¿Por qué los plásticos se pueden soldar con láser?

 

La soldadura de termoplásticos y de elastómeros termoplásticos por
medio de la radiación de láser tiene una serie de ventajas con respecto a los
procedimientos clásicos, como pegar o atornillar.

- La técnica se aplica sin contacto por tanto casi libre de desgaste
- La energía producida se libera localmente, es decir, solamente en el punto de soldadura
- Se produce líneas invisibles de soldadura impermeables al aire, gas y agua
- Generalmente no es necesario ningún trabajo preliminar y ningún reprocesamiento
- Hay la posibilidad de líneas de soldadura de geometría tridimensional
- No hay exceso de masa fundida o es muy pequeño
- Es un proceso altamente reproducible
- ...

No obstante, cada procedimiento tiene desventajas

- A primera vista, los gastos de inversión son relativamente altos
- Se necesitan materiales con diversas características ópticas
- En la elaboración de piezas complejas y/o muy grandes el mecanismo de tensión 
  puede ser muy dispendioso

 

 

¿Cómo funciona “la soldadura por láser de plásticos “?

 

En la mayoría de los procesos de ensamblaje, la
energía presente en el material juega un papel muy importante, ya sea por
conducción termal (p.eje. la soldadura por elementos calientes), por convección
(p.ej. la soldadura de gas caliente), por fricción (p.ej. la soldadura
ultrasónica o de vibración), por inducción (p.ej. soldadura electromagnética),
por calor radiante o luz y/o radiación de láser. Actualmente la soldadura por
láser está ganando en importancia.

 

En este proceso se necesita un material transparente
al láser y uno absorbente. Durante el proceso de soldadura el rayo láser da primero en la pieza transparente al láser. Este irradia y al llegar a la pieza absorbente, la energía del láser se convierte en calor. El plástico absorbente se transforma a su condición plástica. Lo mismo ocurre con la parte transparente al láser a causa de la presión de ensamblaje y de la transferencia térmica.
Las dos partes de la masa fundida se unirán y se convertirán después del proceso de enfriamiento en una línea de soldadura.

 

 

¿Es este proceso seguro?

 

El proceso de soldadura se puede supervisar con diversos procedimientos.

Por un lado, existe la posibilidad de medir el calor que se desprende en el proceso de soldadura, es decir, el calor que llega hasta la superficie plástica, por medio de una cámara de imagen de calor. Se desvían los valores medidos de los valores deseados, pudiendo así optimizar los valores reales o definiendo la pieza de construcción como defectuosa.

 

Otra posibilidad existente es la técnica conocida como
“Setzweg: recorrido fijo”. La línea de soldadura se diseña en la unidad de construcción como una elevación. El rayo láser derrite esta barra y por la
presión de ensamblaje, las dos piezas soldadas son movidas entre sí. De esta forma se presenta una disminución en la altura de la unidad de construcción, la cual puede ser medida.

 

 

 

¿Qué plásticos se pueden soldar por medio de la radiación de láser?

 

Con la soldadura de plásticos por láser los materiales
deben satisfacer algunas condiciones básicas. Además de la propiedad de
fusionabilidad, los polímeros que van a ser soldados deben poseer puntos de
fusión que se superpongan, de esta forma no se va a destruir térmicamente uno de
los plásticos, mientras que el otro ni siquiera ha cambiado a su condición
líquida.
Otro condicion es una compatibilidad de la fusión, de modo que se
puedan unir las dos piezas. Adicional a esto el plástico absorbente debe ser
capaz de absorber en una longitud de onda láser (p.e. 800 nanómetro, 940
nanómetro, 1064 nanómetro).

 

Lo más sencillo es soldar el mismo tipo de material
entre sí, por ejemplo: ABS-ABS o PP-PP. No obstante se puede realizar
combinaciones de diversos materiales, cuando son “compatibles”, tales como p.ej.
ABS-PMMA, PP-TPE, ABS-TPE, ....

 

 

Aditivos que aumentan o afectan el resultado de la soldadura?

 

Aditivos de color (pigmento o colorantes) tienen una influencia
substancial en las características ópticas y por tanto en la soldadura de láser
de plásticos. Los colorantes son solubles en la matriz plástica y están presente
como átomos o moléculas. Los pigmentos, en cambio, tienen una estructura
granular, en la cuál el rayo láser puede ser más fácilmente absorbido.
Sin embargo la composición química desempeña un papel importante. El efecto óptico
del pigmento de color se basa en su característica para absorber cierta longitud
de onda de la luz visible. Si la longitud de onda del láser y la absorción
selectiva coinciden, el rayo láser será absorbido por el pigmento. 
 

Cada aplicación debe ser examinada individualmente, puesto que es difícil realizar un pronóstico general de la influencia de los aditivos del color.

  

Fibras y esferas de vidrio no absorben los rayos láser. El rayo láser sin embargo es divergido por la difracción y el efecto de reflexión, de tal manera el camino del rayo a través del plástico se alargará y
la absorción de los materiales aumenta.