Recubrimiento láser de rodillos de prensado y rodillos de impresión
Los rodillos de prensado de la industria de la impresión y el papel trabajan bajo una presión superficial permanente, fricción y exposición química. El desgaste en la superficie del rodillo provoca pérdidas de calidad en la imagen impresa, aumento de los costos de mantenimiento y paros de producción no planificados. El recubrimiento láser ofrece un enfoque fundamentalmente nuevo para la protección superficial de estos componentes de alta exigencia. EMAG LaserTec suministra para ello sistemas de producción llave en mano que permiten el recubrimiento en serie industrial de rodillos de prensado con la máxima seguridad de proceso.
¿A qué desafíos están sujetos los rodillos de prensado en la industria de la impresión y del papel?
Los rodillos y cilindros en máquinas de impresión, papel y embalaje deben presentar una calidad superficial uniforme a lo largo de toda su longitud de trabajo. Incluso desviaciones mínimas en la topografía o rugosidad inciden directamente en la densidad de impresión, la transferencia de tinta y la homogeneidad del producto final.
Al mismo tiempo, las superficies de los rodillos están sometidas a cargas enormes: altas presiones lineales entre los pares de rodillos, desgaste abrasivo por las bandas de papel y cartón, contacto con tintas de impresión, disolventes, álcalis y aguas de lavado, así como alternancias térmicas en funcionamiento continuo. Los procesos de recubrimiento convencionales, como el cromado duro o la pulverización térmica, alcanzan sus límites en estas condiciones, ya sea por una resistencia limitada a la corrosión, micro fisuras causadas o una adherencia insuficiente al material de base.
A esto se suma la presión regulatoria: el reglamento europeo REACH restringe cada vez más el uso de compuestos de cromo (VI) en procesos galvánicos. Por ello, los operadores y fabricantes de máquinas de impresión requieren soluciones de recubrimiento que sean más eficientes, duraderas, resistentes a la corrosión y, al mismo tiempo, preparadas para el futuro.
¿Cómo funciona el recubrimiento láser de rodillos de prensado?
En el recubrimiento láser, se dirige un rayo láser enfocado se dirige sobre la superficie giratoria del rodillo. En la zona de fusión que se genera, se introduce de manera controlada un polvo metálico o alambre, que se funde y se suelda con el material base. El resultado es una capa funcional libre de poros y fisuras, que cuenta con una unión metalúrgica con el cuerpo del rodillo
El proceso de recubrimiento se lleva a cabo en una sola pasada a lo largo de toda la longitud del rodillo. Durante el proceso, la óptica se desplaza en paralelo al eje del rodillo mientras la pieza de trabajo gira, de forma similar al principio de un torno. Mediante el control preciso de la potencia del láser, el avance y el suministro de polvo, el espesor de la capa, la dureza y la topografía de la superficie pueden adaptarse con exactitud a la aplicación correspondiente.
Una característica esencial del proceso es la aportación de calor extremadamente limitada. La carga térmica se concentra en unas pocas décimas de milímetro por debajo de la superficie. De este modo, la estructura y la precisión dimensional del cuerpo del rodillo permanecen inalteradas, un factor decisivo en el caso de rodillos largos y de pared delgada, que son sensibles a la deformación.
¿Por qué el recubrimiento láser es superior a la pulverización térmica en el caso de los rodillos?
La pulverización térmica —por ejemplo, el proceso HVOF— lleva años consolidada en la industria de la impresión y el papel. Las capas generadas con este método ofrecen una buena dureza y resistencia a la abrasión. Sin embargo, el proceso presenta debilidades inherentes al sistema que cobran cada vez más importancia en aplicaciones exigentes con rodillos.
Adherencia del recubrimiento y resistencia a la fatiga
Los recubrimientos pulverizados térmicamente se adhieren al material de base mediante un enlace mecánico. Bajo cargas cíclicas —como las que se producen en los rodillos de prensado en funcionamiento continuo— esta unión puede fatigarse. La consecuencia es el desprendimiento del recubrimiento, lo que se conoce como «spalling». Las superficies recubiertas por láser, en cambio, están unidas metalúrgicamente al sustrato. Esta unión soldada resiste incluso millones de ciclos de carga sin riesgo de delaminación.
Aprovechamiento del material y rentabilidad
En la pulverización térmica, se pierde hasta un 40 % del material de recubrimiento utilizado en forma de exceso de pulverización. En el recubrimiento láser, la eficiencia del material supera el 95 %. Para los fabricantes y operadores de rodillos, esto significa: menor consumo de materias primas, menos residuos y menores costes de recubrimiento por metro cuadrado de superficie.
Porosidad y densidad superficial
Las capas de pulverización térmica presentan, debido al proceso, una cierta porosidad residual. A través de estos microporos, las tintas de impresión, los disolventes o la humedad pueden llegar al material base y provocar corrosión subyacente. El recubrimiento láser genera capas completamente densas y sin poros, que actúan como una barrera hermética frente a los medios químicos.
¿Qué conceptos de máquina ofrece EMAG para el recubrimiento láser de rodillos?
ELC 1500 LMD y ELC 2700 LMD: recubrimiento de ejes hasta 2,7 metros
La serie EMAG ELC LMD fue desarrollada específicamente para el recubrimiento de piezas de trabajo rotacionalmente simétricas. La estructura de la máquina se basa en un cabezal con accionamiento, un contrapunto eléctrico y un sistema de posicionamiento de alta precisión para la óptica del proceso. La alimentación de polvo o alambre, la fuente láser, la unidad de enfriamiento y el sistema de extracción están completamente integrados en el concepto de la instalación.
Datos técnicos de la serie ELC LMD:
| Parámetros | ELC 1500 LMD | ELC 2700 LMD |
|---|---|---|
| Longitud máxima de la pieza | 1,500 mm | 2,700 mm |
| Diámetro máximo de la pieza | 1,000 mm | 1,000 mm |
| Peso máximo de la pieza | 2,000 kg | 2,000 kg |
| Materiales de aporte | Polvo o alambre | Polvo o alambre |
Esta plataforma de máquina cubre el rango de dimensiones típico de los rodillos de prensado en la industria de la impresión y del papel. Para dimensiones especiales, EMAG desarrolla soluciones específicas para cada aplicación bajo pedido.
Sensores integrados y monitoreo del proceso
La calidad del recubrimiento se supervisa durante todo el proceso mediante sistemas de sensores integrados. Esta tecnología proviene de la producción en serie de discos de freno y fue adaptada para el recubrimiento de rodillos. El espesor de la capa, la distribución de la temperatura y la estabilidad del proceso se registran continuamente y se reajustan automáticamente si es necesario.
¿Para qué tipos de rodillos es adecuado el recubrimiento láser?
El proceso es adecuado para componentes con simetría rotacional que requieren un alto nivel de protección contra el desgaste, resistencia a la corrosión y calidad de la superficie. En la industria de la impresión y el papel, esto afecta a una gran variedad de tipos de rodillos.
01.
Rodillos de prensado y rodillos de calandria
En las secciones de prensado y calandrias, los rodillos se hacen rodar uno contra otro con una alta presión lineal. La superficie debe ser a la vez dura, lisa y resistente a la corrosión. Los rodillos con recubrimiento láser cumplen los tres requisitos en una única capa funcional.
02.
Rodillos de transferencia de tinta y rodillos anilox
Los rodillos que transfieren tinta de impresión, barniz o adhesivo requieren una topografía superficial definida. El recubrimiento láser crea una capa base homogénea que sirve como base ideal para un posterior grabado por láser o una estructuración mecánica.
03.
Rodillos de secado y rodillos de calentamiento
En las secciones de secado se alcanzan temperaturas de hasta 200 °C y más. La solicitación térmica cíclica combinada con humedad y productos químicos somete la superficie del rodillo a un estrés considerable. La capa láser de unión metalúrgica resiste estas condiciones sin desprenderse del material base.
04.
Rodillos guía y rodillos de desvío
También los rodillos con menores tensiones mecánicas se benefician del recubrimiento láser, especialmente cuando se utilizan en entornos corrosivos, como en las zonas húmedas de las máquinas de papel o en instalaciones de la industria del embalaje, en las que se emplean productos de limpieza y desinfectantes agresivos.
¿Qué ventajas ofrece el recubrimiento láser específicamente para aplicaciones en rodillos?
- Calidad de capa uniforme a lo largo de grandes longitudes
Las instalaciones de recubrimiento láser de EMAG procesan rodillos y flechas de hasta 2.700 mm de longitud y diámetros de hasta 1.000 mm. Los sistemas de sensores integrados supervisan el proceso de recubrimiento en tiempo real y garantizan un espesor y una calidad constantes de la capa a lo largo de toda la longitud del rodillo, un requisito básico para obtener resultados de impresión impecables.
- Amplia selección de materiales
Dependiendo del perfil de requisitos del rodillo, se dispone de diferentes materiales de recubrimiento. Las aleaciones a base de níquel ofrecen una excelente protección contra la corrosión en entornos químicamente agresivos. Las aleaciones a base de cobalto combinan una alta dureza con resistencia a la temperatura. Las aleaciones a base de hierro con carburos incrustados logran la máxima resistencia al desgaste. La selección del material se adapta a las condiciones de funcionamiento específicas en colaboración con el cliente.
- Bajo requerimiento de postproceso
Las superficies generadas mediante recubrimiento láser son uniformes y lisas ya en estado bruto. El proceso de rectificado posterior sirve principalmente para ajustar el diámetro final y la rugosidad superficial requerida. Se elimina en gran medida el laborioso trabajo de repaso, lo que acorta considerablemente el tiempo total de producción de un rodillo.
Preguntas frecuentes sobre el recubrimiento láser de rodillos de prensado
- ¿Es posible reaplicar recubrimiento a rodillos existentes mediante el proceso láser?
- ¿Qué valores de rugosidad superficial son alcanzables?
- ¿Cómo se comporta el recubrimiento ante cargas térmicas cíclicas?
- ¿Cómo afecta el recubrimiento láser a la estabilidad dimensional del rodillo?
- ¿Para qué tamaños de lote es económicamente viable el proceso?
Sí, el recubrimiento láser es adecuado tanto para el recubrimiento de nuevos rodillos como para la reparación de rodillos desgastados. Los recubrimientos antiguos existentes se eliminan antes del proceso láser y, a continuación, se aplica la nueva capa funcional directamente sobre el cuerpo del rodillo. La unión metalúrgica con el material base garantiza la misma calidad de capa que en un recubrimiento inicial.
Gracias a la baja aportación de calor durante el recubrimiento láser, se crea una capa con tensiones internas mínimas. La unión metalúrgica con el material base garantiza que el recubrimiento no se desprenda del sustrato, incluso tras ciclos de temperatura repetidos. La pulverización térmica ofrece menos seguridad en este sentido, ya que la unión mecánica puede fatigarse bajo cargas térmicas cíclicas.
La aportación de calor en el recubrimiento láser es tan baja que no se produce ninguna deformación apreciable en el cuerpo del rodillo. Esto supone una ventaja decisiva, especialmente en rodillos largos y de pared delgada, frente a procesos con mayor aportación de energía térmica, como la pulverización por plasma.
Las instalaciones de recubrimiento láser de EMAG están diseñadas tanto para piezas individuales como para la producción en serie. Gracias al alto grado de automatización y a los cortos tiempos de ciclo, la instalación se amortiza ya con cantidades medias de piezas. Para las empresas que ofrecen el recubrimiento de rodillos como servicio, el proceso abre además nuevas áreas de negocio.
