Chorreado con microesferas de vidrio o láser: ¿qué le ocurre a la superficie?
Chorreado con microesferas de vidrio o láser: ¿qué le ocurre a la superficie? Sobre todo en el acero inoxidable, en piezas metálicas vistas y en superficies funcionales técnicas, la indicación «limpio» a menudo no basta. La rugosidad, el brillo, la textura, los bordes y el estado de la zona más superficial del material pueden ser tan relevantes para el proceso siguiente como la eliminación de una impureza.
El chorreado con microesferas de vidrio y el tratamiento basado en láser actúan según principios distintos. Las microesferas de vidrio impactan mecánicamente sobre la pieza e influyen en la superficie a través del proceso de chorreado. Un láser, en cambio, transfiere energía de forma óptica a una zona definida.
Por eso, qué resultado resulta más adecuado depende del estado final deseado.
Por qué «limpio» no es un criterio de calidad suficiente
En una superficie industrial pueden entenderse distintos estados objetivo.
Una superficie puede estar ópticamente limpia y aun así no cumplir los requisitos técnicos de un proceso posterior.
A la inversa, una superficie puede rugosizarse de forma intencionada aunque ópticamente parezca menos lisa.
Posibles requisitos son:
- rugosidad definida
- aspecto mate uniforme
- superficie de ajuste conservada
- buena mojabilidad
- superficie de encolado controlada
- contacto eléctrico al descubierto
- base preparada para el recubrimiento
Por eso, antes de la comparación debería aclararse:
¿Qué significa «terminado» para esta pieza?
Solo después puede valorarse qué procedimiento resulta más adecuado.
Cómo influyen las microesferas de vidrio en la superficie
En el chorreado con microesferas de vidrio, las partículas impactan mecánicamente sobre la pieza.
De este modo se influye en la superficie.
Un estudio realizado en el Fraunhofer IST sobre aceros inoxidables austeníticos describe una diferencia interesante frente a las superficies rectificadas: en el chorreado con microesferas de vidrio, la rugosidad examinada se originó sobre todo por deformación plástica de la superficie y no del mismo modo por arranque de material con aristas vivas como en los procesos de rectificado comparados.
Esto es importante porque la «rugosidad» por sí sola no describe todas las características de una superficie.
Dos superficies pueden presentar valores de rugosidad similares y aun así tener una microestructura o topografía distinta.
Por eso, el chorreado con microesferas de vidrio no se emplea únicamente para eliminar algo.
El propio aspecto superficial deseado puede formar parte del objetivo del proceso.
Qué es diferente en la eliminación de material por láser
En el láser no se produce ningún impacto mecánico de partículas abrasivas sobre la superficie.
La energía necesaria para la eliminación de material se aporta por vía óptica.
Los fundamentos se describen en el artículo ¿Cómo funciona la ablación láser en la limpieza de metal?.
Para la comparación resulta especialmente interesante la posibilidad de tratar recubrimientos de forma local y selectiva.
Fraunhofer IFAM describe el decapado por láser como un procedimiento en el que las capas pueden eliminarse de forma selectiva o bien hasta el sustrato, según la combinación de materiales y los parámetros.
Por ello, el foco no suele estar en generar un aspecto superficial chorreado uniforme.
El foco puede consistir más bien en eliminar una capa existente solo allí donde resulta funcionalmente necesario.
Rugosidad y estructura superficial
En muchos procesos industriales, la rugosidad es expresamente deseada.
Un recubrimiento o encolado posterior puede requerir un estado superficial determinado.
Los procesos abrasivos o mecánicos tienen la ventaja de que permiten combinar la limpieza y el rugosizado.
Fraunhofer IFAM emplea, por ejemplo, el chorreado por aspiración en vacío de forma específica para la limpieza y la activación de superficies antes de los procesos de encolado.
Un proceso basado en láser también puede influir en la estructura superficial.
En qué medida lo haga depende del material y de los parámetros del proceso.
Por eso sería falsa la afirmación:
Las microesferas de vidrio dejan la superficie rugosa, el láser no la modifica.
Ambos pueden influir en la superficie.
El mecanismo y las posibilidades de control son distintos.
Por eso, para una comparación técnica debería medirse qué estado se produce realmente.
El acero inoxidable como caso de comparación típico
El acero inoxidable es un material interesante para esta comparación porque, además de las propiedades técnicas, a menudo también interviene el aspecto óptico.
Una superficie chorreada puede adquirir un aspecto mate deliberadamente uniforme.
Eso puede ser expresamente deseado.
En una reparación o en la eliminación local de una decoloración, en cambio, el objetivo puede ser tratar solo una zona determinada.
Entonces debe comprobarse si la zona tratada se diferencia ópticamente del resto.
También un láser puede dejar un aspecto superficial visible si los parámetros y el estado de partida actúan en consecuencia.
Por eso, en piezas vistas nunca debería atenderse únicamente a la posibilidad técnica de eliminar una capa.
Un ensayo de material debería valorarse en las mismas condiciones de luz y de observación en las que se empleará después la pieza.
Aspecto óptico
El chorreado con microesferas de vidrio se emplea a menudo para generar un efecto superficial mate relativamente uniforme.
Así, el propio tratamiento de la superficie forma parte del diseño deseado.
En los procedimientos basados en láser, en cambio, puede surgir una zona tratada localmente que se diferencia ópticamente del entorno no tratado.
Eso puede ser técnicamente del todo aceptable.
En una pieza vista podría no ser deseable.
A la inversa, puede que una empresa justamente no desee una modificación óptica de toda la superficie.
Si solo debe dejarse al descubierto un punto de puesta a tierra o una zona de soldadura, una modificación extensa del aspecto sería innecesaria.
Por eso, el estado visual objetivo debería fijarse por escrito o mediante una muestra de referencia antes de decidir el procedimiento.
Tratamiento local
Aquí es donde los principios de proceso se diferencian con especial claridad.
Naturalmente, las microesferas de vidrio también pueden proyectarse solo sobre una zona determinada.
Sin embargo, cuanto más precisa deba ser la delimitación, más relevantes pueden volverse el enmascarado, la guía de la boquilla y el control del proceso.
El decapado por láser puede delimitarse ópticamente con gran precisión.
Fraunhofer IFAM menciona como ejemplos, entre otros, dejar al descubierto de forma local contactos eléctricos y puntos de puesta a tierra.
Ese es un caso de aplicación distinto al del matizado de toda la superficie de una carcasa de acero inoxidable.
Con ello queda claro:
Los procedimientos no compiten directamente entre sí en todas las tareas.
A menudo ya resulta decisiva la pregunta de si debe modificarse toda la superficie o solo una zona funcional.
Bordes, rótulos y zonas funcionales
En piezas con rotulaciones, bordes geométricos o zonas de contacto definidas, la precisión local puede ser especialmente importante.
Un medio de chorreado se dispersa sobre una zona en función de la boquilla, la distancia y el ángulo.
Las zonas colindantes pueden protegerse mediante enmascarado.
Un láser puede limitarse a un contorno definido mediante la guía de su trayectoria.
Eso puede resultar interesante, por ejemplo, en:
- pads de contacto
- zonas de soldadura
- zonas de encolado estrechas
- piezas recubiertas con superficies que deben quedar al descubierto
En cambio, para superficies que deben tratarse de forma completamente uniforme, esta ventaja pierde importancia.
Un buen procedimiento es siempre aquel cuyo punto fuerte característico se ajusta a la tarea concreta.
Abrasivo y entorno de proceso
Las microesferas de vidrio son un medio de proceso.
Deben suministrarse, guiarse, recogerse y —en función del concepto de la instalación y de su estado— reutilizarse o sustituirse.
Las cabinas de chorreado cerradas pueden organizar estos procesos de forma muy eficiente.
En las aplicaciones móviles o abiertas, ese esfuerzo cambia.
La eliminación de material por láser no necesita microesferas de vidrio ni ningún otro abrasivo clásico.
A cambio, es necesaria una captación adecuada de las emisiones que se generan durante la eliminación de material.
Fraunhofer IFAM señala que, en el tratamiento de superficies por láser, las sustancias eliminadas pueden aspirarse localmente.
La DGUV exige asimismo, en las aplicaciones manuales de clase 4, una consideración eficaz de las sustancias peligrosas que se generan.
Por ello, el entorno de proceso debería incluirse en la comparación:
¿Dónde se realiza el trabajo?
¿Existe ya una cabina de chorreado?
¿Es necesario trabajar de forma móvil?
¿Cómo se captan los residuos?
Repetibilidad
Un proceso de chorreado automatizado puede trabajar de forma muy reproducible.
La distancia de la boquilla, la presión de chorreado, el medio y la velocidad se pueden definir.
Los procesos láser también pueden automatizarse y reproducirse con parámetros guardados.
Por eso, la cuestión de la repetibilidad no decide por sí sola entre ambas tecnologías.
Más interesante es lo siguiente:
¿Qué parámetros de proceso cambian con el tiempo?
En el chorreado pueden ser relevantes, por ejemplo, el estado y la composición del medio, así como los parámetros de la instalación.
En el láser deben controlarse, entre otros, el estado de la óptica y los parámetros de proceso establecidos.
En piezas de serie debería definirse un control de calidad adecuado para ambos procedimientos.
Recubrimiento o pegado posterior
Si la superficie se recubre o se pega a continuación, el procedimiento de limpieza no debe evaluarse de forma aislada.
El estado objetivo debe ajustarse al proceso posterior.
Fraunhofer IFAM utiliza expresamente la técnica de chorreado abrasivo por aspiración al vacío para el tratamiento previo de superficies de pegado.
Los procesos láser también se emplean para el tratamiento previo de superficies antes del pegado y del recubrimiento.
Por tanto, ambas tecnologías pueden constituir soluciones técnicamente razonables.
Cuál de ellas es mejor depende del estado de superficie requerido.
En este punto conviene analizar no solo la superficie limpiada.
En el caso ideal se comprueba también el posterior proceso de unión o de recubrimiento.
Una superficie puede tener un aspecto visual excelente y, aun así, no ser óptima para la aplicación posterior.
No generalizar el comportamiento frente a la corrosión
Especialmente en el acero inoxidable, las afirmaciones generales sobre la resistencia a la corrosión tras distintos tratamientos de superficie deberían tratarse con prudencia.
El estudio realizado en el Fraunhofer IST mostró, en las muestras de acero austenítico allí examinadas, diferencias entre las superficies esmeriladas y las chorreadas con microesferas de vidrio.
Sin embargo, de ello no puede derivarse una afirmación universal válida para cada aleación, cada medio de chorreado y cada forma de conducir el proceso.
El comportamiento frente a la corrosión depende, entre otros factores, de:
- material
- estado de la superficie
- impurezas
- pasivación
- entorno
.
Por eso, en piezas críticas para la seguridad o frente a la corrosión debería emplearse un proceso validado desde el punto de vista del material.
Una comparación en una revista no sustituye a una aprobación por parte de la ingeniería de materiales.
Cómo es un ensayo comparativo bien planteado
En una muestra comparativa deberían ensayarse ambos procedimientos sobre el mismo material y, a ser posible, con el mismo estado de partida.
Se pueden evaluar:
- resultado visible
- Rugosidad
- recubrimiento residual
- cantos
- variación dimensional local
- tiempo necesario
- retrabajo
- idoneidad para el proceso posterior
En piezas vistas debería evaluarse además la uniformidad óptica.
En superficies funcionales, los valores medidos pueden ser más importantes.
El resultado debería medirse siempre en función de la tarea posterior.
Cuándo tiene sentido el chorreado con microesferas de vidrio
El chorreado con microesferas de vidrio puede resultar especialmente atractivo cuando:
- se debe tratar de forma uniforme una superficie mayor,
- se desea un aspecto de superficie mate,
- se admite o se desea una influencia mecánica sobre la superficie,
- se puede aprovechar una cabina de chorreado ya existente,
- una rugosidad o topografía definida forma parte del objetivo.
Para tareas de este tipo, un tratamiento por chorreado en toda la superficie puede ser muy eficiente.
Cuándo debería estudiarse un láser
La eliminación de material por láser puede resultar especialmente interesante cuando:
- solo se tratan zonas localizadas,
- el recubrimiento colindante debe conservarse,
- no se desea ningún medio de chorreado adicional,
- se descubren contornos definidos,
- se requiere un tratamiento local automatizable.
Las diferencias entre el aporte de energía pulsado y el continuo desempeñan además un papel en la elección del sistema adecuado.
Conclusión: el aspecto de superficie deseado es lo decisivo
Chorreado con microesferas de vidrio o láser: ¿qué le ocurre a la superficie?
Ambos procedimientos pueden generar un estado final técnicamente limpio.
Sin embargo, lo hacen de maneras distintas.
En el chorreado con microesferas de vidrio, la influencia mecánica del medio de chorreado forma parte del proceso y puede aprovecharse de forma selectiva para lograr un aspecto de superficie mate o definido.
La eliminación de material por láser trabaja sin abrasivo que incida mecánicamente y puede guiarse de forma especialmente localizada.
Por eso, la selección no debería basarse en la pregunta general de qué procedimiento es más moderno o más cuidadoso.
Son decisivos:
- rugosidad deseada
- aspecto visual
- proporción de superficie que se va a tratar
- precisión dimensional y de cantos
- proceso posterior
- infraestructura existente
- tiempo real de tratamiento
Por eso, en superficies de alta calidad merece la pena observar el resultado con detalle: una comparación directa sobre el material propio es aquí, con frecuencia, la base de decisión más fiable.
Fuentes
- Fraunhofer IST / Fraunhofer Publica – Estudio sobre la influencia de distintos tratamientos de superficie en aceros inoxidables austeníticos — comparación, entre otros, del esmerilado y del chorreado con microesferas de vidrio.
- Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — información sobre el decapado local selectivo.
- Fraunhofer IFAM – Abrasive pre-treatment with vacuum suction blasting — información sobre la limpieza abrasiva y la activación de superficies.
- DGUV – FBHM-139 — seguridad laboral en sistemas láser de clase 4 guiados a mano.
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- Tratamiento local
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- Abrasivo y entorno del proceso
- Repetibilidad
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- Conclusión
Comparar el aspecto de superficie sobre el material propio
Precisamente en el acero inoxidable y en las superficies vistas, una pequeña zona de prueba puede mostrar más que una comparación teórica de procedimientos. Beamlux puede tratar una muestra original para que el aspecto de superficie y el tiempo de proceso alcanzable puedan evaluarse directamente.