Soldadura de plásticos
Fuentes de diodo para soldadura de polímeros por transmisión
La soldadura láser por transmisión une dos piezas de termoplástico sin contacto, sin vibraciones y sin partículas. El haz atraviesa la pieza superior, transparente a la longitud de onda del láser, y se absorbe en la superficie de la pieza inferior, que contiene un absorbente como el negro de carbono o un pigmento. La interfaz se funde, el calor se transmite por conducción a la pieza superior y, con presión de apriete, ambas se unen en un cordón estanco y limpio, sin afectar a las superficies exteriores. Esta técnica ha ido sustituyendo en muchas aplicaciones a la soldadura por fricción, vibración o ultrasonidos [1].
Soldadura por transmisión en el infrarrojo cercano
Los láseres de diodo en el infrarrojo cercano (800–1100 nm) son una de las fuentes más utilizadas, porque la mayoría de termoplásticos sin cargas son muy transparentes en esta región [1, 2]. El proceso se controla con la potencia, la velocidad y el tamaño del haz, y admite distintas estrategias [1]:
| Estrategia | Descripción | Formato de fuente adecuado |
|---|---|---|
| Contorno | Un spot recorre la línea de soldadura | Diodos acoplados a fibra |
| Cuasi-simultánea | Un escáner recorre el contorno muchas veces por segundo y todo el cordón se funde a la vez | Diodos acoplados a fibra |
| Simultánea | Todo el cordón se irradia a la vez con una línea o un patrón de diodos | Módulos de emisión en línea o de área |
| Máscara | Una máscara define el patrón irradiado por una línea que barre la pieza | Módulos de emisión en línea |
En ensayos realizados con el Centro Láser de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) hemos validado nuestras fuentes de 940 nm en soldadura por transmisión de PMMA y PVC, tanto con un módulo de diodo de 1 kW acoplado a fibra como con un módulo de emisión en línea de ~250 mm [3]:
| Unión | Fuente | Parámetros | Resultado |
|---|---|---|---|
| PMMA transparente 2 mm / PMMA blanco 3 mm | Acoplada a fibra | 60 W, haz enfocado, 200 mm/min | Unión resistente; zona afectada de ~1,3 mm de ancho |
| PMMA transparente 2–3 mm / PVC gris 2 mm | Acoplada a fibra | 60 W, haz desenfocado, 800–1000 mm/min | Supera una caída de 1,5 m y la prueba de apertura con cuña |
| PMMA blanco 3 mm, soldadura en ángulo | Acoplada a fibra | 292 W, haz enfocado, 200 mm/min | Fusión de ambas piezas en la unión |
| PMMA transparente / PMMA blanco | Emisión en línea | Línea estática, 5–20 s | Prueba de concepto de soldadura simultánea de todo el cordón |
Soldadura sin absorbente a ~2 µm
Cuando las dos piezas deben ser transparentes, o no se admiten aditivos, como en dispositivos médicos, microfluídica u ópticas, se puede soldar a longitudes de onda en torno a 2 µm. En esta región los propios polímeros absorben la radiación, sin necesidad de absorbente. Se han soldado así PE, PP, PMMA, POM y PETG, con uniones de polietileno que alcanzan más del 80 % de la resistencia del material base [4]. Como la absorción se produce en todo el espesor, la óptica de enfoque es la que concentra la energía en la interfaz.
Nuestras fuentes
Diseñamos y fabricamos barras de diodo acopladas a fibra para soldadura de contorno y cuasi-simultánea, y módulos de emisión en línea que irradian cordones de cientos de milímetros de una sola vez para soldadura simultánea o por máscara. Para soldadura sin absorbente ofrecemos diodos acoplados a fibra a 2,0, 2,1 y 2,3 µm. Adaptamos la longitud de onda, la potencia y la geometría del haz a los materiales y a la pieza.
Referencias
1. Acherjee B. Laser transmission welding of polymers – A review on process fundamentals, material attributes, weldability, and welding techniques. J Manuf Process. 2020;60:227–246. doi:10.1016/j.jmapro.2020.10.017
2. Acherjee B. Laser transmission welding of polymers – A review on welding parameters, quality attributes, process monitoring, and applications. J Manuf Process. 2021;64:421–443. doi:10.1016/j.jmapro.2021.01.022
3. Centro Láser UPM. Pruebas para la validación de sistemas láser desarrollados por Monocrom. Procesos láser industriales. Informe técnico, junio de 2024.
4. Mingareev I, Weirauch F, Olowinsky A, et al. Welding of polymers using a 2 μm thulium fiber laser. Opt Laser Technol. 2012;44(7):2095–2099. doi:10.1016/j.optlastec.2012.03.020
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