Marcado láser en la extrusión de plásticos: ahorro potencial en la producción continua

Sólo en el caso de las tuberías de alcantarillado, esto supone un peso procesado de más de siete millones de toneladas de PVC. Y la tendencia va en aumento. Casi todos los productos se etiquetan durante el proceso. En tiempos de digitalización y de crecientes exigencias de métodos de producción sostenibles, los procesos de estampación en caliente y la impresión con tintas basadas en disolventes son un anacronismo.

Le explicamos el potencial de ahorro que ofrece la tecnología láser para el marcado de plásticos en general y de PVC en particular.

¿Qué tipo de láser se utiliza?

A la hora de marcar productos de extrusión con láser, se distingue principalmente entre dos tipos de fuente de haz y sus longitudes de onda básicas: A título orientativo, los láseres_{de CO2} pueden utilizarse para grabados en materiales orgánicos y los láseres de fibra para marcados con cambio de color en plásticos y metales. En este caso, el límite no es nítido. Mientras que el láser de CO2 emite a 10,6 µm en la gama de infrarrojos, fundiendo y vaporizando parcialmente los plásticos, el láser de fibra con una longitud de onda de 1,06 µm en la gama de infrarrojoscercanos(NIR) produce efectos térmicos como la formación de espuma o la carbonización con el consiguiente cambio de color.

Si muchos plásticos de las familias PP, PA y ABS ya reaccionan con cambios de color por sí mismos, la adición de aditivos adecuados puede reforzar estos efectos, influir en su color y protegerlos. Por lo general, los plásticos PP-homo y PETG sólo pueden marcarse con láser en el NIR con aditivos de calidad suficiente. Sin embargo, el PVC tiene aquí una posición especial: también reacciona a_{la radiación de CO2} con cambios de color de alto contraste.

La diferencia más obvia entre el marcado por láser y los métodos de marcado convencionales es el potencial de ahorro debido a la eliminación de consumibles y los costes ocultos asociados de planificación de materiales, adquisición, almacenamiento y personal.

Además, se eliminan los tiempos de inactividad por mantenimiento y limpieza con los costes de servicio asociados, habituales en las tecnologías mecánicas o de aplicación. Tanto la unidad de deflexión como la fuente láser están diseñadas para varias 10.000 horas de funcionamiento. En consecuencia, el esfuerzo de mantenimiento de los dispositivos de marcado por láser se limita a la limpieza ocasional de la lente de enfoque o del cristal protector, una operación que sólo lleva unos segundos si la accesibilidad es buena.

Dado que normalmente se utiliza un sistema de extracción con la correspondiente tecnología de filtros, los cambios de filtros deben incluirse en el cálculo en aras de la equidad. Debido al escaso volumen de material vaporizado por marcaje, los intervalos de sustitución son largos, normalmente semanales o mensuales.

Además de reducir los costes de producción, el marcado por láser tiene otras ventajas para los clientes debido a sus propiedades. Es cautivo, resistente a la abrasión y resistente a los disolventes dentro de los límites de la resistencia del propio plástico. Esta es la propiedad más destacada que mejora el producto final y, por tanto, garantiza de forma fiable la trazabilidad desde la comercialización hasta el reciclaje, así como la protección contra las falsificaciones. También ofrece la posibilidad de añadir dimensiones de longitud muy precisas a los productos para el comercio de transformación. La alta resolución gráfica de los sistemas láser también permite transferir logotipos complejos al producto con gran calidad.

El marcado por láser, ya sea mediante cambio de color o grabado, no se aplica sobre el perfil de extrusión, sino en su interior. No es necesario ningún tratamiento previo o posterior de la superficie de marcado. Por lo tanto, el marcado por láser es un proceso de una sola etapa que estadísticamente es menos propenso a errores que los procesos de varias etapas con pre y postprocesamiento. El uso de láseres también ofrece la ventaja de que no se requieren aditivos y, por tanto, no es necesario moverlos. Los marcadores láser también son insensibles a la carga electrostática de los perfiles de extrusión. De este modo se evita un etiquetado distorsionado debido a los campos eléctricos.

Esto plantea la cuestión de por qué los marcadores láser no se utilizan con mucha más frecuencia en las plantas de producción de todo el mundo. Además de los costes de adquisición más elevados en comparación con las impresoras de chorro de tinta, esto se debe probablemente sobre todo a la falta de información sobre el tema de la seguridad del láser.

Seguridad láser: no es ciencia espacial

La tecnología láser industrial existe desde hace casi 60 años. Durante este tiempo, tanto los fabricantes de sistemas como los centros de pruebas pertinentes han adquirido una amplia experiencia y se han establecido directrices y normas claras según las cuales se aprueban las instalaciones. Básicamente, se trata de la norma DIN EN ISO 13849-1 para la seguridad funcional general de los sistemas, que ya se aplica durante el desarrollo del producto, y las normas DIN EN 60825-1 y -4, relativas a la seguridad en relación con la tecnología láser.

En consonancia con esto, el área alrededor del proceso láser debe cerrarse para evitar posibles radiaciones dispersas fuera de la cámara de proceso. Para cumplir los requisitos de la clase de láser 1, no es necesario encerrar todo el dispositivo, sino sólo la zona de trabajo, con un diseño adecuado de la alimentación y extracción de material.

Además de la solución de carcasa, los fabricantes establecidos también ofrecen el sistema de extracción adecuado con tecnología de filtrado de un solo proveedor.

¿Es la tecnología láser adecuada para mi proceso?

Antes de adquirir una solución de marcado, siempre se elabora una muestra adecuada. Si las muestras cumplen los requisitos del cliente en cuanto a calidad de la superficie, contraste, legibilidad y velocidad de marcado, se comprueba la situación de la instalación. Son posibles tanto soluciones para instalación permanente en una línea de producción como conceptos móviles para diferentes aplicaciones de codificación.

En caso de que se produzcan cambios en la aplicación, ya sea un cambio de producto o un gráfico modificado, el usuario no está atado a un número concreto de líneas y puede determinar la parametrización óptima de forma rápida y, por lo general, únicamente mediante entradas en el software operativo, lo que aumenta la flexibilidad en la línea.

Conclusión: una herramienta de producción flexible, fiable y prácticamente sin mantenimiento

Aunque la tecnología láser industrial existe desde hace casi 60 años, todavía hay reticencias en el sector. Quienes adoptan esta tecnología disponen de una herramienta de producción flexible, fiable y prácticamente libre de mantenimiento. Las principales ventajas del marcado por láser son el etiquetado de productos cautivos con la máxima flexibilidad en términos de diseño, un alto grado de protección contra la falsificación y todo ello reduciendo la logística y los costes de material. Esto significa que la sostenibilidad no sólo puede hacerse realidad en el proceso de creación del producto, sino también en el proceso de reciclaje y el aumento de la competitividad.

Autor: Christian Dini, experto en láser de REA Elektronik GmbH