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Los ultrasonidos activan las moléculas del plástico, se genera calor de fricción.
Los ultrasonidos activan las moléculas del plástico, se genera calor de fricción.

Soldadura de plásticos con ultrasonidos

La soldadura por ultrasonido de materiales plásticos crea una unión molecular dentro de la costura de soldadura. Las vibraciones longitudinales en frecuencias de 20 kHz, 30 kHz y 35 kHz con amplitudes de herramienta de entre 5 µm y 50 µm se introducen en los materiales plásticos aplicando fuerza. Las vibraciones ultrasónicas se concentran gracias al diseño especial de los componentes o las herramientas. Esta geometría específica dentro de un componente se denomina director de energía. Los puntos de contacto en el área de unión están moldeados activamente con la entrada de energía para lograr una deformación elástica. La fricción entre las superficies de contacto y dentro de las cadenas moleculares genera calor, lo que provoca la fundición del metal.

La soldadura por ultrasonido es particularmente adecuada para:

  • unión de piezas de moldeo por inyección
  • incrustación de membranas
  • incrustación de cuero, materiales no tejidos y textiles
  • remache de diferentes tipos de materiales
  • producción de uniones "form-fit" mediante rebordeado
  • inserción de casquillos e imanes

El remache de plásticos se ha utilizado con éxito en la fabricación industrial durante muchos años. El remache produce uniones permanentes de combinaciones de materiales casi sin límites y permite ciclos cortos de proceso, una elevada eficiencia y gran libertad de diseño y planificación de procesos técnicos.
A menudo los métodos alternativos de unión de plásticos como el recorte, el encaje ejerciendo presión o el encolado no funcionan debido a las propiedades del material, la seguridad funcional o la eficiencia.

El rebordeo por ultrasonido es un método muy similar y diverge únicamente del remache en que el rebordeado no utiliza ejes redondos o longitudinales para el procesamiento, sino que funde y reforma el resalte del plástico (tanto recto como redondo) alrededor de la pieza que debe sujetarse.

  • Director de energía
    Director de energía
  • Encapsulamiento por fundición
    Encapsulamiento por fundición

Las siguientes variantes son posibles:

Soldadura de componentes moldeados con un diseño de la unión/concentración de energía a través de la geometría de soldadura (= director de energía)
Se aplica a todos las piezas de moldeo por inyección; este proceso se denomina unión molecular. La concentración de energía de ultrasonido es realizada por los denominados directores de energía (ERG). Los directores de energía, ERG pueden ser puntas o bordes que deben formar parte del diseño de la pieza. La fundición se forma directamente entre las piezas de unión, en los puntos de contacto de los directores de energía, ERG.

Concentración de energía con director de energía, véase el ejemplo de la costura de apriete.

Reforma empleando ultrasonidos/concentración de energía por el sonotrodo
Esto proceso se denomina remache, soldadura por puntos o rebordeado. La fundición se desarrolla mediante el contacto inmediato entre la superficie de soldadura del sonotrodo y el componente termoplástico. Con este método también es posible unir diferentes tipos de materiales (por ejemplo: plástico-metal, vidrio-plástico, etc.) con una unión "form-fit".

Concentración de energía con sonotrodo, véase el ejemplo del remache.

ULTRASONIC FUNDAMENTALS OF PLASTICS_ENG

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Variantes de diseño de la unión
para distintos requisitos:

  • Costura escalonada

    Este tipo de diseño de la unión es relativamente sencillo de implementar en la herramienta de moldeo por inyección. Si se emplean plásticos amorfos, este diseño de la unión incrementa la producción de soldaduras herméticas, de aspecto visual impecable y elevada firmeza. Otras ventajas son que la costura escalonada soporta el autocentraje de componentes y la absorción de fuerzas de cizallamiento y de tracción incrementadas.

  • Costura escalonada
    Costura escalonada
  • Unión de ranura-lengüeta

    La mayor firmeza normalmente se consigue al utilizar una unión de ranura-lengüeta. Las dimensiones del gap con holguras muy pequeñas crean un efecto capilar que provoca la fundición generada con el fin de penetrar toda el área de unión. El diseño de la unión requiere paredes relativamente gruesas y se considera una recomendación fundamental, siempre y cuando se cumplan todos los requisitos previos.

  • Unión de ranura-lengüeta
    Unión de ranura-lengüeta
  • Costura de apriete

    La costura de apriete ha demostrado ser excelente en los plásticos semicristalinos combinados con paredes finas. Con prolongadas distancias de unión, este diseño de la unión produce normalmente soldaduras herméticas y muy firmes.

  • Costura de apriete
    Costura de apriete
  • Costura de pared fina

    Esta unión se recomienda para componentes con un grosor de pared inferior a 1,5 mm. El centraje automático preciso de los componentes y el posicionamiento definido de la unión resultante contribuyen a lograr una elevada firmeza después de realizar la soldadura. Debe tenerse en cuenta que tanto el moldeo por inyección preciso como el ajuste correcto de la unión son totalmente necesarios.

  • Costura de pared fina
    Costura de pared fina
  • Remache

    El empleo de los ultrasonidos para el remache permite unir los componentes termoplásticos moldeados de manera más rápida y limpia con materiales metálicos u otros no soldables.

    No hay necesidad de utilizar otros consumibles adicionales. El calor resultante del proceso de remache puede disiparse mediante un sonotrodo refrigerado por aire. Después del proceso de remache, el sistema mantiene un tiempo de sujeción preseleccionado para que la fundición pueda solidificarse por completo bajo presión estática. De este modo se bloquean las fuerzas de retorno, que a su vez garantiza uniones precisas y sin holgura.

     

     

     

  • Remache
    Remache
  • Soldadura por puntos

    Los componentes moldeados que se deben soldar están colocados en plano sobre otros, sin puntos de unión preparados ni director de energía. El punto del sonotrodo penetra a través de la placa superior en la placa inferior y plastifica así el plástico de los dos componentes. La fundición resultante se acumula parcialmente en la unión y produce un punto de soldadura local.

     

     

     

  • Soldadura por puntos
    Soldadura por puntos
  • Rebordeado

    No siempre es posible moldear componentes con los pines de remache necesarios. El rebordeado es una alternativa adecuada para este tipo de aplicaciones. La superficie de contacto del sonotrodo debe estar mecanizada de manera adecuada para el proceso de rebordeado de refundición. La secuencia y los tiempos de ciclo del proceso corresponden a los del remache. El rebordeo por ultrasonido permite reformar grandes formatos y puede incluir la circunferencia completa de los componentes.

     

     

  • Rebordeado
    Rebordeado