso, una pieza tiene una cresta delgada que sobresale y se acopla con una ranura correspondiente (y un poco más ancha) en la otra pieza. Para soldar las piezas, la pieza con la cresta se ubica en un soporte y la pieza con la ranura se coloca por encima. Un láser calienta la nervadura hasta fundirla parcialmente mientras las abrazaderas presionan de forma activa las dos piezas juntas. El material fundido fluye y llena algunos de los orificios entre las piezas. El material que se vuelve a solidificar forma la unión de la soldadura.
Un elemento clave en la implementación exitosa de este proceso en la producción es el “control de colapso”. Esto significa supervisar y controlar de forma activa cuánto desciende la parte superior durante la soldadura (esto se conoce como “altura de colapso”).
Coherent ha desarrollado su propia forma de control de colapso única que brinda resultados superiores de manera constante. Para implementarla, nuestras herramientas de soldadura de polímeros ExactWeld 230 P y ExactWeld IP incorporan transductores de detección de fuerza. Estos miden constantemente la presión que aplican las abrazaderas a la pieza superior. La altura de colapso (la distancia que ha recorrido la pieza superior) también se mide. Estas señales se utilizan como retroalimentación para controlar los servomotores que accionan la sujeción.
Ningún otro fabricante emplea este método. Algunos utilizan la corriente del servomotor como señal de retroalimentación, pero no brinda la misma precisión de medición ni el mismo grado de control dinámico. Algunos solo miden la altura de colapso, en lugar de la fuerza de sujeción. A su vez, algunos usan actuadores neumáticos para la sujeción; estos no brindan la precisión ni la velocidad de respuesta necesarias para controlar de forma precisa la sujeción, aunque hayan medido la fuerza.
Medir la verdadera fuerza de sujeción les permite a los soldadores de Coherent controlarla según sea necesario para responder a las condiciones exactas de la pieza que se esté soldando. Puede corregir variaciones dimensionales de una pieza a otra, cambios en las características de absorción de material, fluctuaciones en el medioambiente, y mucho más. Esto es clave para obtener resultados uniformes. Además, brinda flexibilidad, ya que permite variar la fuerza de sujeción a propósito, si se desea. Por ejemplo, a veces es mejor aplicar menos presión durante la fase de enfriamiento para controlar la tensión sobre la pieza.
Tanto la supervisión de la fuerza de sujeción real como de la cantidad de pieza que ha “colapsado” durante el proceso es clave para obtener soldaduras uniformes, aun cuando hay variaciones de una pieza a otra.
El resultado general implica mejores rendimientos, calidad y uniformidad, ya que elimina las variaciones de proceso causadas por cambios en la máquina, el entorno o las mismas piezas. Otra ventaja es que un sistema de soldadura se puede configurar en una ubicación, para luego enviarlo a otra, y seguir funcionando igual. Además, compensa las variaciones de una máquina a otra. Esto permite configurar un proceso en un sistema y luego transferirlo a otros con resultados uniformes y hace que el proceso sea escalable.
La imagen térmica es genial
Otra herramienta crucial para una soldadura de polímeros exitosa son las imágenes térmicas que utilizan un sistema de cámara infrarroja. Una vez que se completa la soldadura, la comprobación de visión térmica genera imágenes de todo el cordón de soldadura. Cualquier interrupción en la imagen de todo el recorrido revela brechas en el cordón de soldadura. A su vez, las variaciones en el espesor de la línea indican puntos débiles en la soldadura.
Esto le permite al fabricante identificar de inmediato y rechazar las piezas defectuosas. El fabricante puede ahorrar dinero, ya que evita que se genere más valor en una pieza defectuosa. Además, por supuesto, evita el envío de una pieza defectuosa a un cliente.
Diseño para fabricación
La otra parte de una soldadura de polímeros exitosa ocurre antes de la producción, durante el desarrollo de producto. Es importante que el diseño de la pieza permita un espacio suficiente en los lugares correctos para que las abrazaderas se ubiquen y brinden la fuerza descendente requerida durante la soldadura. Además, la herramienta de soldadura se debe configurar de modo tal que las abrazaderas no impidan que el rayo láser llegue al recorrido de soldadura en ningún punto.
Las dimensiones y formas de la cresta y la ranura deben proporcionar suficiente material fundido para el proceso de soldadura. Además, deben tener suficiente espacio para contener el material fundido que se produce. A su vez, el diseño de la pieza debe permitir una altura de colapso suficiente. El objetivo es lograr una soldadura fuerte con buena apariencia, al mismo tiempo que se elimina la necesidad de un procesamiento posterior para cortar o eliminar rebabas.
Con una amplia experiencia en soldadura de polímeros, los ingenieros de aplicaciones en Coherent Labs pueden brindar orientación en el diseño de las piezas y de las herramientas de soldadura. Además, Coherent puede ayudar a desarrollar la fórmula del proceso. Esto resulta valioso porque, a menudo, hay un “espacio de parámetros” muy grande que se debe explorar para la soldadura por láser. La experiencia previa permite que nuestro personal de desarrollo de aplicaciones encuentre rápidamente el enfoque óptimo.
Por último, Coherent puede ayudar en la instalación del equipo, en la puesta en funcionamiento del proceso y en la capacitación del personal. Esta combinación de experiencia, equipos y asistencia disponibles en Coherent brindan la mejor manera de aprovechar todas las ventajas de la soldadura de polímeros por láser en la producción.
