Introducción a la soldadura ultrasónica de plásticos

La soldadura ultrasónica es un método para unir dos piezas hechas del mismo material o químicamente compatibles mediante vibraciones ultrasónicas de alta frecuencia que crean una soldadura de estado sólido entre ellas. La ventaja de utilizar esta técnica con plásticos es que en segundos se forma una unión de alta resistencia, estanca al gas y al agua sin tornillos, pegamento, roscas, soldadura o cualquier otro tipo de material de unión. Las piezas que han sido soldadas no necesitan dejarse en una plantilla para el curado, lo que las hace inmediatamente utilizables en una línea de automatización. La soldadura ultrasónica de plásticos es un proceso ecológico que consume muy poca energía mientras produce una soldadura rentable, permanente y limpia. El proceso se utiliza en las industrias eléctrica, informática, automotriz, aeroespacial, médica y de embalaje, por nombrar algunas.

Una máquina de soldadura ultrasónica se compone de un conjunto de transductor llamado pila. Se compone de tres componentes:un sonotrodo, un amplificador y un cuerno de soldadura. El sonotrodo es la fuente de vibraciones. En su interior hay discos de cerámica piezoeléctricos intercalados alrededor de placas de metal que se sujetan firmemente a un cilindro de titanio. A continuación, se le suministra electricidad de alta frecuencia a través de un cable desde el módulo de alimentación del sistema. Como esto no crea suficiente vibración para obtener una temperatura de fusión para la mayoría de las resinas termoplásticas, se usa un refuerzo para amplificar las vibraciones de entrada a la relación requerida para el proceso de soldadura. El cuerno de soldadura transfiere la energía de las vibraciones a las piezas de trabajo termoplásticas. El cuerno de soldadura está diseñado para adaptarse a los contornos de las piezas de trabajo específicas. Atenúa la vibración a un valor específico y aplica las fuerzas necesarias para que el proceso funcione.

Este proceso de soldadura depende de que los plásticos que se utilizan se ablanden pero no se funden, por lo que es más adecuado para termoplásticos y no para polímeros termoendurecibles. La mayoría de los termoplásticos tienen una estructura amorfa con cierto grado de cristalinidad, lo que significa que hay algunas áreas que tienen una estructura ordenada. Los termoplásticos se ablandan en una amplia gama de temperaturas y tienen una temperatura de transición vítrea. Los polímeros termoendurecibles son cristalinos y tienen un punto de fusión distinto. Un polímero cristalino permanecerá sólido hasta que alcance su punto de fusión y luego se derretirá de una vez. Los termoplásticos amorfos también tienen una gravedad específica más baja, menor resistencia a la tracción y módulo de tracción, mayor ductilidad y resistencia al impacto y menor resistencia a la fluencia en comparación con la mayoría de los polímeros cristalinos. Por ejemplo, ABS, acrílico, policarbonato y PVC son polímeros amorfos con poca o ninguna estructura cristalina. Estos plásticos son muy adecuados para la soldadura por ultrasonidos. La soldadura ultrasónica de dos piezas fabricadas con el mismo material plástico suele obtener el mejor resultado. Sin embargo, en algunos casos se pueden soldar dos termoplásticos diferentes utilizando ultrasonidos, por ejemplo, cuando los materiales son químicamente compatibles y tienen puntos de fusión similares. Una de las mejores combinaciones de plásticos para este tipo de soldadura es el ABS y el acrílico.

Los polímeros como PE, PP, PE y PIA son cristalinos y tienden a absorber las vibraciones antes de que la energía del soldador ultrasónico pueda pasar al lugar de la soldadura. Por tanto, es difícil unir cualquiera de estos utilizando este tipo de soldadura. Una de las combinaciones más solicitadas es el polietileno y el polipropileno, pero ambos son cristalinos y no son químicamente compatibles.

La soldadura sónica se utiliza para fabricar encendedores de butano, juguetes, pipetas y catéteres intravenosos. Las partes superiores de los zapatos deportivos se fabrican con frecuencia mediante soldadura ultrasónica en lugar de coser o pegar. El proceso de fabricación de electrodomésticos requiere la unión de muchas piezas de plástico. Ejemplos de este proceso incluyen la pantalla de visualización en el panel frontal de una lavadora y las dos mitades de una rueda de bomba. En la industria automotriz, hay cientos de usos para la soldadura sónica, incluida la soldadura de partes de las luces traseras, el grupo de instrumentos y los parachoques. Ha habido informes de que Apple está buscando utilizar esta técnica para fabricar sus auriculares, habiendo utilizado el proceso con éxito en algunos de sus otros productos. Esto le dará a los auriculares una apariencia más estilizada.

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