ES2231806T3 - Procedimiento de perforacion con laser para la fabricacion de dispositivos de formacion de textiles y peliculas. - Google Patents
Procedimiento de perforacion con laser para la fabricacion de dispositivos de formacion de textiles y peliculas.Info
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Abstract
MIEMBROS DE SOPORTE Y UN METODO PARA LA FORMACION DE MIEMBROS DE SOPORTE A UTILIZAR EN LA PRODUCCION DE NO-TEJIDOS, ESPECIALMENTE DE NO TEJIDOS TIPO TEJIDOS DE PUNTO Y PELICULAS. UN MIEMBRO DE SOPORTE TOPOGRAFICO COMPRENDE UN CUERPO QUE TIENE UNA SUPERFICIE SUPERIOR QUE COMPRENDE UN PATRON DE UNA PLURALIDAD DE PICOS Y VALLES Y UNA PLURALIDAD DE APERTURAS. LAS APERTURAS TIENEN UNA PORCION SUPERIOR CONICA RODEADA POR UN GRUPO DE PICOS Y VALLES. LA LINEA CENTRAL A LA DISTANCIA DE LA LINEAS CENTRALES DE LAS APERTURAS ADYACENTES ES MENOR QUE EL DIAMETRO MAYOR DE LA PORCION SUPERIOR CONICA DE LAS APERTURAS. EL MIEMBRO DE SOPORTE TOPOGRAFICO SE FORMA SEGUN UN PROCESO DESENFOCADO A BASE DE ENFOCAR UN HAZ DE RAYOS LASER DE MODO QUE EL PUNTO FOCAL QUEDE DEBAJO DE LA SUPERFICIE SUPERIOR DE UNA PIEZA DE TRABAJO INICIAL Y PERFORAR CON EL HAZ DE RAYOS LASER EL PATRON PREDETERMINADO DE APERTURAS CONICAS. EL PATRON DE APERTURAS CONICAS FORMA EL GRUPO DE PICOS Y VALLES QUE RODEA A CADA APERTURA SOBRE LA SUPERFICIE SUPERIOR DEL MIEMBRO DE SOPORTE RESULTANTE. UN MIEMBRO DE SOPORTE DE SUPERFICIE PLANA Y LISA SE FORMA A BASE DE ENFOCAR EL HAZ DE RAYOS LASER HACIA LA SUPERFICIE SUPERIOR DE LA PIEZA DE TRABAJO O A BASE DE AJUSTAR LA LINEA CENTRAL A LA DISTANCIA DE LAS LINEAS CENTRALES DE LAS APERTURAS FORMADAS SEGUN EL PROCESO DESENFOCADO DE MODO QUE NO HAYA NI PICOS NI VALLES. SE PUEDE FORMAR UNA PELICULA O NO-TEJIDO PERFORADOS UTILIZANDO EL MIEMBRO DE SOPORTE DE SUPERFICIE LISA.
Description
Procedimiento de perforación con láser para la
fabricación de dispositivos de formación de textiles y
películas.
Se conocen desde hace muchos años las telas no
tejidas. En un proceso para producir telas no tejidas, un velo o
guata de fibras se trata con corrientes de agua para provocar que
las fibras se enreden entre sí y proporcionen algo de resistencia a
la guata. Se han desarrollado muchos procedimientos para tratar las
guatas de esta manera en un intento por duplicar las propiedades
físicas y el aspecto de las telas tejidas.
Las patentes de EE.UU. números 5.098.764 y
5.244.711 describen miembros de refuerzo para soportar un velo
fibroso durante la fabricación de las telas no tejidas. Los miembros
de soporte descritos en el documento de EE.UU. número 5.098.764
tienen una topografía predeterminada, así como un patrón
predeterminado de perforaciones dentro de esa topografía. En una
realización específica, el miembro de soporte es tridimensional e
incluye una pluralidad de pirámides dispuestas en un patrón sobre
una superficie del miembro de soporte. Este miembro específico de
soporte incluye además una pluralidad de perforaciones que están
dispuestas en los espacios, denominados en lo que sigue
"valles", entre las pirámides anteriormente mencionadas. En
este proceso, un velo de partida de fibras se sitúa sobre el
miembro de soporte topográfico. El miembro de soporte, con el velo
fibroso sobre el mismo, se hace pasar por debajo de chorros de
fluido a alta presión, típicamente agua. Los chorros de agua hacen
que las fibras se entretejan y enmarañen entre sí en un patrón
particular, en base a la configuración topográfica del miembro de
soporte.
El patrón de las características topográficas y
de las perforaciones del miembro de soporte es crítico para la
estructura de la tela no tejida resultante. Además, el miembro de
soporte debe tener una resistencia y una integridad estructurales
suficientes para soportar un velo fibroso, mientras los chorros de
fluido redisponen las fibras y las enredan en su nueva disposición
para que proporcionen una tela estable. El miembro de soporte no
debe ser sometido a ninguna distorsión sustancial bajo la fuerza de
los chorros de fluido. Además, el miembro de soporte debe tener
medios para extraer los volúmenes relativamente grandes de fluido de
enmarañamiento a fin de evitar la "inundación" del velo
fibroso, lo que interferiría con un enmarañamiento efectivo.
Típicamente, el miembro de soporte incluye perforaciones de drenaje
que deben ser de un tamaño suficientemente pequeño para mantener la
integridad del velo fibroso y evitar la pérdida de fibras a través
de la superficie de formación. Además, el miembro de soporte debe
estar sustancialmente exento de nudos, ganchos o irregularidades
similares que podrían interferir con la retirada desde el mismo de
la tela enmarañada. Al mismo tiempo, el miembro de soporte debe ser
tal que las fibras del velo fibroso que se procesan sobre el mismo
no sean arrastradas bajo la influencia de los chorros de fluido.
Aunque se puede usar mecanizado para fabricar
tales miembros de soporte topográfico, tal procedimiento de
fabricación es extremadamente caro y, a menudo, da como resultado
nudos, ganchos e irregularidades antes mencionados. Así, existe una
necesidad de un procedimiento para hacer miembros de soporte
topográfico, procedimiento que es menos caro y reduce el número de
nudos, ganchos e irregularidades en ellos.
Se conocen bien en la técnica las películas de
plástico perforadas al vacío y se han usado durante muchos años
como material de cubierta para compresas higiénicas, pañales
desechables y productos absorbentes variados para apósitos de
heridas y similares.
Un procedimiento y un aparato ilustrativos para
perforar al vacío una película termoplástica sin perforar, por
ejemplo, una película de polietileno, se describe en la patente de
EE.UU. número 4.806.303 expedida a Bianco et al., el 21 de
febrero de 1989. El aparato de perforación de Bianco et al.
comprende una matriz de formación metálica generalmente cilíndrica
que tiene una pluralidad de agujeros en ella. En general, la
pluralidad de agujeros en la matriz de formación corresponde al
patrón de perforación que está destinado a ser dispuesto en la
película termoplástica. Tales matrices de formación se hacían,
típicamente, por técnicas que implicaban fotograbado,
electrodeposición de níquel y perforación mecánica. Este tipo de
matriz de formación tenía un grosor del orden de un milímetro o
incluso menos, un diámetro del orden de 500 milímetros y una
longitud del orden de un metro o más. En vista de las dimensiones
anteriores, tales matrices de formación carecían de rigidez
intrínseca. Antes del desarrollo de Bianco et al., se
soportaban tales matrices de formación por medio de un tambor o
cilindro de rigidización interna. Entre otras cosas, tales miembros
de soporte situados internamente tienden a limitar el patrón de las
perforaciones que se podrían disponer en la matriz de formación y/u
obstruir el flujo de aire a través del aparato de formación de
vacío durante la fabricación de la película perforada. Bianco et
al. proporciona un cuerpo 4 cilíndrico que puede rotar que
comprende una banda 6 perforada, que funciona como matriz de
formación, y un par de cuerpos 5 extremos anulares, que incluye cada
uno un borde 9 de pestaña circular. Cada borde 9 de pestaña circular
está dentado y engrana con una rueda 11 accionada por motor. Unos
miembros 13, 14 de mordaza ajustables axialmente en cada extremo del
cilindro 4 que puede rotar se aplican al par antes mencionado de
bordes de pestaña y ejercen una acción de tiro sobre el cuerpo
cilíndrico para ocasionar lo que se describe como una rigidización
"dinámica" de la matriz 6. Como consecuencia de esta
rigidización dinámica, la matriz 6 se comporta como un cuerpo rígido
capaz de rotar alrededor de su eje longitudinal sin estar sometido a
tensiones torsionales considerables. Esta rigidización dinámica
impide, también, una flexión excesiva de la matriz 6 hacia dentro de
la ranura de vacío del aparato de formación por vacío. La
disposición de las mordazas, que proporciona la rigidización
dinámica del cuerpo cilíndrico en Bianco et al., no sólo
requiere mantenimiento y ajuste, sino que se añade de modo
apreciable a las tensiones a las que está sometida la matriz de
formación, reduciendo espectacularmente su vida.
El documento
EP-A-0701877, que es estado de la
técnica según el Artículo 54(3) del CPE, describe un miembro
de soporte topográfico y un procedimiento para formar un miembro de
soporte topográfico.
La presente invención está dirigida a un
procedimiento para formar miembros de soporte que se pueden usar
para producir telas no tejidas y películas con perforaciones. Tales
miembros de soporte tienen una superficie superior uniforme, o
exterior.
De acuerdo con la presente invención, se ha
previsto un procedimiento para formar un miembro de soporte a fin de
producir una película plana con perforaciones, que comprende las
etapas de:
a) disponer una pieza de trabajo,
b) dirigir un haz láser hacia dicha pieza de
trabajo;
c) enfocar el haz láser de manera que el punto
focal esté en la superficie superior de la pieza de trabajo; y
d) mover el haz láser en una serie de
exploraciones de trama sobre la superficie de la pieza de trabajo,
de manera que dicho haz láser perfora un patrón predeterminado de
perforaciones que tienen paredes laterales sustancialmente paralelas
a través de dicha pieza de trabajo, en el que la separación de
centro a centro entre perforaciones adyacentes es mayor que el
diámetro principal de las perforaciones en la superficie superior,
por lo que se forma una superficie uniforme que rodea cada abertura
en la superficie superior del miembro de soporte resultante.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
tipo conocido de miembro de soporte topográfico, como el descrito en
el documento EP-A-0701877.
La Figura 2 es una vista en sección transversal
tomada por las líneas 2-2 de la Figura 1.
La Figura 3 es un mapa de bits de las
instrucciones de láser que definen un patrón de perforaciones a ser
perforadas en una pieza de trabajo para formar el miembro de soporte
topográfico de la Figura 1.
La Figura 4 es una vista esquemática de un
aparato conocido para formar un miembro de soporte de la presente
invención.
La Figura 5 representa el elemento de repetición
rectangular más pequeño, 25 píxeles de largo y 15 píxeles de ancho,
del patrón representado en la Figura 3.
La Figura 6 es un diagrama de bloques que muestra
las diversas etapas del proceso de producción de telas no tejidas
usando un miembro de soporte conocido.
La Figura 7 es una vista en sección esquemática
de un tipo conocido de aparato para producir telas no tejidas usando
un miembro de soporte conocido.
La Figura 8 es una vista esquemática de otro tipo
conocido de aparato para producir telas no tejidas que usa un
miembro de soporte conocido, descrito también en el documento
EP-A-0701877.
La Figura 9 es una vista esquemática de otro tipo
conocido de aparato para producir telas no tejidas que usa un
miembro de soporte.
La Figura 10 es una microfotografía de una tela
no tejida a modo de malla, aumentada alrededor de 20 veces, según se
ve desde su superficie superior, formada usando el miembro de
soporte topográfico conocido de la Figura 1.
La Figura 11 es una microfotografía de la tela no
tejida a modo de malla de la Figura 9, según se ve desde su
superficie inferior.
La Figura 12 es un mapa de bits, similar al
representado en la Figura 3, de un conjunto diferente de
instrucciones del láser.
La Figura 13 es una imagen digitalizada de un
miembro de soporte conocido, procedente de un microscopio de
exploración electrónica.
La Figura 14 es otra imagen digitalizada del
miembro de soporte mostrado en la Figura 13.
La Figura 15 es una vista en perspectiva de un
miembro de soporte descrito.
La Figura 16 es una vista en corte transversal
tomada por las líneas 16-16 de la Figura 15.
La Figura 17 es una vista diagramática de un tipo
preferido de aparato para producir película con perforaciones, que
usa un miembro de soporte de la presente invención.
La Figura 18 es una vista a escala ampliada del
área rodeada con un círculo en la Figura 17.
La Figura 19 es una vista en perspectiva de otro
tipo de miembro de soporte de la presente invención.
La Figura 20 es una vista en corte transversal
tomada por las líneas 20-20 de la Figura 19.
La Figura 21 es un elemento de repetición de un
mapa de bits para definir un patrón de perforaciones a perforar a
fin de formar el miembro de soporte de la Figura 15.
La Figura 22 es una microfotografía de la
superficie superior de la película con perforaciones producida en
el Ejemplo 4.
Haciendo ahora referencia a los dibujos, en la
Figura 1 se muestra un miembro de soporte topográfico conocido del
tipo descrito en el documento
EP-A-0701877.
El miembro de soporte 2 comprende un cuerpo 1 que
tiene una superficie superior 3 y una superficie inferior 4. Una
agrupación de picos 5 separados por valles 6 está dispuesta según un
patrón predeterminado a través de la superficie superior 3. Una
pluralidad de perforaciones de drenaje 7, que se extienden a través
del espesor del miembro de soporte, están dispuestas según un patrón
en el miembro 2. Cada abertura de drenaje 7 está rodeada por un
grupo de seis picos 5 y de seis valles 6.
La abertura de drenaje 7 comprende una porción
superior 7a y una porción inferior 7b. Como se puede ver en la
Figura 1, la porción superior 7a de la abertura 7 comprende una
pared 10 y tiene, en general, una configuración "acampanada" o
"abocinada". La porción superior 7a es ahusada, teniendo un
área en sección transversal que es más grande en las proximidades de
la superficie superior del miembro de soporte 2 y un área en sección
transversal que es más pequeña en el punto 10a donde la parte
inferior de dicha porción superior se encuentra con la parte
superior de la porción inferior 7b. La porción inferior 7b, en la
realización específica que se describe, tiene una configuración
cilíndrica algo ahusada. El área en sección transversal de la
porción inferior 7b de la abertura 7 es mayor en el punto 10a que en
la superficie inferior 4 del miembro de soporte. Una abertura 7 se
muestra en sección transversal en la Figura 2. Se han dibujado
líneas 9 tangentes a puntos opuestos en las paredes 10, un radio de
agujero por debajo de la superficie superior 3. El ángulo 11 formado
por las líneas 9 debe ser controlado en relación con el espesor 12
del miembro de soporte 2 para producir el resultado pretendido. Por
ejemplo, si el ángulo es demasiado grande, la abertura será
demasiado pequeña y, por tanto, se proporcionará un drenaje
insuficiente. Si el ángulo es demasiado pequeño, existirán muy pocos
o ningún pico o valle.
La separación de centro a centro, S, de
perforaciones adyacentes (véase la Figura 1) en el patrón de
repetición es de similar importancia. Los picos 5 y los valles 6 se
originan mediante la intersección de las perforaciones 7 ahusadas
algo cónicas. Si la separación de centro a centro de las
perforaciones fuera mayor que el diámetro principal de la abertura
7 en la superficie superior 3, no se produciría ninguna
intersección, y el miembro sería una superficie superior plana,
lisa, con perforaciones cónicas dispuestas a través de la misma.
Haciendo referencia a la Figura 13, el diámetro principal de la
abertura A' se extiende entre los picos 501 y 504 y está
identificado por una flecha 521 de doble punta. De manera similar,
el diámetro principal de la abertura B' se extiende entre los picos
503 y 512 y está identificado por medio de una flecha 522 de doble
punta. El diámetro principal de una abertura dada es la distancia
más grande de pico a pico, medida en la superficie superior del
miembro de soporte, entre cualquier par de picos que definen la
porción superior de la abertura. Cuando la separación de centro a
centro de perforaciones adyacentes es menor que los diámetros de
abertura medidos a lo largo de esa línea de centro a centro, las
superficies cónicas intersectan formando un valle.
Haciendo ahora referencia a la Figura 3, las
perforaciones 7 se han representado en forma de hexágonos según una
agrupación anidada, pero la invención no está limitada a hexágonos.
Se pueden usar otras formas tales como, por ejemplo, círculos,
cuadrados, octógonos, o formas irregulares (véase la Figura 12) o
combinaciones de las mismas dependiendo de la configuración
topográfica deseada.
Las filas 13 y 14, que discurren paralelas a la
flecha A direccional en la Figura 3, comprenden cada una pluralidad
de hexágonos 150. Estos hexágonos son de 7 píxeles de ancho, 11
píxeles de largo y dentro de cada fila existen 8 píxeles separados.
La fila 13 de hexágonos está separada de forma muy próxima a la fila
14 de hexágonos. Específicamente, como se puede ver en la Figura 3,
la punta inferior de cada hexágono de la fila 13 es tangente a la
línea 17, línea 17 que es tangente también a la punta superior de
cada hexágono de la fila 14. Las filas 15 y 16 duplican el patrón y
la separación de las filas 13 y 14. La separación entre las filas
15 y 16 corresponde sustancialmente a la separación anteriormente
mencionada entre las filas 13 y 14. La fila 15, sin embargo, está
separada de la fila 14. Como se ve en la Figura 3, las puntas más
inferiores de los hexágonos de la fila 14 son tangentes a la línea
18, mientras que las puntas más superiores de los hexágonos de la
fila 15 son tangentes a la línea 19. Las líneas 18 y 19 están
separadas una de otra por una distancia, d, que en el patrón
representado en la Figura 3, es de 3 píxeles. El patrón
anteriormente descrito para las filas 13, 14, 15 y 16 se repite a
través del mapa de bits de la Figura 3. Se comprenderá que la
separación de los hexágonos puede no ser uniforme dentro de una fila
dada o entre filas adyacentes.
La distancia entre las paredes 20 adyacentes
paralelas de dos hexágonos adyacentes mostrados en el mapa de bits
de la Figura 3 debe ser suficiente para proporcionar al miembro de
soporte una resistencia para que resista las fuerzas del fluido y
permita una manipulación normal.
Haciendo referencia a la Figura 1, cada abertura
7 está rodeada por seis perforaciones 7 adyacentes. Si todas estas
perforaciones 7 tienen ahusamiento suficiente para crear diámetros
mayores que su respectiva separación de centro a centro, cada
abertura 7 tendrá seis intersecciones con sus vecinas, y estas
intersecciones darán lugar a seis valles 6. Dependiendo de su
profundidad, estos valles 6 pueden intersectar con la superficie
superior 3, dando lugar a su separación por medio de pequeñas
mesetas, o se pueden intersectar uno con otro y crear un pico 5.
El aparato conocido, como el mostrado en el
documento EP-A-0701877, usado para
producir miembros de soporte topográficos se ha representado en la
Figura 4. El material de partida para el miembro de soporte puede
ser de cualquier forma o composición deseada. El miembro de soporte
topográfico comprende, con preferencia, acetal; el acrílico también
se comportará satisfactoriamente. Además, la forma preferida del
material de partida es un tubo de pared delgada, cilíndrica, con
preferencia sin costuras, que ha sido liberado de tensiones
internas residuales. Como se describirá posteriormente, la forma
cilíndrica acomoda el aparato preferido para producir telas no
tejidas.
Los tubos fabricados hasta ahora para su uso en
la formación de miembros de soporte son de 61 a 183 cm de diámetro y
tienen una longitud que varía de 61 a 488 cm. El espesor de pared es
nominalmente de 6,4 mm. Estos tamaños son una cuestión de la
elección de diseño.
Se monta una pieza de trabajo tubular en bruto de
partida en un árbol apropiado o mandril 21 que la fija en forma
cilíndrica y permite que rote alrededor de su eje longitudinal en
rodamientos 22. Un accionador 23 rotatorio está previsto para hacer
girar el mandril 21 a velocidad controlada. Un generador 24 de pulso
rotatorio está conectado a y supervisa la rotación del mandril 21,
de modo que su posición radial precisa se conoce en todo
momento.
Una o más trayectorias 25 de guía están en
paralelo con y montadas fuera del basculamiento del mandril 21, que
permiten al carro 26 atravesar la longitud completa del mandril 21,
mientras que mantienen un espacio de separación constante con
respecto a la superficie superior 3 del tubo 2. El accionador 33
del carro mueve el mismo a lo largo de las trayectorias 25 de guía,
mientras que el generador 34 de impulsos del carro indica la
posición lateral del carro con respecto al miembro de soporte 2. El
elemento de enfoque 27 se encuentra montado en el carro. El elemento
de enfoque 27 está montado en la trayectoria 28 de guía del foco y
permite movimiento ortogonal al del carro 26, y proporciona medios
de lente de enfoque 29 en relación con la superficie superior 3. El
accionador 32 de foco está previsto para situar el elemento de
enfoque 27 y proporcionar el enfoque de la lente 29.
La lente 29 está asegurada al elemento de enfoque
27, que se ha fijado a la boquilla 30. La boquilla 30 tiene medios
31 para introducir un gas a presión en la boquilla 30 para el
enfriamiento y mantenimiento de la limpieza de la lente 29.
Un espejo 35 de inflexión final está montado
también sobre el carro 26, que dirige el haz láser 36 hasta la
lente de enfoque 29. El láser 37 está situado de manera remota, con
espejos 38 de inflexión de haz opcionales para dirigir el haz hasta
el espejo 35 de inflexión de haz final. Aunque sería posible montar
el láser 37 directamente sobre el carro 26 y eliminar los espejos
de inflexión del haz, las limitaciones de espacio y las conexiones
de utilidad al láser hacen que el montaje remoto sea más
preferible.
Cuando se energiza el láser 37, el haz 36 emitido
se refleja primero fuera el espejo 38 de inflexión del haz, después
en el espejo 35 de inflexión final del haz, que lo dirige a la
lente 29. La trayectoria del haz láser 36 está configurada de
manera que, si se retirara la lente 29, el haz pasaría a través de
la línea central longitudinal del mandril 21.
Con la lente 29 en su posición, el haz se enfoca
por debajo pero cerca de la superficie superior 3. Como se ha
indicado anteriormente, el enfoque del haz por debajo de la
superficie superior se identifica como "desenfoque" del haz
láser en relación con la superficie del tubo.
Mientras que esta invención se podrá usar con una
variedad de láseres, el láser preferido es un láser de CO_{2} de
flujo rápido, capaz de producir un haz de una potencia nominal de
hasta 2.500 vatios. Este proceso no es de ningún modo dependiente de
un láser de tan alta potencia, ya que las superficies de soporte han
sido perforadas sucesivamente con un láser de CO_{2} de flujo
lento de una potencia nominal de 50 vatios.
Cuando el haz 36 pasa por la lente de enfoque 29,
la misma concentra la energía en las proximidades del centro del
haz. Los rayos no son inflexionados mediante un punto simple sino
más bien un punto de pequeño diámetro. El punto de diámetro más
pequeño se conoce como el foco o punto focal. Esto sucede a una
distancia de la lente que se dice que es la distancia focal. Tanto a
distancias más pequeñas como más grandes que la distancia focal,
los tamaños medidos para el punto deberán ser mayores que el
mínimo.
La sensibilidad a la posición del foco es
inversamente proporcional a la distancia focal. El tamaño del punto
mínimo es directamente proporcional a la distancia focal. Por tanto,
una lente de distancia focal corta puede conseguir un tamaño de
punto más pequeño pero debe estar situada de forma precisa y se ve
afectada drásticamente por la excentricidad superficial. Las lentes
de distancia focal más larga son más eximentes de posicionamiento
objetivo, pero solamente pueden conseguir puntos algo más grandes.
De este modo, además de la distribución de potencia que contribuye a
la porción superior ahusada de la abertura perforada, el desenfoque
del haz por debajo de la superficie contribuye también al ángulo y a
la longitud del ahusamiento y, por tanto, a la forma y el tamaño de
los picos y de los valles.
A fin de fabricar un miembro de soporte, se debe
llevar a cabo una etapa de enfoque inicial. Una vez que la pieza de
trabajo 2 tubular en bruto ha sido situada en el mandril 21, el
láser se pulsa brevemente y se hace girar el mandril ligeramente
entre pulsos, de tal modo que se produce una serie de pequeñas
depresiones. El elemento 27 de foco se mueve a continuación con
respecto a la línea central del mandril, para cambiar la posición
del foco y se produce otra serie de depresiones. Típicamente, se
perfora una matriz de 20 filas de 20 depresiones cada una. Las
depresiones se examinan microscópicamente, y la columna de
depresiones de diámetro más pequeño identifica la posición de
elemento del foco, que enfoca el haz a la superficie superior 3 de
la pieza de trabajo tubular en bruto.
Se selecciona un patrón deseado, tal como el que
se muestra en la Figura 3. El patrón se examina para determinar el
número de repeticiones que se requerirán para cubrir la
circunferencia de la pieza de trabajo y completar la superficie sin
ninguna costura evidente. De forma similar, se establece el avance
a lo largo del eje longitudinal de la pieza de trabajo tubular por
cada repetición y el número total de repeticiones. Estos datos se
introducen en un computador de control para hacer funcionar la
máquina de perforación por láser.
En funcionamiento, el mandril con la pieza de
trabajo tubular montada sobre el mismo, se hace girar frente a la
lente. El carro se acciona con motor, de modo que la posición de la
primera abertura corresponde con el punto focal de la lente 29. El
elemento de foco se mueve con motor hacia el interior, colocando el
punto focal dentro del interior del material a ser perforado. A
continuación se pulsa el láser, con alguna combinación de duración
y nivel de potencia del pulso. Según se ve en la Figura 2, el
diámetro de la abertura en la superficie superior 3 es
considerablemente más grande que el diámetro de la abertura en la
superficie inferior 4. A fin de conseguir la configuración
topográfica deseada, se necesita medir y controlar dos factores. En
primer lugar, el grado con el que se enfoca la lente hacia el
interior de la pieza de trabajo incrementa el ángulo 11 del cono, y
en segundo lugar, el incremento del nivel de potencia o de la
duración del pulso incrementa la profundidad y el diámetro. Una vez
que se consigue una abertura del diámetro y del ahusamiento
apropiados, El accionamiento rotatorio y el accionamiento del carro
pueden ser indexados para volver a situar el miembro de soporte, de
manera que la siguiente posición pretendida de agujero corresponda
con el punto focal. El proceso se repite a continuación hasta que se
ha perforado el patrón completo. Esta técnica se conoce como
perforación por "percusión".
Si el láser seleccionado es de potencia
suficiente, el mandril y el carro no necesitan estar detenidos
durante el pulso de láser. El pulso puede ser de una duración tan
corta que cualquier movimiento de la pieza de trabajo durante el
proceso de perforación sea insignificante. Esto se conoce en la
industria como perforación "por disparo al vuelo".
Si el láser puede recuperarse de manera
suficientemente rápida, se puede hacer girar la pieza de trabajo a
una velocidad fija y pulsar el láser una vez para crear cada
agujero. En un patrón tal como el que se ha mostrado en la Figura 3,
el láser se podría pulsar normalmente para producir una columna
completa, el carro indexar respecto a la posición de la siguiente
columna y el haz pulsar para la siguiente serie de
perforaciones.
Un problema que puede presentarse dependiendo del
tipo de material y de la densidad del patrón de perforaciones,
consiste en la introducción de una gran cantidad de calor en un área
pequeña de la superficie de formación. Se puede presentar una gran
distorsión y la pérdida de registro del patrón. Bajo algunas
condiciones, resultan cambios dimensionales importantes de esa
parte, y la superficie ya no es cilíndrica ni del tamaño correcto.
En casos extremos, el tubo puede romperse.
La presente invención usa un proceso llamado
perforación por láser desenfocado con exploración de trama que
elimina este problema.
En esta alternativa, el patrón se reduce al
elemento 41 de repetición rectangular más pequeño, como se ha
representado en la Figura 5.
Este elemento de repetición contiene toda la
información requerida para producir el patrón de la Figura 3. Cuando
se usa como una baldosa y se coloca extremo con extremo y lado con
lado, el resultado es el patrón mayor.
Este elemento de repetición está dividido además
en una rejilla de unidades rectangulares menores o "píxeles"
42. Aunque típicamente sean cuadrados, para algunos fines, resulta
más conveniente emplear píxeles de proporciones desiguales.
Cada columna de píxeles representa un paso de la
pieza de trabajo por delante de la posición focal del láser. Esta
columna se repite tantas veces como se requiera hasta extenderse
completamente alrededor del miembro de soporte 2. Cada píxel, donde
se pretende crear con el láser un agujero, es negro. Aquellos
píxeles donde el láser está apagado son blancos.
Para empezar la perforación en la parte superior
de la primera columna de píxeles de la Figura 5, mientras el mandril
está girando a una velocidad fija, se enciende el láser, se
mantiene a un nivel de potencia constante para 11 píxeles y después
se apaga. Estos píxeles son contados por el generador 24 rotacional
de pulsos de la Figura 4. El láser permanece apagado para las
siguientes 14 unidades. Esta secuencia de encendido/apagado del
láser se repite para la primera revolución, en cuyo punto el mandril
se vuelve hasta la posición de partida, el accionador 33 de carro
vuelve a situar el carro una unidad y el computador está listo para
hacer la columna 43a.
Durante la columna número 43a, el láser tiene un
"tiempo de encendido" más corto (ahora 9 unidades) y un
"tiempo de apagado" más largo (ahora 16 unidades). El número
total de tiempos de encendido y apagado es una constante basada en
la altura del patrón.
Este proceso se repite hasta que todas las
columnas hayan usado aproximadamente una revolución completa; en el
caso de la Figura 5, fueron 15 revoluciones del mandril. En este
punto, el proceso vuelve a las instrucciones de la columna 43.
Obsérvese que en esta alternativa, cada paso
produce un número de cortes estrechos en el material, en vez de un
agujero grande. Puesto que estos cortes están registrados de forma
precisa para alinear lado con lado y superponerse en parte, el
efecto acumulativo es un agujero. En el patrón de la Figura 5, cada
agujero 44 hexagonal requiere realmente 7 pasos separados por una
revolución completa, distribuyendo la energía alrededor del tubo y
minimizando el calentamiento local.
Si, durante esta operación de perforación, la
lente hubiese sido enfocada en la superficie superior del material,
el resultado habría sido agujeros hexagonales con paredes
razonablemente paralelas. La combinación de la perforación por
exploración de trama con la alternativa de lente desenfocada
produce, no obstante, la superficie de formación de la Figura 1.
Las perforaciones 7 son muy pequeñas y numerosas.
Los patrones típicos van de 124 a 127 perforaciones por centímetro
cuadrado.
El proceso para fabricar una tela no tejida,
usando un miembro de soporte conocido del tipo descrito en esta
memoria, ha sido explicado en las patentes de EE.UU. números
5.098.764 y 5.244.711, que se incorporan ambas como referencia aquí
y en el documento EP-A-0701877.
La Figura 6 es un diagrama de bloques que muestra
las diversas etapas en el proceso de producción de telas no tejidas.
La primera etapa en este proceso consiste en situar un velo de
fibras sobre un miembro de soporte topográfico (Cuadro 1). El velo
fibroso se empapa previamente o se remoja mientras se encuentra
sobre este miembro de soporte (Cuadro 2) para asegurar que, mientras
está siendo tratado, el mismo permanece sobre el miembro de soporte.
El miembro de soporte con el velo fibroso sobre el mismo, se hace
pasar bajo boquillas de expulsión de fluido a alta presión (Cuadro
3). El fluido preferido es agua. El agua es transportada lejos del
miembro de soporte, usando con preferencia vacío (Cuadro 4). El velo
fibroso se deseca (Cuadro 5). La tela desecada formada se retira del
miembro de soporte (Cuadro 6). La tela formada se hace pasar sobre
una serie de tambores de secado, para secarla (Cuadro 7). La tela
puede ser acabada a continuación o procesada de otra manera, según
se desee (Cuadro 8). La Figura 7 es una representación esquemática
de un tipo conocido de aparato para llevar a cabo el proceso de la
presente invención. En este aparato, una cinta transportadora 70
perforada se mueve continuamente alrededor de dos rodillos 71 y 72
rotatorios separados. La cinta está accionada de manera que puede
ser movida a vaivén o en el sentido de las agujas del reloj y en el
contrario. En una posición de la cinta, en la extensión superior 73
de la misma, se ha colocado por encima de la cinta un colector 74
adecuado de expulsión de agua. Este colector tiene una pluralidad de
agujeros de diámetro muy pequeño, de alrededor de 0,18 mm de
diámetro, con aproximadamente 12 agujeros por cm. El agua a presión
se acciona a través de estos agujeros. En la parte superior de la
cinta hay colocado un miembro de soporte 75 topográfico, y sobre la
parte superior de tal miembro topográfico se ha colocado el velo 76
de fibras a formar. Directamente por debajo del colector de agua,
pero bajo la extensión superior de la cinta, se encuentra un
colector de succión 77 para ayudar a extraer el agua y evitar la
inundación del velo de fibras. El agua procedente del colector
impacta sobre el velo de fibras, pasa a través del miembro de
soporte topográfico, y es extraída por el colector de succión. Como
se puede apreciar, el miembro de soporte topográfico conocido, con
el velo fibroso sobre el mismo, se puede hacer pasar bajo el
colector el número de veces que se desee para producir telas.
En la Figura 8 se ha representado un aparato
conocido para producir telas continuamente. Esta representación
esquemática del aparato incluye una cinta transportadora 80
perforada, que sirve realmente como miembro de soporte topográfico.
La cinta se mueve continuamente en sentido contrario a las agujas
del reloj en torno a rodillos rotatorios separados, como se conoce
bien en la técnica. Dispuesto por encima de esta cinta, se encuentra
un colector 79 de alimentación de fluido que conecta una pluralidad
de líneas o grupos 81 de orificios. Cada grupo tiene una o mas filas
de agujeros de diámetro muy pequeño, con 12 o más agujeros por cm.
El colector está equipado con indicadores 88 de presión y con
válvulas 87 de control para regular la presión del fluido en cada
uno, o en cada grupo de orificios. Dispuesto por debajo de cada
grupo o línea de orificios, se encuentra un miembro 82 de succión
para extraer el exceso de agua, y para mantener la zona libre de
inundación. El velo 83 de fibras a formar en la tela no tejida se
alimenta sobre la cinta transportadora del miembro de soporte
topográfico. El agua se pulveriza gracias a una boquilla 84
apropiada sobre el velo fibroso para mojarlo previamente y ayudar a
controlar las fibras según pasan por debajo de los colectores de
presión. Una ranura de succión 85 está colocada por debajo de esta
boquilla de agua, para extraer el agua sobrante. El velo fibroso
pasa bajo el colector de alimentación de fluido, teniendo el
colector preferentemente una presión aumentada. Por ejemplo, las
primeras líneas de agujeros u orificios pueden proporcionar fuerzas
de fluido a 689 kPa, mientras que las siguientes líneas de
orificios pueden proporcionar fuerzas de fluido a una presión de
2,07 MPa, y las últimas líneas de orificios proporcionar fuerzas de
fluido a una presión de 4,83 MPa. Aunque se han representado seis
líneas de orificios de suministro de fluido, el número de líneas o
filas de orificios no es crítico, sino que dependerá del peso del
velo, de la velocidad de funcionamiento, de las presiones de fluido
usadas, del número de filas de agujeros en cada línea, etc. Después
de pasar entre la alimentación de fluido y los colectores de
succión, la tela formada se hace pasar sobre una ranura de succión
86 adicional para eliminar el exceso de agua del velo.
Otro aparato conocido para producir telas, como
se muestra en el documento
EP-A-0701877, se ha representado
esquemáticamente en la Figura 9. En este aparato, el miembro de
soporte topográfico es un tambor 90 que puede rotar. El tambor rota
en sentido contrario a las agujas del reloj. El tambor 90 puede ser
un tambor cilíndrico continuo o puede estar hecho de una pluralidad
de placas 91 curvas, dispuestas de modo que formen la superficie
externa del tambor. En cualquier caso, la superficie externa del
tambor 90 o las superficies externas de las placas 91 curvas
comprenden la configuración deseada para el soporte topográfico. Un
colector 89 está dispuesto alrededor de una porción de la periferia
del tambor, conectando una pluralidad de perforadores 92 de orificio
para aplicar agua u otro fluido a un velo fibroso 93 colocado sobre
la superficie exterior de las placas curvas. Cada perforador de
orificio puede comprender una o más filas de agujeros de diámetro
muy pequeño, de aproximadamente 0,127 mm a 0,254 mm de diámetro.
Pueden existir tantos como 20 ó 24 agujeros por cm, o más si se
desea. El agua u otro fluido se dirige a través de las filas de
orificios. La presión en cada grupo de orificios se aumenta a
partir del primer grupo bajo el que pasa el velo fibroso, hasta el
último grupo.
La presión es controlada por medio de válvulas 97
de control apropiadas y supervisada por indicadores 98 de presión.
El tambor está conectado a un sumidero 94, sobre el que se puede
aplicar vacío para ayudar a extraer el agua y mantener la zona libre
de inundación. En funcionamiento, el velo fibroso 93 está colocado
sobre la superficie superior del miembro de soporte topográfico
antes del colector 89 de expulsión de agua. El velo fibroso pasa por
debajo de los perforadores de agujeros y se le da forma de una tela
no tejida del tipo de malla. La tela formada se hace pasar a
continuación sobre una sección 95 del aparato en la que no hay
perforadores de orificios, pero se sigue aplicando vacío. La tela,
tras ser desecada, es retirada del tambor y se hace pasar alrededor
de una serie de cámaras 96 secas para secarla.
Como se ha indicado anteriormente, el miembro de
soporte mostrado en la Figura 1 producirá una tela no tejida similar
a un tejido de punto. La Figura 10 es una copia de una
microfotografía de una tela no tejida del tipo de malla, con un
aumento de aproximadamente 20 veces. La tela 100 está hecha a partir
de una pluralidad de fibras. Como se ve en la microfotografía, las
fibras están entretejidas y enmarañadas, y forman un patrón de
perforaciones 110 en la tela. Un número de estas perforaciones
incluyen un bucle 120 formado a partir de segmentos de fibra. Cada
bucle está hecho a partir de una pluralidad de segmentos de fibra
sustancialmente paralelos. Los bucles tienen forma de U, con el
extremo cerrado de la U apuntando en dirección ascendente hacia la
superficie superior de la tela, según se ve en la microfotografía.
La Figura 11 es una copia de una microfotografía de la superficie
opuesta, es decir, la inferior, de la tela 100 de la Figura 10 con
un aumento de alrededor de 20 veces. Las fibras en la tela están
entretejidas y enmarañadas para formar un patrón de perforaciones
110 en la tela. En algunas de estas perforaciones, existen bucles
120 en forma de U formados a partir de segmentos de fibra
sustancialmente paralelos. Cuando se mira desde esta superficie
inferior de la tela, el extremo perforado del bucle en forma de U
se dirige hacia la superficie de la tela que se ve en esta
microfotografía.
Como se ha indicado anteriormente en esta
memoria, un miembro de soporte que tiene una superficie superior
uniforme y plana con perforaciones dispuestas por todo él se puede
hacer, también, mediante tratamiento por láser. Tal miembro de
soporte, identificado por el número 700, se ilustra en las Figuras
15 y 16. Como se muestra en las Figuras 15 y 16, el miembro de
soporte 700 descrito comprende un cuerpo 701 que tiene una
superficie superior 703 y una superficie inferior 704. Una
agrupación de perforaciones 707 está dispuesta en un patrón
predeterminado a través de la superficie superior 703, que se
extienden a través del grosor, t, del cuerpo 701.
El miembro de soporte 700 descrito está formado
por los procesos de perforación por láser "desenfocado"
descritos anteriormente. En el caso desenfocado, la abertura 707
tiene una configuración cilíndrica ahusada. El área transversal de
las perforaciones 707 en la superficie inferior 704 es menor que el
área transversal de las perforaciones 707 en la superficie superior
703.
La separación de centro a centro, S, de las
perforaciones 707 adyacentes es de considerable importancia. Si la
separación de centro a centro es menor que el diámetro de las
perforaciones 707 en la superficie superior 703, se intersectarán
las perforaciones 707 ahusadas algo cónicas, dando como resultado
perforaciones rodeadas por una agrupación de picos y valles. Tal
agrupación de picos y valles crearía picos y rugosidad similares en
la película perforada final. A fin de formar un miembro de soporte
con perforaciones de superficie superior uniforme y plana, la
separación de centro a centro, S, debe ser mayor que el diámetro
principal de las perforaciones 707 en la superficie superior 703. La
superficie superior uniforme y plana del miembro de soporte se puede
usar para producir una película o una tela no tejida final con
perforaciones uniforme y plana.
Según la presente invención, el miembro de
soporte de superficie superior uniforme y plana se forma mediante
perforación por láser "enfocado". La perforación por láser
"enfocado" es un proceso en el que se enfoca el haz láser sobre
la superficie superior de una pieza de trabajo tubular. La pieza de
trabajo puede estar hecha de material polímero, preferiblemente
acetal. También el acrílico se comporta satisfactoriamente. En el
proceso de perforación por láser enfocado, usando el aparato de la
Figura 4, el mandril, con la pieza de trabajo tubular montada sobre
él, se hace girar por delante de la lente. El carro está motorizado,
de manera que la posición de la primera abertura se corresponde con
el punto focal de la lente 29. El elemento de foco está motorizado
hacia dentro para situar el punto focal de la lente 29 en la
superficie superior de la pieza de trabajo tubular a perforar, en
el diámetro de referencia establecido por el proceso de enfoque
mencionado anteriormente. El proceso de perforación de la presente
invención es el de perforación con exploración de trama. La
perforación con exploración de trama, como se describe en conexión
con las Figuras 3, 4 y 5 anteriores, es la realización
preferida.
Un miembro de soporte 800, ilustrado en las
Figuras 19 y 20, se hace con un proceso de perforación por láser
enfocado de la presente invención. Como se muestra en las Figuras 19
y 20, el miembro de soporte 800 comprende un cuerpo 801 que tiene
una superficie superior 803 y una superficie inferior 804. Una
agrupación de perforaciones 807 está dispuesta en un patrón
predeterminado a través de la superficie superior 803, que se
extienden a través del grosor, t, del cuerpo 801. Como se ha
indicado anteriormente en esta memoria, con la lente enfocada en la
superficie superior de la pieza de trabajo, las perforaciones 807
tendrán paredes casi paralelas. Como hay un pequeño ahusamiento en
la parte superior de la abertura 807, se requiere que la separación
de centro a centro, S, sea de suficiente magnitud para evitar la
formación de picos y valles. Sin embargo, este espaciamiento, S,
puede ser menor que en el proceso de perforación por láser
"desenfocado", produciendo por ello un miembro de soporte con
menos área de superficie superior y más perforaciones, lo que da
como resultado una película con más perforaciones y, por
consiguiente, un área abierta de mayor porcentaje.
Un aparato preferido para producir películas con
perforaciones de acuerdo con la presente invención está representado
esquemáticamente en la Figura 17. En este aparato, el miembro de
soporte es un tambor 753 que puede rotar. El tambor rota en sentido
contrario a las agujas del reloj. Una boquilla 759 de aire caliente
está situada exterior al tambor 753, dirigida a fin de proporcionar
una cortina de aire caliente para incidir directamente en la
película soportada por la superficie exterior del tambor 753 que
comprende una pluralidad de perforaciones 753a. Se prevén medios
para retraer la boquilla 759 de aire caliente a fin de evitar el
calentamiento excesivo de la película cuando se detiene o está a
baja velocidad.
El soplador 757 y el calentador 758 cooperan para
suministrar aire caliente a la boquilla 759.
El cabezal 760 de vacío está situado interior al
tambor 753, directamente interior a la boquilla 759. El cabezal 760
de vacío es radialmente ajustable y está situado a fin de contactar
la superficie interior del tambor 753. Una fuente 761 de vacío está
prevista para aspirar continuamente del cabezal 760 de vacío.
Además, en el interior del tambor 753, y
contactando con la superficie interior del mismo, se encuentra una
zona de enfriamiento 762, que ha sido provista de una fuente 763 de
vacío de enfriamiento. En la zona de enfriamiento 762, esta fuente
763 de vacío extrae el aire ambiente por las perforaciones hechas en
la película caliente para solidificarla y fijar el patrón creado en
la zona de apertura. Es importante proporcionar este enfriamiento
antes de intentar retirar la película del miembro de soporte a fin
de evitar distorsión. La fuente 763 de vacío tiene previstos,
también, medios para retener la película en su sitio en la zona de
enfriamiento 762, sobre el tambor 753, y tiene previstos medios para
aislar la película caliente de los efectos de la tensión en la misma
producidos por la bobinadora.
El rollo 750 de suministro de película y el rollo
756 de película acabada se muestran, también, en la figura 17.
Una película 67 delgada continua ininterrumpida
que se puede estirar de material polímero termoplástico está
colocada en la parte superior del miembro de refuerzo 64. Esta
película puede ser permeable al vapor o impermeable al vapor; puede
estar gofrada o sin gofrar; puede ser, si se desea, tratada con
descargas de corona en una o ambas de sus superficies principales o
puede estar libre de tal tratamiento con descargas en corona. La
película que se puede estirar puede comprender cualquier material
polímero termoplástico incluyendo, a modo de ejemplo, poliolefinas,
tales como polietileno (de densidad alta, lineal baja o baja) y
polipropileno; copolímeros de olefinas y monómeros de vinilo, tales
como copolímeros de etileno y acetato de vinilo o cloruro de vinilo;
poliamidas; poliésteres; alcohol de polivinilo y copolímeros de
olefinas y monómeros de acrilato, tales como copolímeros de etileno
y etilacrilato y EMA (Copolímero de etileno-ácido metacrílico). Se
puede usar, también, película que comprende mezclas de dos o más de
tales materiales polímeros. El alargamiento en la dirección máquina
(MD) y en la dirección transversal (CD) de la película de partida a
perforar debería ser al menos el 100%, como se determina según el
Ensayo ASTM número D-882, como se realiza en una
máquina de ensayo Instron que funciona a una velocidad de mordaza de
127 cm/minuto. El grosor de la película de partida (es decir, la
película a perforar) es preferiblemente uniforme y puede variar
desde aproximadamente 0,0013 cm hasta 0,0078 cm o aproximadamente de
0,0013 cm hasta aproximadamente 0,076 cm. Se pueden usar películas
coextruidas, como películas de encamisado, que han sido modificadas,
por ejemplo, por tratamiento con un agente tensioactivo. La película
de partida se puede realizar por cualquier técnica conocida tal como
colado, extrusión o soplado.
Una ampliación del área rodeada con un círculo de
la Figura 17 se muestra en la Figura 18. El cabezal 760 de vacío
tiene dos ranuras 764, 765 de vacío que se extienden a través de la
anchura de la película. La ranura 764 de vacío proporciona una zona
de retención para la película de partida mientras se aproxima a la
cuchilla neumática 758. La ranura 765 de vacío está conectada a una
fuente de vacío por un conducto de paso 766. Esto ancla de modo
seguro la película 751 entrante al tambor 753 y proporciona
aislamiento frente a los efectos de la tensión en la película
entrante inducidos por el desenrollamiento. También, aplana la
película 751 sobre la superficie exterior del tambor 753. La segunda
ranura 765 de vacío define la zona de apertura por vacío. La barra
de soporte 768 intermedia está inmediatamente entre las ranuras 764
y 765.
El cabezal 760 de vacío está situado de manera
que el punto de incidencia de la cortina 767 de aire caliente está
directamente encima de la barra de soporte 768 intermedia. El aire
caliente se proporciona a una temperatura suficiente para elevar la
temperatura de la película por encima de su punto de
ablandamiento.
La geometría del aparato asegura que la película
751, cuando es ablandada por la cortina 767 de aire caliente se
aisla de los efectos de tensión por la ranura de retención 764 y la
zona de enfriamiento 762. La zona de apertura 765 por vacío está
inmediatamente adyacente a la cortina 767 de aire caliente, lo que
minimiza el tiempo que la película está caliente e impide
transmisión de calor excesiva al tambor 753 de soporte.
(Conocido del documento
EP-A-0701877)
Un miembro de soporte con picos y valles, y hecho
de acetal, con un espesor medio de 6 mm, fue producido usando un
proceso de perforación por láser desenfocado con exploración de
trama, bajo las siguientes condiciones:
Posición del foco = 2,5 mm por debajo de la
superficie del material
Tipo de lente = Menisco positiva
Distancia focal de la lente = 12,7 cm
Potencia del láser = 1.300 vatios
Velocidad superficial del tubo sobre el mandril =
20,3 m/min
Avance/Ret. longitudinal del carro = 0,05 mm
Tamaño de píxel = 0,05 mm
Separación de la línea centro a centro en una
fila = 0,75 mm (15 píxeles)
El miembro de soporte conocido hecho en el
Ejemplo 1 se muestra en las Figuras 13 y 14. La Figura 12 es una
representación píxel a píxel del patrón de potencia de láser de
encendido/apagado programado en el computador de control, usado en
el Ejemplo 1. El patrón consistió en pares de repetición de filas
de perforaciones, etiquetadas con A_{1}, B_{1}, A_{2},
B_{2}, etc. Las perforaciones de cada fila A tienen una primera
forma irregular y las perforaciones de cada fila B tienen una
segunda forma irregular. Una pieza de trabajo tubular de
aproximadamente 91 cm de diámetro, 370 cm de largo y 6 mm de
espesor, fue perforada por láser usando el aparato de la Figura 4
hecho funcionar de acuerdo con las instrucciones contenidas en la
Figura 12 para proporcionar el miembro de soporte mostrado en las
Figuras 13 y 14. El proceso de perforación por láser llevó alrededor
de 7 días para ser completado.
En la Figura 13, el miembro de soporte ilustrado
comprende una primera fila A de perforaciones (véase la parte
superior de la Figura 13), una fila B adyacente próxima de
perforaciones y una segunda fila A de perforaciones por debajo de la
fila B de perforaciones. La primera fila A de perforaciones incluye
la abertura A'. La fila B adyacente próxima de perforaciones incluye
la abertura B' que es adyacente a la abertura A'. La porción
superior de la abertura A' está rodeada y definida por picos 501,
502, 503, 504, 505 y 506. La porción superior de la abertura B' está
rodeada y definida por picos 510, 511, 512, 513, 504 y 503. Se
reconocerá que los picos 504 y 503 son comunes a ambas perforaciones
A' y B'. La línea 521 (con doble punta de flecha) que se extiende
entre los picos 501 y 504, constituye el diámetro principal de la
porción superior de la abertura A', teniendo dicho diámetro
principal 0,22 cm en el miembro de soporte que se describe. De
manera similar, la línea 522, que se extiende entre los picos 503 y
512, constituye el diámetro principal de la porción superior de la
abertura B', teniendo dicho diámetro principal 0,19 cm en el miembro
de soporte que se describe.
Las diversas distancias pico a pico asociadas a
la abertura A' en el miembro de soporte que se está discutiendo se
han expuesto en la Tabla I. Las diversas distancias pico a pico
asociadas a la abertura B' en el miembro de soporte se han expuesto
en la Tabla II.
La Figura 14 es la misma imagen digitalizada que
la mostrada en la Figura 13, pero que ha sido marcada y numerada
para mostrar la distancia entre la parte inferior de un valle entre
dos picos adyacentes y una línea que conecta los mismos dos picos.
Por ejemplo, la línea 530 en la Figura 4 conecta los picos 503 y 504
asociados a la abertura A'. Las profundidades de los valles entre
los picos 501-506 asociados a la abertura A' se han
mostrado en la porción superior de la Tabla III. Las profundidades
de los 2 valles asociados a la abertura B', es decir, los valles
entre los picos 510 y 511 y el valle entre los picos 504 y 513, se
han representado en la porción inferior de la Tabla III. Los valles
entre los restantes picos asociados a la abertura B', aquellos
entre los picos 511 y 512, y entre 512 y 513, son estructuralmente
análogos, Tabla III, a los valles entre los picos 501 y 506, y 501
y 502, respectivamente.
| Valle entre Picos | Profundidad del Valle mm |
| 501 y 502 | 0,406 |
| 502 y 503 | 0,508 |
| 503 y 504 | 0,610 |
| 504 y 505 | 0,635 |
| 505 y 506 | 0,508 |
| 506 y 501 | 0,305 |
| 510 y 511 | 0,600 |
| 504 y 513 | 0,660 |
Un miembro de soporte descrito que tiene una
superficie superior uniforme y plana y hecho de acetal con un grosor
promedio de 6 mm fue producida usando un proceso de perforación por
láser desenfocado con exploración de trama bajo las siguientes
condiciones:
Posición del foco = 2,5 mm por debajo de la
superficie del material
Tipo de lente = Menisco positiva
Distancia focal de la lente = 12,7 cm
Potencia del láser = 1.300 vatios
Velocidad superficial del tubo sobre el mandril =
20,4 m/min
Avance/Ret. longitudinal del carro = 0,05 mm
Tamaño de píxel = 0,05 mm
Separación de la línea centro a centro en una
fila = 1,5 mm (30 píxeles)
El miembro de soporte descrito en el Ejemplo 2,
mostrado en las Figuras 15 y 16, fue producido mediante el proceso
de perforación por láser desenfocado con exploración de trama del
Ejemplo 1, excepto con un patrón diferente de exploración de trama.
El patrón de exploración de trama usado en el Ejemplo 2 se muestra
en la Figura 21, en la que cada píxel 710 al que el láser está
destinado a crear un agujero es negro y cada píxel 712 en el que el
láser está apagado es blanco.
Un miembro de soporte que tenía una superficie
superior uniforme y plana y hecho de acetal con un grosor promedio
de 3 mm fue producido usando un proceso de perforación por láser
enfocado con exploración de trama, bajo las siguientes
condiciones:
Posición de enfoque = 0 (en la superficie
superior)
Tipo de lente = Menisco positiva
Distancia focal de la lente = 12,7 cm
Potencia del láser = 1.300 vatios
Velocidad superficial del tubo sobre el mandril =
17,4 m/min
Avance/Ret. longitudinal del carro = 0,05 mm
Tamaño de píxel = 0,05 mm
Separación de la línea centro a centro en una
fila = 0,75 mm (15 píxeles)
El miembro de soporte en el Ejemplo 3 es del tipo
mostrado en las Figuras 19 y 20, y fue hecho usando los patrones
mostrados en las Figuras 3 y 5, y con el proceso de perforación con
exploración de trama descrito anteriormente usando el aparato de la
Figura 4.
Una película perforada fue hecha usando el
miembro de soporte producido en el Ejemplo 3 en combinación con el
aparato mostrado en la Figura 17. Este aparato es similar al
descrito en la patente de EE.UU. número 4.806.303 expedida a Bianco
et al.
El rollo de película de partida 750, una película
colada de polietileno de baja densidad de 0,0254 mm, se situó sobre
un soporte de desenrollamiento de tensión controlada usado
comúnmente en las industrias de pañales y compresas higiénicas. La
película se enroscó entonces alrededor del miembro de soporte 753 en
la figura 17, y se condujo a una bobinadora de tensión controlada,
donde el producto acabado se recogió en el rollo 756.
La boquilla 759 se retrajo para evitar el
calentamiento la película hasta que se establecieran las
condiciones de funcionamiento. Se encendió el soplador 757 de aire y
se energizó el calentador 758, y se ajustó hasta que la temperatura
de la boquilla 759 de salida de aire alcanzó los 225 grados
centígrados.
Se hizo comenzar la fuente 761 de vacío y se
ajustó para retener de modo seguro la película sobre el miembro de
soporte. Se hizo comenzar entonces el sistema de accionamiento y se
hizo girar el miembro de soporte con una velocidad superficial de 25
metros por minuto.
Se hizo avanzar entonces la boquilla 759, de
manera que el aire caliente que salía de la boquilla 759 incidía
directamente en la superficie de película entre la zona de
retención 764 y la zona de apertura 765 por vacío.
Se aumentó entonces la temperatura del aire
caliente 767 hasta que se obtuvo el grado deseado de apertura. La
temperatura final del aire fue de 305 grados C.
Se midió el cabezal 760 de vacío en condiciones
de funcionamiento y se encontró que tenía una succión de 48,7
kPa.
La película caliente, ahora con perforaciones,
continuó sobre el miembro de soporte 753 hasta la zona de
enfriamiento 762, en la que se extrajo el aire ambiente por las
perforaciones en la película, por los agujeros en el miembro de
soporte y hacia dentro de la fuente 763 de vacío de
enfriamiento.
Cuando la película alcanzó el extremo de la zona
de enfriamiento 762, se había enfriado suficientemente para ser
retirada del miembro de soporte y enrollada en el rollo 756.
La superficie superior de la película con
perforaciones producida en el Ejemplo 4 se muestra en la
microfotografía de la Figura 22.
Claims (4)
1. Un procedimiento para formar un miembro de
soporte (2) para producir una película plana con perforaciones, que
comprende las etapas de:
a) proporcionar una pieza de trabajo (2),
b) dirigir un haz láser (36) hacia dicha pieza de
trabajo (2);
c) enfocar el haz láser (36) de tal modo que el
punto focal esté en la parte superior de la superficie (3) de la
pieza de trabajo (2); y
d) mover el haz láser (36) en una serie de
exploraciones de trama sobre la superficie (3) de la pieza de
trabajo (2), de manera que dicho haz láser (36) perfore un patrón
predeterminado de perforaciones que tienen paredes laterales
sustancialmente paralelas a través de dicha pieza de trabajo (2), en
el que la separación (S) de centro a centro entre perforaciones
adyacentes es mayor que el diámetro principal de las perforaciones
en la superficie superior, por lo que se forma una superficie
uniforme que rodea cada perforación en la superficie superior (3)
del miembro de soporte (2) resultante.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dicha etapa de perforado incluye pulsar el haz láser (36) con
una secuencia predeterminada de estados de encendido y apagado.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el
que el haz láser (36) en estados de encendido son de intensidad y
tiempo suficientes para perforar una o más unidades discretas de
dichas perforaciones en cada exploración de trama.
4. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 3, en el que la etapa de mover el láser (36)
incluye hacer girar dicha pieza de trabajo (2) alrededor de su eje
longitudinal e indexar el haz láser (36) a lo largo de dicho eje
longitudinal después de cada revolución de la pieza de trabajo
(2).
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