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21 oct 2016
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Por Enric Sirera (Ultrasion). Una nueva tecnología de impresión 3D premiada en Moscú y desarrollada por el laboratorio de investigación en materiales de Eurecat que permite obtener estructuras tres veces más ligeras que el titanio.
Comparativa de tamaño de una pieza moldeada
Si juntáramos una tarde de domingo en casa a miembros de tres generaciones distintas de una misma familia y comentáramos sobre objetos de la vida cotidiana y su evolución, no costaría acordar que, indiscutiblemente, muchas cosas han cambiado. Si observamos con detenimiento los objetos que hay sobre la mesa, en el salón, la cocina o la indumentaria que llevamos puesta veríamos que no sólo convivimos con nuevas necesidades, sino que éstas han sufrido importantes cambios a nivel tecnológico.
Profundizando en este análisis, vemos que sustituir los materiales usados desde los inicios de la humanidad hasta principios del siglo XX ha permitido producir estos cambios de diseño, propiedades, nuevas aplicaciones y miniaturización. Los plásticos, resultado de recetas químicamente formuladas, se componen esencialmente de una matriz de polímero con una serie de aditivos. Los polímeros son moléculas que tienen la particularidad de ser muy largas en relación a su anchura, lo que les confiere unas propiedades muy especiales en relación a otras sustancias.
Es relativamente fácil cuestionarnos si un material es un plástico o no, aunque menos habitual es preguntarnos cuál ha sido el método de fabricación para lograr que ese material tenga esa forma y aspecto determinados. Si tuviéramos que clasificar los polímeros desde el punto de vista de la procesabilidad a nivel técnico el interés se centraría en su comportamiento frente al calor. Así, se dividen en aquellos que se funden bajo un aumento de la temperatura, conocidos como termoplásticos, y los que no lo hacen, conocidos como termoestables.
En aquellas ocasiones en que se proyectan geometrías complejas y se piensa en hacerlas de plástico, tarde o temprano esa pieza deberá pasar por procesos de moldeo, donde el material base se adapta a la forma de la cavidad que deseamos, igual que haríamos cuando acabamos de preparar un flan y se debe dejar enfriar en un recipiente para obtener la forma que deseamos. Si la aplicación requiere el uso de un material termoestable el proceso necesita esta etapa de "cuajar", lenta en términos de productividad. En los casos en que, por la aplicación, el material deba ser un termoplástico, esa etapa de moldeo consistirá en un simple enfriamiento del material que ha entrado en dicha cavidad. Los termoplásticos, por la eficiencia en su fabricación y comodidad, se usan a menudo en todo tipo de aplicaciones.
Pensando de nuevo en la preparación de un flan deberemos no solo preparar una mezcla con las proporciones adecuadas y la consistencia correcta, sino un horneado a una temperatura adecuada para que este no quede crudo ni se nos queme y luego tendremos que dejarlo enfriar durante el tiempo y con la temperatura adecuados y asegurarnos de que saldrá de nuestro molde sin problemas. Análogamente, cuando en la industria queremos moldear una pieza de plástico tendremos que tener ese material fundido con la consistencia adecuada, pero con la dificultad de que las geometrías a moldear son mucho más complejas.
Debido a la miniaturización cada vez mayor de los componentes plásticos, la tecnología para fabricar este tipo de piezas ha debido evolucionar a la par. Las máquinas de moldeo cada vez deben ser más precisas, así como la tecnología de molde, desarrollando técnicas de micro mecanizado para generar cavidades con gran nivel de detalle sobre el metal. A causa de estas mismas dificultades en la fabricación de piezas pequeñas, también han debido evolucionar las secuencias de micro moldeo para lograr que los plásticos penetren en cavidades minúsculas sin dañar las moléculas de polímero y obtener piezas comercialmente aceptables. Hasta ahora, y durante todo este tiempo, se ha mantenido el concepto esencial del proceso: primero se plastifica la materia prima con calor y luego se moldea por inyección.
El centro tecnológico Eurecat (miembro de TECNIO) ha decidido romper estos paradigmas y dar un enfoque totalmente distinto a este método de plastificación. El nuevo método consiste en plastificar la materia prima sin aportar calor de forma externa, sino haciendo que el material se caliente por sí mismo. El sistema consiste en transmitir la energía mecánica al material, consiguiendo agitar las largas moléculas de polímero tan rápido que el material debe generar calor por sí mismo para disipar esta energía. Es posible producir este efecto gracias a la aplicación de vibraciones de alta frecuencia, conocidas como ultrasonidos.
Los ultrasonidos, a diferencia de los tradicionales sistemas de calefacción con resistencias, son un método mucho más eficiente, ya que actúa únicamente sobre la masa de materia prima que se desea moldear durante el tiempo que precisa la plastificación y no de forma continua. Este método ahorra energía y material, ya que al no ser necesario mantener éste en estado fundido, es posible evitar desecharlo en procesos de purga o por parada de máquina. A nivel técnico, este sistema aporta la ventaja de trabajar a bajas presiones, ampliando el campo de aplicación del moldeo al sobremoldeo de componentes sensibles a la presión. Las pruebas muestran, además, que el efecto del ultrasonido sobre el material aporta un mayor nivel de fluidez dentro de las cavidades, permitiendo replicar paredes extremadamente delgadas y geometrías complejas.
Actualmente, el reto de satisfacer cualquier exigencia para las actuales aplicaciones de micro-inyección mediante esta tecnología y otras aplicaciones hasta ahora inexistentes, lo tiene la empresa Ultrasion S.L, compañía de base tecnológica creada en 2010 como spin-off de Eurecat y situada en el mismo Parque Tecnológico del Vallès. Ultrasion ha diseñado, desarrollado y fabricado la primera máquina de inyección por ultrasonidos del mundo, comercializada como Sonorus, demostrando así que es posible reenfocar la plastificación de polímeros de una forma mucho más sostenible.
Recientemente, la Asociación Europea de Organizaciones Tecnológicas y de Investigación (EARTO) ha galardonado el proyecto Sonorus 1G en la octava edición de sus premios de innovación. Los técnicos de EARTO han destacado la aportación de Sonorus en la categoría "Impact Delivered" por su aportación a la innovación de producto y su contribución a nuevas posibilidades en el ámbito del micro-modelado. Sin duda en esta ocasión la complejidad del reto es equivalente a las inimaginables nuevas aplicaciones que la nueva tecnología de Ultrasion será capaz de resolver.
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Nuevo método de fusión de materiales plásticos con ultrasonidos para su moldeo por inyección
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