TECNOLOGÍA DE LABORATORIOS Figura 2. Principio involucrado en la soldadura de plásticos transparentes sin aditivo. El foco láser queda ajustado exactamente en el punto de unión por lo que concentra la mayor parte de la energía en ese punto. Figura 3. Ejemplo de aplicación consistente en 2 placas de PC usando un láser PrecisionWeld de LPKF. tivos) a la radicación emitida por un diodo láser con una longitud de onda de 980 nm. En el proceso de soldadura, el haz del láser atraviesa la parte superior a soldar hasta que llega a la parte inferior donde se frena. Es en este punto donde, debido a los aditivos como el Carbon Black normalmente usados para que la parte inferior sea absorbente a la longitud de onda usada, la luz del láser se transforma en calor, por lo que el componente inferior se funde en esa punto. La parte superior también se calienta debido a la fusión de la parte inferior que está en contacto y así se consigue la unión. Este proceso necesita obligatoriamente que una de las dos partes a soldar sea absorbente a la longitud de onda del láser usado. El problema es que normalmente los LOCs (lab-on-a-chip) son usados para investigaciones estroboscópicas, por lo que estos análisis necesitan una transparencia total en un gran abanico de longitudes de onda. Además el uso de aditivos en la industria de la salud y en productos de consumo está tan restringido que incluso algunos de los aditivos disponibles comercialmente se encuentran afectados por esta restricción. Esta es la razón por la que se necesita poder unir dos materiales transparentes sin la necesidad de usar aditivos. LPKF Láser & Electronics AG ha desarrollado un proceso de soldadura novedoso para cumplir con estos requerimientos y un sistema de soldadura láser basado en este proceso. La pieza central del sistema es un láser de Tulio con una longitud de onda media de 1.940 nm. La luz de esta longitud de onda se absorbe de manera similar a como lo hacen las microondas en las moléculas de agua 5. Esto permite que incluso en plásticos de alta transparencia una parte de la luz irradiada sea absorbida y por lo tanto se genere temperatura. En contraste con el láser de soldadura por transmisión clásico, el espesor completo de las dos piezas a unir se calienta y por lo tanto se puede crear un cordón de soldadura (ver Figura 2). Con esta tecnología, se pueden soldar los componentes siempre y cuando el grosor de la parte superior de los mismos no exceda los 4 mm de espesor. La tecnología ClearJoining implica la soldadura de plásticos transparentes sin necesidad de usar aditivos. No se necesitan ni aditivos de absorción, ni adhesivos ni cualquier otro tipo de aditivo, por lo que el uso de esta tecnología favorece además que el producto final obtenga la certificación FDA. Debido a los materiales usados actualmente, los sistemas de soldadura láser están llegando también a sus límites en referencia a los grosores de los cordones de soldadura necesarios, ya que los diseños actuales requieren cordones de soldadura menores de 100 μm y unas precisiones de posicionamiento ≤ 20 μm. Aplicación Estructural Muchos de los componentes microfluídicos actuales consisten en dos discos transparentes planos. Uno de los discos es completamente plano y el otro contiene los microcanales. Para poder sellar los canales se deben crear cordones de soldadura alrededor de ellos, con un cordón a cada lado del canal. Estos deben ser equidistantes y mantenerse muy cerca de los canales para permitir que el volumen muerto del microfluído sea el menor posible. Pero por otra parte el cordón de soldadura debe estar al mismo tiempo lo suficientemente separado del canal para no interferir con las características del flujo del componente sensitivo. Esto, junto con el diámetro del spot del láser necesario y la precisión de proceso exigida, puede ser teóricamente alcanzable usando un escáner galvanométrico. El problema al usar este tipo de escáneres es que pueden necesitar una configuración óptica con lentes de distancia focal extremadamente pequeña. Este tipo de lente limita el área de procesado a un cuadrado de aproximadamente 50 x 50 mm. Sin embargo, los tamaños establecidos para la tecnología médica son obleas de tamaño de un CD e incluso las más grandes de 12 pulgadas. Este conflicto de objetivos provocó la necesaria combinación de un sistema de posicionamiento mecánico y un sistema galvanométrico en la misma área de trabajo. El sistema láser de soldadura de plásticos transparentes puede mover el componente a soldar mediante un sistema de posicionamiento X-Y situado debajo de la óptica F-Theta. El área de proceso del escáner queda ampliada debido al movimiento adicional del componente, pasando de 50 x 50 mm a 300 x 300 mm, y a que el componente se procesa de forma secuencial. En la práctica se consigue un cordón de soldadura de entre 70 y 100 μm con una precisión aproximada de 20 μm. Para poder alcanzar estos valores es imprescindible que la precisión de solape de las distintas áreas de escáner sea la máxima posible, ya que un desalineamiento de los cordones de soldadura puede provocar fugas. Para ello se ha desarrollado un software específico que crea estos solapes de forma totalmente automática con conexiones muy precisas. Reconocimiento de posición Si sumamos las tolerancias de la máquina a las propias del material, nos encontramos con que las uniones pueden ser imprecisas. A pesar de ser un proceso de soldadura muy preciso, estas tolerancias de producción pueden llegar a generar piezas no válidas. Se ha solucionado este tipo de problema con la creación de un sistema de visión muy especial. La luz de una fuente de luz es guiada coaxialmente a través del escáner. Se prepara para que pueda atravesar la lente F-Theta y salir de ella de forma paralela. Esta luz colimada se refleja en la superficie del componente y rebota directamente de nuevo hacia la lente. Una cámara CCD integrada en este camino óptico graba las reflexiones producidas. El resultado es una imagen de cámara en la que se aprecia de forma muy brillante la superficie del componente, mientras que las estructuras y los canales, por contraste, aparecen más oscuros. Incluso las estructuras integradas en componen- 46 SEPTIEMBRE/OCTUBRE15 FARMESPAÑA INDUSTRIAL
Septiembre Octubre 2015
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