{"id":1218,"date":"2021-05-27T11:36:10","date_gmt":"2021-05-27T10:36:10","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=1218"},"modified":"2021-05-27T11:36:10","modified_gmt":"2021-05-27T10:36:10","slug":"fabricacion-de-vidrios-con-sistemas-de-inyeccion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2021\/05\/27\/fabricacion-de-vidrios-con-sistemas-de-inyeccion\/","title":{"rendered":"Fabricaci\u00f3n de vidrios con sistemas de inyecci\u00f3n"},"content":{"rendered":"\n<p>El vidrio, tambi\u00e9n llamado cristal en Espa\u00f1ol, es un material que no es muy nuevo para la humanidad. Llevamos us\u00e1ndolo varios milenios, desde el uso de la obsidiana en el neol\u00edtico(1), y despu\u00e9s de avances muy importante como la ca\u00f1a de soplado de los romanos y gran la automatizaci\u00f3n de la revoluci\u00f3n industrial, no se produjeron avances significativos en su fabricaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<p>Es muy caro de producir porque no se pueden emplear sistemas de moldeo por inyecci\u00f3n: cuando est\u00e1 muy caliente es una pasta muy poco viscosa, que no se presta bien al tratamiento por inyecci\u00f3n. Sin embargo, recientemente un grupo de cient\u00edficos han hecho un avance muy interesante: han logrado fabricar vidrio transparente usando el moldeo por inyecci\u00f3n y un post-tratamiento de calentado y sinterizaci\u00f3n(2) en hornos.<\/p>\n\n\n\n<p>Comienzan su art\u00edculo explicando la gran importancia que tienen los vidrios para la sociedad actual, pues forman parte de elementos tan importantes como las fibras \u00f3pticas y tan cotidianos como vasos y botellas. Explican despu\u00e9s que debido a los altos costes de fabricaci\u00f3n y la imposibilidad de emplear sistemas de moldeado por inyecci\u00f3n con vidrio hacen que con frecuencia se empleen pl\u00e1sticos para lentes peque\u00f1as, por ejemplo en los tel\u00e9fonos m\u00f3viles actuales, en lugar de vidrios.<\/p>\n\n\n\n<p>Sin embargo, las propiedades t\u00e9rmicas, \u00f3pticas y qu\u00edmicas de vidrios de s\u00edlice, los m\u00e1s comunes, son muy superiores a las de los pl\u00e1sticos. Claro, como el art\u00edculo comenta, para poder emplear moldeo por inyecci\u00f3n de pl\u00e1sticos, hay que tener unos 200 \u00baC, mientras que la mayor\u00eda de los vidrios se producen a temperaturas en torno a 2000 \u00baC. Esto hace no s\u00f3lo que sean dif\u00edciles de manejar, sino que la cantidad de energ\u00eda necesaria para poder fabricarlos sea tambi\u00e9n muy alta. Los autores del art\u00edculo resumen los problemas que tiene el vidrio para poder ser empleado de manera m\u00e1s masiva en dos puntos: <\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li> Su fabricaci\u00f3n exige much\u00edsima energ\u00eda y <\/li><li>no se pueden emplear t\u00e9cnicas de moldeado por inyecci\u00f3n con \u00e9l.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Para resolver este problema, los autores emplean nanopart\u00edculas de 50 a 100 nan\u00f3metros de di\u00e1metro de vidrio mezclados con termopl\u00e1sticos que emplean en un esquema de fabricaci\u00f3n similar al de moldeo por inyecci\u00f3n, donde despu\u00e9s de moldear la pieza por compresi\u00f3n, se somete a un lavado con agua y posterior tratamiento en horno.<\/p>\n\n\n\n<p>Para iniciar su proceso de fabricaci\u00f3n, necesitan un polvo adecuado. Lo fabricaron mezclando nanopart\u00edculas de s\u00edlice con dos pol\u00edmeros, uno actuando como plastificante y el otro como solvente. Despu\u00e9s de mezclar bien y retirar el solvente, el producto resultante se pudo extruir en m\u00e1quinas comerciales.<\/p>\n\n\n\n<p>Luego, lo sometieron a procesos de moldeado por inyecci\u00f3n habituales, con presiones de 700 a 1.000 bares. El resultado es lo que se suele llamar la \u00abpieza en verde\u00bb, que luego hay que limpiar usando agua a 40 \u00baC para quitar el solvente de la misma. Los autores comentan que este proceso, l\u00f3gicamente, necesita m\u00e1s tiempo seg\u00fan el grosor de la pieza, llegando en sus experimentos a necesitar 10 horas para poder hacer piezas de 10 mm de grosor. Luego, realizan un desagregamiento en esta pieza para eliminar el pl\u00e1stico mediante tratamientos t\u00e9rmico convencionales en un horno con rampas de temperatura controlada, donde la temperatura m\u00e1s alta que necesitaron fue de 600 \u00baC. El \u00faltimo paso es la s\u00edntesis final en un horno  de alta temperatura a 1.300 \u00baC en vac\u00edo. Parece mucho, pero la temperatura  a la que normalmente se produce el vidrio es superior a 2.000 \u00baC, con lo que este m\u00e9todo presenta ventajas relevantes, como ya se coment\u00f3 antes.<\/p>\n\n\n\n<p>Todo el proceso hasta la consecuci\u00f3n de la pieza final est\u00e1 resumida en la siguiente figura:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"484\" height=\"551\" src=\"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/files\/2021\/05\/vid-01.png\" alt=\"Proceso de fabricaci\u00f3n de piezas de vidrio con moldeo por inyecci\u00f3n.\" class=\"wp-image-1220\" srcset=\"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-content\/uploads\/sites\/236\/2021\/05\/vid-01.png 484w, https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-content\/uploads\/sites\/236\/2021\/05\/vid-01-264x300.png 264w\" sizes=\"auto, (max-width: 484px) 85vw, 484px\" \/><figcaption>Las diversas etapas del proceso. De arriba a abajo, se observan la mezcla, su posterior plastificado y uso en el moldeo por inyecci\u00f3n, la desagregaci\u00f3n y sintetizado final. A la izquierda est\u00e1n dibujos de la estructura interna de los materiales, y a la derecha fotograf\u00edas reales de los mismos. De la fig.<span class=\"has-inline-color has-dark-red-color\"> 1<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Para comprobar si su material pod\u00eda emplearse directamente en m\u00e1quinas comerciales, hicieron pruebas con diversas formas, algunas de ellas francamente complicadas como muestra la figura m\u00e1s abajo, y comprobaron que pod\u00edan llegar a obtener piezas peque\u00f1as con un tiempo total de fabricaci\u00f3n de aproximadamente 5 horas por pieza. Adem\u00e1s, al usar esta m\u00e1quina pudieron fabricar una gran cantidad de componentes y formas geom\u00e9tricas, sin posterior pretatratado de la superficie m\u00e1s all\u00e1 de las etapas de desagregamiento y calentado. De hecho, comentan en un momento posterior del art\u00edculo que la rugosidad media de sus piezas es de 3,8 nm.<\/p>\n\n\n\n<p>Hacen notar despu\u00e9s que todas las ventajas del moldeado por inyecci\u00f3n se mantienen, de tal forma que este nuevo m\u00e9todo de manejo del pl\u00e1stico permite la fabricaci\u00f3n de micro componentes en vidrio que tiene varios usos. Como ejemplo, usaron lentes de Fresnel, un  elemento muy empleado en comunicaciones \u00f3pticas. Adem\u00e1s, fabricaron tambi\u00e9n peque\u00f1as cubetas de vidrio que pueden emplearse para su uso en sistemas de microfluidos, con aplicaciones potenciales muy interesantes.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"618\" height=\"330\" src=\"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/files\/2021\/05\/vid-02.png\" alt=\"Piezas moldeadas y su versi\u00f3n final.\" class=\"wp-image-1225\" srcset=\"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-content\/uploads\/sites\/236\/2021\/05\/vid-02.png 618w, https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-content\/uploads\/sites\/236\/2021\/05\/vid-02-300x160.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 709px) 85vw, (max-width: 909px) 67vw, (max-width: 984px) 61vw, (max-width: 1362px) 45vw, 600px\" \/><figcaption>Piezas moldeadas y su versi\u00f3n definitiva. La figura A presenta las piezas moldeadas, la B algunas de las piezas ya vitrificadas y la c muestran la capacidad de tintar los vidrios empleados. Las barras de escala tienen 10  mm. De la figura <span class=\"has-inline-color has-dark-red-color\">3<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Al emplear directamente este sistema de fabricaci\u00f3n comprobaron que la reproducci\u00f3n del molde por parte de la pieza es tan buena, que la presencia de imperfecciones en el molde es determinante en la calidad de la pieza final, algo bien conocido en este tipo de sistemas de fabricaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<p>Concluyen el art\u00edculo diciendo que el nuevo esquema de fabricaci\u00f3n del vidrio que ellos proponen podr\u00eda dar lugar a un salto en el empleo del vidrio, un material con muchas ventajas sobre el pl\u00e1stico, avanzando as\u00ed en sistemas de econom\u00eda que necesiten menos recursos energ\u00e9ticos del planeta. Quiz\u00e1s esto sea una visi\u00f3n muy optimista que no tiene en cuenta que tan pronto como una tecnolog\u00eda es lo suficientemente barata, su uso se generaliza tanto que el consumo final de energ\u00eda aumenta. Pero est\u00e1 claro que es un avance magn\u00edfico aumentar nuestro arsenal de t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n con el a\u00f1adido del moldeo por inyecci\u00f3n al vidrio.<\/p>\n\n\n\n<p>El art\u00edculo se publiuc\u00f3 en la revista Science, vol. 372: <a href=\"https:\/\/science.sciencemag.org\/content\/372\/6538\/182\">High-throughput injection molding of transparent fused silica glass<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Notas:<\/h4>\n\n\n\n<p>(1) En este blog lo explican muy bien: <a href=\"https:\/\/franquihogaronline.com\/historia-del-vidrio\/\">Historia del vidrio<\/a>.<\/p>\n\n\n\n<p>(2) La sinterizaci\u00f3n consisten en el fundido por calor de las part\u00edculas que forman un agregado, d\u00e1ndole una mayor estabilidad estructural y generalmente mejores propiedades a la pieza que se somete a este proceso. Se emplean para la fabricaci\u00f3n de piezas en dos partes, con una primera parte donde se realiza un moldeado y compresi\u00f3n desde polvo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>El vidrio, tambi\u00e9n llamado cristal en Espa\u00f1ol, es un material que no es muy nuevo para la humanidad. 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