ES2235606B2 - Sistema de polimerizacion por laser disperso. - Google Patents

Abstract

Sistema de polimerización por láser disperso. La invención consiste en un conjunto de espejos que dispersan y reorientan un láser creando una esfera homogéneamente iluminada con respecto al centro, mientras se está refrigerando todo el sistema, permitiendo con este sencillo método controlar la polimerización en dicha esfera tanto en su espacio como temporalmente. Todo ello realizado en los materiales y con las técnicas adecuadas que favorezcan la polimerización en cada caso.

Description

Sistema de polimerización por láser disperso.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de polimerización por láser disperso en recubrimientos con polímeros. El sistema ha sido concebido y realizado para obtener numerosas y notables ventajas respecto a otros medios existentes de análogas finalidades.

El sistema está previsto para lograr controlar la polimerización por láser, pudiendo ser ésta homogénea tanto en espacio como en tiempo. Para ello, el sistema cuenta con 3 partes bien diferenciadas que encajan entre sí formando un único objeto que es capaz de contener un volumen de polímero y polimerizarlo de forma controlada, bien sobre sí mismo o sobre un objeto insertado en dicho medio.

Antecedentes de la invención

Se conocen varios sistemas y dispositivos para realizar polimerizaciones mediante láser, que permiten que los monómeros polimericen sobre un objeto o sobre sí mismo.

En tal sentido pueden citarse dispositivos basados en una máquina de control numérico dotada con tres láser los cuales convergen en un mismo punto en el espacio. Así pues, al converger en este punto, la densidad de fotones en el mismo es suficiente para provocar la polimerización de monómero.

Este sistema presenta diversos inconvenientes, tales como son la interacción de los monómeros ya polimerizados sobre los láser, ya que no sería de esperar que el resultado de dicho proceso fuera completamente transparente, con lo cual se limitan los tipos de monómeros a usar. También existe un problema con la velocidad del proceso, dado que los láser tienen que tener una potencia máxima inferior a la necesaria para la polimerizadón de los monómeros, para evitar que estos polimericen espontáneamente tan solo con uno de los haces, lo cual limita la potencia del sistema al número de láseres, con lo que el proceso resulta de una gran lentitud para aplicaciones industriales por su baja potencia, a no ser que aumentemos el número de láseres, con lo cual también aumentan los costes y la complejidad.

Igualmente, se conocen otros sistemas basados en un láser, que atraviesa un baño de monómero, en el que se sumerge el objeto que se pretende cubrir de polímero y al incidir el láser sobre éste, se provoca que los monómeros polimericen sobre el objeto en dicho punto. Estos sistemas presentan grandes limitaciones dada su aplicación, al depender la polimerizadón, del objeto. Así pues, dependiendo de la forma, tamaño y material del objeto, la polimerizadón variará. Además, al tratarse de una polimerización en un solo punto, debido a procesos de convección y polimerización por simpatía, esta polimerización presenta grandes irregularidades y limitaciones, en los tipos de piezas y materiales con las que ésta puede estar hecha.

Descripción de la invención

El sistema de la invención presenta una nueva estrategia a la hora de polimerizar mediante láser. En vez de aprovechar la alta densidad fotónica que presenta el láser por su ausencia de dispersión, la cual da lugar a la polimerización del monómero, lo dispersaremos y concentraremos posteriormente de forma que al final el láser esté homogéneamente disperso y orientado desde todas las direcciones hacia el punto de interés, basándonos en la propiedad física llamada "coherencia" que presentan los fotones del láser, la cual esta presente en todos los láser dado que es parte de la definición de láser y que entre otros procesos elimina la dispersión natural de la luz rigiendo la dirección de las trayectorias de los fotones por reglas puramente trigonométricas. Para ello, hemos ideado un sistema de reorientación de fotones láser, con lo que creamos una esfera de láser, en la cual la densidad fotónica disminuye cuadráticamente conforme nos alejamos del centro. Además, para permitir el uso de láseres de gran potencia se ha previsto la posibilidad del uso de espejos metálicos, y la refrigeración de los mismos.

Además, se ha previsto que el sistema cuente con un espejo parabólico en el cual se refleje el láser disperso y se reoriente hacia el foco del mismo, el cual estará refrigerado también sí esto fuese necesario. A su vez, esta parábola servirá de recipiente para los monómeros y para el posible objeto sobre el que la polimerización se vaya a realizar.

También existe la posibilidad montar el sistema cuantas veces se desee tan solo cambiando la orientación pero conservando el mismo centro de la esfera, sumando así la potencia de los sistemas, y utilizar ópticas que permitan seleccionar la forma de dispersión y reagrupación de los fotones, de modo que se centre la iluminación tanto en el espacio comprendido por la esfera como en el tiempo, al permitir controlar la polimerización durante cada uno de los momentos del proceso.

Así pues, la polimerización no dependerá del objeto, pudiendo ser este de cualquier forma y material, ni del haz láser, al ser este disperso y dependiendo solo de su posición con respecto al perímetro de la esfera, que posea suficiente densidad fotónica, para que se produzca la polimerización.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con el objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva de un juego de planos, en base a cuyas figuras se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del dispositivo objeto de la invención.

En dichos dibujos, la figura 1 representa el proceso al que hay que someter al láser para conseguir la iluminación deseada. Los emisores láser (1) generan un haz que es dispersado por las lentes de divergencia (2), que dispersan el haz, creando con ello fotones coherentes homogéneamente dispersos (5), los cuales al entrar en las lentes de convergencia (3), se reorientan hacia el objeto a iluminar (4); la figura 2 representa el modo mediante el cual se puede montar el sistema varias veces en tomo a la misma esfera, aumentando con ello la potencia; la figura 3 presenta la misma estructura que la figura 1 con la salvedad del espejo metálico refrigerado de divergencia (6); la figura 4 muestra la forma de obtener una lámina de polímero polimerizado por láser disperso mediante espejos. Donde se muestra la sustitución de la lente de convergencia por un espejo de convergencia (7) y el baño de monómero (8) al que se somete el objeto ha fin de este polimerice sobre él; la figura 5 explica el funcionamiento de 1 cada una de las piezas del sistema de polimerización por láser disperso, donde podemos observar la formación de la película de polímero (9) Tras la reflexión de los fotones en los espejos metálicos refrigerados de convergencial (10); y la figura 6 muestra una forma de montar el sistema de polimerización por láser disperso.

Descripción de una forma de realización preferida

A la vista de las figuras puede observarse cómo el dispositivo se constituye mediante 3 piezas (números 1, 6 y 10) que al acoplarse entre sí dan lugar al sistema de polimerización por láser disperso en el cual podemos distinguir las partes pasivas (6) y (10) y la activa (1), la cual actúa sobra las restantes, dando lugar con todo ello al sistema de polimerización por láser disperso (Figura 6).

En la actualidad existen muy diferentes materiales con los que realizar la diversas partes del sistema y múltiples técnicas ópticas que podríamos utilizar en la confección de los espejos. No obstante, por simple economía elegiremos materiales y técnicas generalizadas. Así pues, para la parte de los espejos usaremos acero inoxidable pulido, y para su refrigeración usaremos un serpentín de agua con anticongelante que a su vez se refrigerara por un sistema de compresión y descompresión de gases. Para la parte activa usaremos un láser industrial de xenón que emita en el ultravioleta cercano, dada la amplia gama de polímeras que polimerizan ante la presencia de este tipo de radiación, tales como pudieran ser el Epoxi o el Metacrilato.

Así pues, para recubrir un tornillo con Epoxi llenaremos de este material la parábola reflectora (Figura 6), depositaremos el tomillo en su interior y refrigeraremos el sistema hasta los 4°C. A continuación, se realiza un disparo de medio segundo, extraemos el tomillo, y lo limpiaremos con aire comprimido, libre de oxigeno y humedad, para lo cual usaremos un sistema de obtención de aire licuado por fases, sin usar la primera fase en la cual se obtiene el oxigeno licuado, y durante la cual el vapor de agua se condensa precipitando antes de entrar en el sistema, dejando que el Epoxi se escurra de nuevo hasta la parábola, tras lo cual la resina se habrá polimerizado creando una película protectora homogénea alrededor del tornillo, pero tan delgada que no impedirá que este se enrosque.

Serán independientes del objeto de la invención los materiales empleados en la fabricación de los componentes del sistema de polimerización por láser disperso, formas y dimensiones de los mismos y todos los detalles accesorios que puedan presentarse, siempre y cuando no afecten a su esencialidad.

Claims (5)

1. Sistema de polimerización por láser disperso para recubrimiento con polímeros de objetos caracterizado por comprender tres elementos, de acuerdo con la figura 5: una fuente de radiación láser (1), una superficie especular de divergencia (6) y otra de convergencia (10) acoplables entre sí creando el sistema, el cual al emitir un haz de fotones láser la fuente (1) es dispersado por la superficie (6) y concentrado por la (10).

2. Sistema de polimerización por láser disperso para recubrimiento con polímeros de objetos de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por comprender diferentes conjuntos de los elementos (1), (6) y (10) que se disponen de forma equidistante alrededor de un mismo punto para controlar la polimerización en mismo.

3. Sistema de polimerización por láser disperso para recubrimiento con polímeros de objetos de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por comprender diferentes conjuntos de los elementos (1), (6) y (10) que se disponen de forma equidistante alrededor de un mismo punto para controlar la polimerización en mismo creando una esfera de radiación láser.

4. Sistema de polimerización por láser disperso para recubrimiento con de polímeros de objetas acuerdo con la reivindicaciones 1, 2 y 3 caracterizado por comprender diferentes conjuntos de los elementos (1), (6) y (10) que se disponen de forma equidistante alrededor de un mismo punto para controlar la polimerización en mismo y de forma que las concavidades de las superficies de convergencia (10) correspondientes a cada fuente láser (1) configuran el recipiente que contiene el monómero a polimerizar.

5. Proceso de polimerización por láser disperso para recubrimiento de piezas u objetos diversos caracterizado porque se realiza mediante la inmersión en epoxi o metacrilato y se utilizando el sistema de las reivindicaciones (1), (2), (3) y (4).