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• Yllen Oriana Marmolejo Rojas

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1) Mecanizado mediante chorro abrasivo. Los principales métodos de corte de planchas de acero, son los denominados “térmicos”, como por ejemplo, el Oxicorte y el Plasma. Sin embargo, estos métodos presentan una serie de inconvenientes como: gran formación de escoria, formación de gases peligrosos, radiaciones UV, entre otros, manifestándose con mayor intensidad en materiales con poco espesor. 2) Corte por chorro de agua Es un delgado pero potente chorro de agua combinado con una parte de un resistente abrasivo, el cual impacta el material a altísima velocidad, provocando un fenómeno de micro-erosión y de esta forma se logra el corte El corte con chorro de agua abrasivo (AWJ) es uno de los procesos de mecanizado con un crecimiento más rápido. Este proceso de corte único se utiliza en todo el sector en diferentes materiales duros, incluido el acero inoxidable, el titanio, el aluminio, la piedra, el granito y compuestos, entre otros. AWJ puede cortar formas difíciles de piezas de forma rápida y precisa sin provocar daños térmicos en la pieza. El principio del mecanizado por chorro de agua consiste en la proyección de un flujo de agua a una presión superior a los 410 MPa que se hace pasar a través de un orificio, cuyo diámetro oscila entre 0.8 mm y 7.6 mm, para formar el chorro a presión que produce el corte del material. Además en el método de corte por proyección de chorro de agua abrasivo se incluye en el fluido un material abrasivo que es introducido al flujo de agua a través de una cámara de mezcla, y desde allí se pasa a la boquilla donde es acelerado y proyectado junto con el fluido sobre el material a cortar. El tamaño del abrasivo condicionará el acabado final de la pieza 3) Mecanizado mediante flujo abrasivo Particularmente en lo que se refiere a la calidad de la superficie de las herramientas de conformado. El proceso de mecanizado por flujo de pasta abrasiva permite desbarbar, formar radios en los bordes y pulir componentes metálicos. En el sector de las herramientas y matrices, este proceso se utiliza en particular para los acabados de las superficies de las matrices de extrusión de aluminio.

4) Corte de chorro de agua y abrasivo

Un método que no provoca muchos de los problemas, es el corte “Chorro de Agua-Abrasivo” o “Abrasive Waterjet Cutting”. Éste método de muy poca difusión en nuestro país, consiste en un delgado pero potente chorro de agua

combinado con una parte de un resistente abrasivo, el cual impacta el material a altísima velocidad, provocando un fenómeno de micro-erosión y de esta forma se logra el corte.

5) Mecanizado por ultrasonidos rotatorio El mecanizado por ultrasonidos rotatorio (RUM) es un proceso no convencional, indicado para el mecanizado de materiales duros y frágiles como son las cerámicas técnicas, metales duros, vidrios, etc. Se basa en el empleo de herramientas de diamante que eliminan el material por la combinación de un giro y de una vibración ultrasónica en dirección axial. Esta herramienta vibra unas 20.000 veces por segundo gracias a un piezoeléctrico incorporado en el cabezal. La separación continua entre herramienta y pieza gracias a esa vibración ultrasónica hace que, en comparación con los métodos tradicionales, las fuerzas de corte se reduzcan y que la generación de calor sea menor. Esto se traduce en una protección de la herramienta y de la pieza aumentando la productividad en hasta 5 veces la de dichos procesos convencionales, y la obtención de unos acabados superficiales Ra incluso menores que 0,2µm. 6) El mecanizado electroquímico

Es un proceso en el que el material se elimina por disolución anódica del mismo en una corriente rápida de electrolito. Se trata básicamente de un proceso desgalvanoplástico en el que la herramienta es el cátodo y la pieza es el ánodo, por lo que ambos han de ser conductores eléctricas, encargándose el electrolito de arrastrar los lodos hasta un filtro de decantación. El proceso es: la herramienta se conecta al cátodo y se la hace avanzar hacia la pieza a una velocidad constante adaptada a la velocidad de disolución de los electrodos, manteniendo un intersticio de 0,07 a 0,75 mmentre ambos. Ese intersticio evita el cortocircuito entre los electrodos y a través de él circula la corriente de electrolito que arrastra los residuos de la descomposición del metal de la pieza

7) Rectificado electroquímico Esta técnica combina el maquinado electroquímico con el rectificado normal. La piedra rectificadora es un cátodo giratorio embebido en partículas abrasivas. Los abrasivos tienen las funciones de servir como aislantes entre la piedra y la pieza y de quitar mecánicamente los productos de la electrólisis del área de trabajo. Ya que sólo alrededor del 5% de la remoción es por acción del abrasivo (el resto es por el electrolito), el desgaste de la piedra es muy bajo.

REBARBADO POR ENERGÍA TÉRMICA Existen varios tipos de rebarbado no-convencionales dependiendo del material a ser tratado, del tipo de rebarba, de la geometría de la pieza o del nivel de producción. En el proceso de rebarbado térmico se efectúa una combustión dentro de una cámara cerrada herméticamente. Las rebarbas son vaporizadas instantáneamente cuando una mezcla de gases es encendida generando un aumento de la temperatura hasta 3.000°C en un período de tiempo muy corto. Esta fuente de energía hace que las rebarbas se vaporicen y se transformen en óxidos del metal del que están constituidas. Estos óxidos generalmente quedan adheridos a las superficies de los componentes, por lo que es necesaria una etapa posterior de remoción de los mismos, a no ser que las piezas vayan a ser tratadas térmicamente, galvanizadas o decapadas, ya que estos procesos remueven la capa oxidada. La máquina de rebarbado térmico se compone de un sistema hidráulico que permite el cerrado de la cámara de ignición con fuerzas de hasta 400 toneladas, un sistema de alimentación de gases que recibe el oxígeno y el combustible de los depósitos presurizados, ajusta esta presión a la necesaria y los inyecta en la cámara, un sistema de refrigeración y un sistema de control por PLC con monitorización de todas las variables y componentes expuestos a la ignición. Esta última característica es muy importante debido al intrínseco peligro que el manejo de gases presurizados conlleva. La figura 4 nos muestra un esquema del equipo TEM.

El proceso presenta las siguientes ventajas:  Rebarbado total y uniforme de componentes metálicos, interna y externamente, independientemente de la geometría  Remoción de rebarbas de cámaras cerradas  Remoción de micro-rebarbas generadas por torneado, roscado o rectificado  Remoción de rebarbas de inyección tipo “flash”

 Aplicable a cantidades pequeñas o a grandes volúmenes  Tiempo de preparación muy cortos  El proceso no afecta el resto de la pieza FRESADO QUÍMICO El fresado químico es un procedimiento de acabado químico por medio del cual se rebaja un metal por ataque del medio, generalmente ácido. Por ejemplo, en el caso del titanio se trata de sumergir la pieza en una mezcla de ácido nítrico-fluorhídrico en presencia de un tensoactivo a unos 400 °C de temperatura. La pieza perderá masa a unos 0,02 mm/minuto. Las partes que no se desee atacar se pueden recubrir con neopreno o copolímero de isobutileno-isopropileno. Proceso de arranque químico: Arranque de material por contacto de la pieza a mecanizar con un potente agente químico (por ejemplo, ácido sulfúrico) Ventajas:  No se producen alteraciones térmicas en la pieza.  Materiales muy difíciles de mecanizar por otros medios. Aplicaciones: Industria aeronáutica, instrumentos quirúrgicos y microcomponentes.

Etapas del fresado químico

MECANIZADO FOTOQUÍMICO El mecanizado fotoquímico (PCM) también se conoce como fotograbado, fresado fotoquímico, fotofabricación, fresado químico y borrado químico. Se utiliza principalmente para la producción de piezas finas y decorativas. El fresado químico se considera un proceso de precisión y habitualmente se utiliza en el mecanizado de planchas y láminas. El uso del mecanizado químico está muy extendido en las industrias electrónica y aeroespacial. Entre las aplicaciones más habituales del mecanizado fotoquímico se incluyen: marcos de plomo de circuitos integrados, atenuadores ópticos, discos codificadores, joyería y mallas. Las herramientas fotográficas suelen producirse con la geometría exacta para ser mecanizadas mediante el uso de un plóter fotográfico láser. La herramienta fotográfica expone de manera selectiva una película fotográfica, de acuerdo con los datos del diseño asistido por ordenador (CAD). Las fotoresistencias son polímeros sensibles a la luz UV. Las fotoresistencias se aplican en forma de líquido al metal que debe ser mecanizado, mediante recubrimiento por inmersión, flujo de corriente, recubrimiento a rodillo o electroforesis. El recubrimiento de la plancha metálica al que se ha aplicado fotoresistencia se sensibiliza a la luz UV. Cuando este metal sensibilizado se introduce en la herramienta fotográfica de doble cara y se expone a la luz UV por ambos lados, se genera una imagen que es transferida a la fotoresistencia. A continuación, la herramienta fotoresistente se revela en una formulación líquida para formar una imagen duradera en ambos lados del metal.

Equipo para mecanizado fotoquímico

MICROMECANIZADO POR RAYO LASER UV Es un proceso que utiliza un haz óptico de luz para eliminar de forma selectiva los materiales de un sustrato para crear una característica deseada en el interior del sustrato. El proceso es sin contacto, sin embargo, tiene un alto confinamiento espacial. En comparación con otras técnicas de mecanizado, el mecanizado láser presenta deposición lenta de calor a la pieza de trabajo. El proceso generalmente se basa en la absorción óptica lineal y mecanismos de formación de plasma. Sin embargo, el mecanizado láser convencional, CW o pulsado, no puede crear microestructuras de tamaño micro debido a la absorción de las estructuras lineales ópticas de los materiales que a menudo conducen a la deposición de calor, micro-grietas y daños colaterales pequeños a los alrededores que son inevitables. Por un cuidadoso control de la intensidad del láser, sólo se puede producir la modificación permanente del índice de refracción de la pieza de trabajo. La escritura directa de los conductores de fibra óptica en tres dimensiones se convierte en posible. Más importante aún, los dispositivos ópticos potencialmente pasivos y activos se pueden fabricar directamente en tres dimensiones usando un sistema de láser en un paso del procesamiento.

PROTOTIPADO RÁPIDO DEPÓSITO POR ELECTRÓLISIS Básicamente se trata de una reacción química de óxido reducción, durante el transcurso de la cual se transfieren electrones de una especie química a otra. Como se trata de un proceso químico no espontáneo es necesario utilizar energía eléctrica para que la reacción en cuestión tenga lugar. Este gasto de electricidad queda compensado por las propiedades y costos de los materiales fabricados durante la electrólisis. Por ejemplo, el magnesio, indispensable para la producción de aleaciones de metal estructural ligero, se encuentra fundamentalmente en el agua de mar, combinado en forma una sal disuelta, el cloruro de magnesio (MgCl2). Esta sal se separa del agua de mar por cristalización fraccionada y a partir de la misma se prepara el magnesio en estado metálico mediante un proceso de electrólisis. Así el elemento, combinado, gana electrones (se reduce) transformándose al estado metálico. Simultáneamente se produce la oxidación de los cloruros, obteniéndose cloro como subproducto. Otra aplicación es el depósito o baño electrolítico. Por este procedimiento un metal, generalmente de bajo costo, es recubierto por una fina capa de otro metal, de mayor costo y mejores propiedades, durante un proceso electrolítico, con motivos decorativos o como protección contra la corrosión. Algunos plásticos también pueden recubrirse electrolíticamente de metal. Para ello es necesario, en primer lugar, hacer conductor al plástico, adhiriendo a su superficie una capa de polvo de grafito (variedad alotrópica del carbono). El depósito electrolítico de cobre sobre plástico ha permitido mejorar la calidad de los circuitos microelectrónicos.

DEPÓSITO QUÍMICO Existen diversas técnicas por depósito químico. La técnica de depósito químico en disolución se basa en la precipitación química, muy controlada, del material a depositar sobre los sustratos sumergidos en una disolución. El ajuste sistemático de parámetros como la composición de la disolución, temperatura, volumen, características de la agitación, etc., permiten el conocimiento exacto de la velocidad del proceso de crecimiento de la capa sobre el sustrato, de forma que se pueden obtener películas muy compactas, homogéneas y extremadamente finas (50 nanómetros). Por otro lado, el procedimiento de depósito químico por vapor emplea generalmente un líquido o sólido vaporizado, que está típicamente disperso en una mezcla gaseosa portadora. Los procedimientos de depósito químico por vapor son bien conocidos en la técnica de revestir sustratos de vidrio. El depósito por baño químico a partir de las soluciones acuosas es un método barato, en comparación con otros métodos; se lleva a cabo a temperaturas relativamente bajas (25 – 90ºC) y permite depositar áreas extensas de películas delgadas de materiales semiconductores. Este método utiliza una reacción química controlada para efectuar el depósito de una película delgada por precipitación lenta. Los sustratos se sumergen en una solución alcalina que contiene la fuente de ión calcogenuro, el ión metálico, la base agregada y un agente acomplejante.

ESTEREOLITOGRAFÍA La estereolitografía es un proceso de realización rápida de prototipos que utiliza la estratificación para la construcción de un modelo de diseño. La tecnología utiliza resinas líquidas fotopoliméricas que se solidifican cuando expuestas a la luz ultravioleta o más propiamente prepolímeros fotocurables, o sea cadenas moleculares chicas de uno o varios monómeros precurados en un estado líquido viscoso que son capaces de reticular al estado sólido mediante la exposición a la luz, generalmente UV. Estos materiales, originalmente desarrollados para la industria gráfica y de empaques se adaptaron perfectamente para éste sistema. Su funcionamiento se basa en una superficie que se eleva, situada dentro de un recipiente lleno de éste fotopolímero.

Inicialmente se coloca justo por debajo de la superficie de dicha resina. El conjunto debe estar contenido en un recipiente sellado para evitar la fuga de vapores de la resina. Un láser se va desplazando sobre la superficie del líquido siguiendo la sección del objeto a reproducir, y produciendo la transformación de líquido a sólido. Una vez que el láser cura toda la superficie de la capa, se desciende la superficie elevadora en una cantidad igual al grosor de la nueva capa a fabricar y se repite el proceso hasta fabricar totalmente la pieza. Una vez finalizado el proceso, se eleva el modelo para que escurra el excedente, se extrae y se lo somete a un baño de luz intensa en una caja parecida a un horno llamada aparato de post-curado para el curado final. Esto le permite tener propiedades adecuadas para su utilización, permitiendo procesos posteriores de acabado, como lijado, arenado, pintado, etc.

BOMBARDEO IÓNICO Consiste en la aceleración y proyección de iones contra una superficie. Gracias a la energía cinética del ion, éste penetra en la red cristalina produciendo una alteración superficial en el comportamiento mecánico y químico, así como también en las propiedades eléctricas, o ópticas e, incluso, magnéticas. Un creciente número de tratamientos avanzados están basados en el bombardeo iónico. Los iones no son otra cosa que átomos cargados eléctricamente, normalmente mediante el arranque de uno de sus electrones. Esto es necesario para poder acelerarlos y localizarlos mediante campos eléctricos y magnéticos. Dependiendo de la energía con la que estos átomos llegan a una superficie se pueden dar tres procesos diferentes: Si la energía es muy baja (10 Voltios de aceleración) los átomos se depositan en superficie, creándose un recubrimiento. Si la aceleración es mayor (500 Voltios) predomina un proceso de pulverización de la superficie conocido como Sputtering. Puede ser útil para limpieza superficial o para evaporar materiales

para recubrimientos. Finalmente, a energías mucho mayores (100.000 Voltios), los átomos penetran dentro de la superficie incrustándose a una profundidad de muchas capas atómicas.

Procesos en función de la energía

APLICACIONES Los problemas típicos que se resuelven por implantación iónica son los de desgaste adhesivo, desgaste abrasivo no muy severo, fricción y determinados tipos de corrosión u oxidación. La mayor parte de los materiales tratados son aceros aunque las aleaciones de Aluminio o de Titanio responden todavía mejor, siendo muy interesantes también los

resultados sobre metal duro, capas de Cromo o recubrimientos de TiN. Hay también una serie de aplicaciones en desarrollo sobre vidrio, cerámicas y polímeros. AREAS DE APLICACION INDUSTRIAL Al margen de las aplicaciones en electrónica, la implantación iónica ha encontrado hasta el momento nichos de aplicación en sectores tales como la transformación de plásticos reforzados, el sector mecánico y biomedicina. En las Tablas IV a VI (al final de este apartado) se resumen algunas de las aplicaciones industriales y los resultados obtenidos en estos campos.