Bremen, Alemania – El nuevo recubrimiento UltraPLAS desarrollado por los investigadores del Instituto Fraunhofer ha demostrado ser una solución innovadora para los desafíos de los procesos de conformado primario. Este avanzado recubrimiento desmoldante y fácil de limpiar se aplica como una capa de gradiente mediante un proceso de plasma frío y es adecuado para materiales como acero para herramientas, acero inoxidable y aluminio. Las propiedades físicas únicas de UltraPLAS permiten el moldeado perfecto incluso de superficies nanométricas y reflectantes. Al reducir el número de pasos de posprocesamiento y renunciar a los agentes desmoldantes externos, la aplicación se clasifica como altamente económica.
¿Cómo se pueden recubrir superficies de herramientas de alta calidad y sofisticadas de tal manera que se mejore la producción y se retrasen o simplifiquen significativamente los procesos de limpieza? Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM investigaron esta cuestión junto con socios en los proyectos "GlossyCast" y "UltraTrenn" financiados por la Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. El objetivo de los proyectos de investigación era reducir las fuerzas de desmoldeo y la formación de depósitos al tiempo que se resistía de forma duradera a las tensiones específicas de la fundición a alta presión de cinc y el moldeo por inyección de plástico.
En concreto, el moldeo por inyección de piezas técnicas de plástico requiere soluciones que reduzcan las fuerzas de desmoldeo y la formación de depósitos. Esto se aplica a la producción de componentes con superficies de alto brillo o microestructuras muy definidas, como lentes de plástico, molduras decorativas o conectores con una gran precisión dimensional. De manera similar, en la fundición a alta presión de cinc, los depósitos en la superficie del molde, así como los depósitos de desmoldante y lubricantes, impiden la producción de piezas fundidas de cinc brillantes y de alta calidad. Esto genera unos costes considerables en el posprocesamiento de las piezas fundidas. Independientemente de esto, la aplicación de desmoldante por sí sola puede representar hasta un 20 por ciento del tiempo de ciclo, lo que significa que existe un potencial de ahorro considerable si ya no se necesitan desmoldantes.
Para cumplir con el perfil de requisitos antes mencionado de superficies ópticamente lisas (Ra < 25 nm) en los proyectos, el recubrimiento en sí debe ser liso y sin estructura. Para lograrlo, se utilizó el proceso de plasma frío, el llamado proceso PE-CVD (plasma enhancement chemical vapor deposition). Mediante la construcción de una capa de gradiente, este proceso permite una excelente adhesión de la capa al cuerpo del producto por un lado y, por otro, propiedades antiadherentes excepcionales con excelentes características físicas en el lado del producto.
El revestimiento así obtenido se caracteriza, por ejemplo, por un elevado módulo de elasticidad (28 – 32 GPa) y una elevada densidad (1,5 g/cm³). Esto da como resultado una dureza de Mohs de 5,5, comparable a la del vidrio o el esmalte. Como revestimiento antiadherente, también tiene una energía superficial baja (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
Este comportamiento se ve reforzado por el hecho de que los investigadores del Fraunhofer han conseguido producir el recubrimiento UltraPLAS con un espesor de capa especialmente fino, inferior a 100 nm, lo que incluso resultó necesario en el proyecto GlossyCast para conseguir un buen efecto antiadherente. Además, las capas finas y sin estructura permiten reproducir perfectamente tanto las estructuras superficiales a escala nanométrica, por ejemplo, para el proceso de nanoimpresión, como las superficies con brillo especular.
Ensayos prácticos exhaustivos realizados en el marco de proyectos en diversas empresas industriales han demostrado que en el campo del moldeo por inyección se reducen las fuerzas de desmoldeo y la formación de depósitos. También se ha demostrado que la reducción de las fuerzas de adhesión reduce las fuerzas de desmoldeo totales. Como resultado, se puede aumentar la temperatura de desmoldeo y reducir la cantidad de fricción.
A diferencia de lo que ocurre con la tecnología de plasma, los recubrimientos se pueden eliminar de forma eficaz y cuidadosa, de modo que, en caso necesario, se puede aplicar un nuevo recubrimiento varias veces sin ninguna pérdida de calidad. Esto resulta especialmente interesante para superficies de herramientas de alto brillo, ya que elimina la necesidad de pulidos que requieren mucho tiempo o mecanizados de alta precisión.
También se ha demostrado que la producción directa de superficies de fundición a presión de cinc de alta calidad mediante la tecnología de fundición puede aumentar significativamente la rentabilidad. Al mejorar significativamente la calidad de la superficie de las piezas fundidas, se pueden simplificar o incluso eliminar por completo los costosos y laboriosos pasos de procesamiento mecánico posterior, como el granallado, el esmerilado y el pulido. Además, se pueden acortar o reducir los pasos de proceso individuales de la galvanoplastia. El desarrollo de este duradero revestimiento desmoldante UltraPLAS para la fundición a presión de cinc representa un avance significativo en la tecnología de fundición. La posibilidad de cortar los agentes desmoldantes abre un nuevo potencial para mejorar la calidad de la fundición, reducir los costos de producción y hacer que la producción sea más respetuosa con el medio ambiente.
Como los productos fundidos se fabrican sin agentes desmoldantes, se reduce el tiempo de pretratamiento para la galvanoplastia y se reduce el consumo de material. Los componentes fabricados tienen la rugosidad deseada. Gracias a la superficie más lisa, se puede prescindir del cobreado brillante, lo que supone un ahorro de material, tiempo y aguas residuales. La reducción del espesor de la capa de cobre (cianuro) y níquel brillante en un 50 por ciento cada una supuso un mayor ahorro de material y tiempo.
Antecedentes del proceso de desarrollo: El desarrollo de UltraPLAS fue precedido por el recubrimiento antiadherente PLASLON, que se caracteriza por una alta dureza (dureza Mohs 4,5 – 5,5) y una excelente resistencia a temperaturas de hasta 230 grados. Este perfil de propiedades ha convertido a PLASLON en un recubrimiento fácil de limpiar y sin PFAS para utensilios de cocina. A través de la innovación continua y el desarrollo de productos como UltraPLAS y PLASLON, nuestro instituto hace una contribución significativa a la mejora de los procesos de producción y a la promoción de la sostenibilidad en la industria.