La empresa integra sistemas Fast-Met para metalización en alto vacío y/o sputtering utilizados en la planta
Entrevista con: Simon Peter Bott, Forvia Hella
Uno de los argumentos que han frenado la difusión de las tecnologías PVD (deposición física de metales) en los últimos años, la producción discontinua, ha desaparecido. El sistema visto y reseñado aquí funciona en línea y está perfectamente integrado con los procesos upstream y downstream de la importante multinacional de iluminación del sector de la automoción.
Gracias al interés de Mara Arzuffi ( Arzuffi PVD , Bernareggio, MB, Italia) y a la disponibilidad de Simon Peter Bott, responsable de los procesos de recubrimiento del grupo Forvia Hella, tuvimos la oportunidad de visitar una de las grandes plantas de la multinacional, conocida por la producción de sistemas de iluminación para el sector automotriz, ubicada en Irapuato, México.
La visita, destinada a observar en acción una línea industrial para la deposición física de metales sobre componentes de faros, nos permitió acceder al gran departamento dedicado a los tratamientos superficiales de la empresa: 3 líneas para la aplicación de productos transparentes UV con función antirayaduras en la cara expuesta de los faros, 2 líneas para la aplicación de productos antivaho para la cara interna de los faros, 18 máquinas de lotes, algunas para metalización térmica, otras para procesos PVD , además de la línea totalmente automática para procesos PVD/recubrimiento protector diseñada, producida e instalada por Arzuffi PVD .
«A las líneas típicas para la aplicación de productos especiales para los faros – nos cuenta Simon Peter Bott – en esta planta se añadirá próximamente una nueva línea para el moldeado y pintado de los radoms , las bandas que sustituyen la cubierta del radiador delantero en los vehículos eléctricos ». Estos elementos tienen funciones de protección para los sensores cada vez más presentes en los vehículos modernos: cámaras, radares, otros sensores de apoyo a la conducción y a la futura conducción autónoma. “Se trata de un reto tecnológico importante, ya que el tamaño y la forma de las piezas son mucho mayores que las que suelen encontrarse en los sistemas de iluminación y se requiere una alta resistencia y una excelente calidad de acabado”. [Véase también el contenido de la exhaustiva entrevista concedida por Francesco Goi de Tecnofirma sobre este tema en VI n. 675-676/2024, págs. 50 y siguientes o en este enlace ].
METALIZACIÓN Y PVD. DEPARTAMENTO DE LOTES
«Centrándonos en los sistemas de deposición de metales para los componentes que imprimimos en esta planta –nos cuenta Simon Peter Bott–, ahora tenemos 18 sistemas que trabajan en lotes con evaporación térmica, PVD y procesos mixtos . Los procesos de evaporación térmica (metalización al vacío) son más sencillos – nos comenta Simon Peter Bott – pero una vez introducidos los sistemas PVD quedan claras sus limitaciones, la dificultad de controlar con exactitud los espesores aplicados y la falta de gama de metal evaporable [tungsteno]. Con los procesos PVD es factible el control de los espesores aplicados (y su homogeneidad en las superficies de la pieza), así como la gama de materiales que se pueden depositar, lo que permite responder a las solicitudes de diferenciación estética de las piezas metalizadas y, con la elección de los metales correctos a depositar, también aumentar su duración (cromo, acero inoxidable, cobre, por ejemplo, aunque con cierta cautela en cuanto a la elección de los metales, que pueden sufrir variaciones de color a lo largo del tiempo)».
«En el área de sistemas batch, hemos trabajado con Arzuffi PVD para introducir una serie de mejoras destinadas a mejorar la capacidad y facilidad de producción y la productividad del operador, desarrollo de «recetas» para el tipo de recubrimiento (controlando parámetros típicos como el nivel de vacío, la potencia y el tiempo de residencia), uso de puertas giratorias especiales para la cámara, con el fin de permitir la descarga y carga de las piezas durante la operación de deposición del metal, diseño de soportes específicos que permiten evitar el enmascaramiento de las áreas superficiales que no deben recubrirse fuera de línea. Los sistemas que operan en la empresa están en 3 configuraciones diferentes, lo que nos permite recubrir todos los componentes producidos actualmente y provenientes de proveedores externos. En cualquier caso, la capacidad de escucha, la flexibilidad y la puntualidad con la que se realizan los cambios son algunas de las características que hacen de Arzuffi PVD uno de nuestros proveedores de referencia”.
En general los sistemas Fast-Met pueden recubrirse con cualquier metal , creando incluso superficies coloreadas y/o semitransparentes. Las principales características técnicas de la planta que nos comunicó específicamente Simon Peter Bott (Fast-Met II Double Face, con una única estación de carga/descarga, fácilmente automatizable) son las siguientes:
- Dimensiones de la cámara (L x An x Al): 1400 x 700 x 1900 mm
- Número de herramientas: 2 por lado del puesto de trabajo.
- Diámetro de la herramienta: 560 mm
- Altura útil: 1500 mm
- Disposición (L x An x Al): 6000 x 5400 x 2200 mm
- Tiempo del ciclo: 4 – 8 minutos.
PVD Y RECUBRIMIENTO DURO. EL DEPARTAMENTO ALTAMENTE AUTOMATIZADO EN LÍNEA
«La línea automática PVD ( Arzuffi Line-Met) es el corazón de un departamento altamente automatizado que nos permite depositar selectivamente el recubrimiento para obtener ópticas (el corazón funcional de los faros) con los más altos estándares de calidad a nivel internacional. El departamento consta de máquinas de moldeo, un sistema de transporte mediante AGV gestionado por una red inalámbrica, una zona de enmascarado , una línea PVD y una zona de descarga y control de calidad . Todas las etapas están robotizadas.
Una vez impresas, las piezas se colocan en bandejas especiales que son transportadas de forma autónoma mediante AGVs hasta la zona de enmascarado y carga de la línea PVD . En la zona de enmascaramiento , un robot se encarga de posicionar y fijar las máscaras. Una vez finalizada la operación, un segundo robot coloca la bandeja en la estación de carga de la línea PVD.
La línea realiza las siguientes operaciones en secuencia, paso a paso, de forma completamente automática:
- vaciado de la cámara (se genera el vacío necesario para las fases posteriores)
- grabado de plasma. En esta fase se realiza un pretratamiento con plasma de las superficies de las piezas (limpieza de cualquier contaminación orgánica y activación).
- Deposición física de metales (sputtering )
- Aplicación y polimerización mediante plasma de vacío de un recubrimiento protector -altamente transparente de superficies metalizadas a escala nanométrica
- cámara de recuperación de presión atmosférica
- retirada robotizada de las mascarillas y su posicionamiento en el almacén correspondiente, enviando las bandejas a las estaciones de control de calidad , que se realiza pieza a pieza.
Las cámaras 2, 3 y 4 se mantienen constantemente en las condiciones de vacío esperadas. La cámara 1 crea un vacío, mientras que la cámara 4 restablece la presión a las condiciones atmosféricas.
En este caso se decidió instalar una máquina paso a paso para la forma de las piezas a recubrir y para las “ventanas” para el paso del metal sublimado (de gran precisión). Para obtener la deposición sobre las piezas a recubrir, utilizamos un doble blanco (cada uno compuesto por el metal bombardeado con argón). En otra planta del grupo hay una línea que realiza el proceso PVD de forma dinámica (con las piezas en continuo movimiento en la cámara PVD ).
El software de gestión del sistema permite intervenir en todos los parámetros clave, como el nivel de vacío, la potencia aplicada, el tiempo y el tipo de metal o metales depositados. El operador tiene control completo del proceso a través del monitor gráfico.
Dado que las cámaras de proceso permanecen cerradas durante mucho tiempo, no es necesario utilizar “trampas de humedad” (como es el caso en las plantas discontinuas ).
Las cámaras 2, 3 y 4 se mantienen en condiciones de vacío con una bomba turbomolecular específica que no utiliza aceites, tiene bajo consumo energético y requiere un mantenimiento limitado. El circuito está aislado del circuito de vaciado de la primera cámara, que en su lugar utiliza una bomba de difusión. El sistema está equipado con un doble circuito de refrigeración que permite una regulación precisa de las temperaturas del proceso. La cámara PVD es de fácil acceso para cambiar los objetivos.
En este caso, la planta fue programada para absorber los flujos de producción provenientes del departamento de estampación. El tiempo que tarda cada bandeja en pasar por la línea es de entre 40 y 50 segundos.
Las máscaras (fabricadas en material polimérico termoendurecible) se envían, después de un número preestablecido de ciclos, a un lavador ultrasónico para eliminar los recubrimientos y devolverlas a sus condiciones iniciales.
«Dado el alto nivel de automatización del proceso, desde el moldeo hasta los procesos PVD , y considerando los altos estándares de calidad requeridos por nuestros clientes, el mantenimiento en este departamento debe realizarse con mucha diligencia».
CONCLUSIONES
«Hace unos 10 años en Hella –concluye Simon Peter Bott– nos planteamos la posibilidad de minimizar o evitar la manipulación de las piezas tras su moldeo. Se han desarrollado diversas hipótesis sobre cómo pasar directamente de la fase de estampación a la fase de metalización. Algunas de estas hipótesis, por ejemplo el paso directo de la máquina de moldeo a la cámara de metalización mediante robot , han mostrado problemas técnicos insalvables, como la elevada temperatura de la pieza inmediatamente después del moldeo, las diferentes velocidades de contracción del material plástico y del metal depositado . Hemos involucrado en el estudio a algunos proveedores de sistemas PVD e instalado los prototipos de las dos soluciones que nos parecieron más prometedoras: un sistema con una cámara de grandes dimensiones, capaz de recibir un elevado número de piezas directamente de las máquinas de moldeo que, mientras esperaba a que se llenara completamente, podía enfriarse, y el sistema en línea desarrollado por Arzuffi . Esta última solución mostró una importante ventaja económica, ya que requería menos bombas y menor capacidad, ya que no era necesario crear vacío para todo el volumen de una gran cámara, sino solo para la precámara, una vez creado el vacío en las cámaras de proceso, que solo había que mantener en el tiempo.
Esta solución requiere bombas de menor capacidad que funcionen durante tiempos más cortos. En definitiva, un sistema más económico tanto en inversión inicial como en proceso.
La relación con Arzuffi PVD ha permitido una evolución continua de la idea inicial: hemos encontrado una voluntad de escuchar, estudiar e introducir cambios que se han revelado como mejoras a lo largo del tiempo y un servicio a la altura de nuestras expectativas. Finalmente, hace algo menos de dos años pusimos en funcionamiento este departamento, que cumple el objetivo inicial de minimizar la manipulación de piezas, generar un flujo continuo e integrado de piezas metalizadas, asegurar una capacidad de respuesta flexible a las necesidades del mercado y mantener un ritmo de producción estable y de calidad ”.
Con información de La Rivista del Colore
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