Los resortes flexibles de metal grabado mejoran el rendimiento del criocooler espacial de Thales

Grabado fotoquímico: conceptos básicos

Aunque el grabado químico es una tecnología de mecanizado que lleva más de cincuenta años en uso, sigue siendo un proceso relativamente poco conocido, y su aplicación práctica en diversos entornos de fabricación con una gama de materiales cada vez más amplia es uno de los secretos mejor guardados de la industria.

Aunque a menudo se considera erróneamente que se trata simplemente de una tecnología de prototipado, el grabado fotoquímico es, en realidad, un proceso de mecanizado de metales versátil y cada vez más sofisticado, capaz de fabricar en serie piezas y componentes metálicos complejos y con gran cantidad de detalles.

Mediante el uso de fotorresist y agentes de grabado para mecanizar químicamente con precisión las áreas seleccionadas, el proceso se caracteriza por la conservación de las propiedades del material, la obtención de piezas sin rebabas ni tensiones, con perfiles limpios y sin zonas afectadas por el calor.

Si a esto le sumamos que el grabado químico utiliza plantillas digitales fáciles de reproducir y de bajo coste, ofrece una alternativa de fabricación rentable, de gran precisión y rápida frente a las tecnologías de mecanizado tradicionales.

Más de medio siglo de innovación en el grabado

Con varias décadas de experiencia en el sector, Precision Micro no deja de ampliar los límites de lo posible en el grabado químico, logrando avances en la química de los agentes de grabado, ampliando el proceso para abarcar más metales y aumentando la precisión.

Es precisamente esta posición de liderazgo la que llevó a Thales a asociarse con Precision Micro para la fabricación de resortes flexibles utilizados en aplicaciones de refrigeración de larga duración, incluidas las destinadas al sector espacial.

Thales Criogenia

Thales Cryogenics B.V. se fundó en el año 2000, aunque sus orígenes se remontan a finales de la década de 1940, cuando era un departamento del proveedor de equipos de alta tecnología Signaal USFA.

En la actualidad, es una empresa líder en el desarrollo y la fabricación de equipos criogénicos especializados, con oficinas y plantas de producción ubicadas en los Países Bajos.

Su especialidad consiste en ofrecer la gama más completa de productos criogénicos para aplicaciones militares, civiles y espaciales.

Desarrollo de un resorte de flexión para un refrigerador criogénico

La importancia crucial de este componente fue determinante a la hora de elegir el proceso de grabado fotoquímico de Precision Micro como método de fabricación preferido.

No hay entorno más extremo que el espacio, que exige que las piezas y los componentes no solo funcionen según lo previsto, sino que lo hagan durante un periodo prolongado.

Como proceso de fabricación, el grabado químico tiene una característica fundamental que lo distingue de otras técnicas: en lo que respecta a la integridad de las piezas, no afecta ni degrada las propiedades del material.

Cómo eliminar las rebabas y las capas de refundición

El resorte de flexión específico utilizado en el enfriador criogénico se había mecanizado inicialmente mediante electroerosión por hilo, pero este proceso dejó pequeñas rebabas en las piezas y capas de fundición que podían comprometer su rendimiento.

Además, el proceso resultaba costoso, sobre todo cuando era necesario un tratamiento posterior adicional para eliminar las rebabas.

Precisión, repetibilidad y conformidad

Aunque el coste es una preocupación constante a la hora de evaluar las tecnologías de fabricación, en la fabricación de piezas especializadas y de alta criticidad, este puede quedar en segundo plano frente a la garantía de calidad, la repetibilidad y la conformidad.

Estas consideraciones fueron fundamentales para garantizar la fiabilidad y la vida útil de los refrigeradores LSF y LPT de Thales, que la empresa fabrica para diversos clientes con el fin de refrigerar sistemas de sensores de alta sensibilidad, como detectores de rayos gamma, detectores para visión nocturna térmica y detectores de espectroscopia infrarroja destinados a satélites.

Garantizar un desgaste mínimo o nulo durante el funcionamiento

Dado que estos refrigeradores lineales contienen pistones que se mueven hacia adelante y hacia atrás a unos 50 Hz, es fundamental montarlos sobre un resorte de flexión con rigidez radial y baja rigidez axial para garantizar un funcionamiento sin contacto, ya que así se asegura que el desgaste durante el uso sea mínimo o nulo.

Thales Cryogenics comprobó que las piezas curvadas fabricadas mediante el proceso de grabado químico cumplían estos exigentes requisitos y conservaban sus propiedades incluso tras un funcionamiento continuo.

La pureza del metal especial utilizado en la pieza flexionada fue fundamental para garantizar que se eliminaran los posibles puntos de fractura en el grano.

Esto solo fue posible gracias a la precisión y la ausencia de tensiones propias del grabado químico, así como a la amplia experiencia de Precision Micro en el grabado de metales.

Conclusión

El grabado fotoquímico resulta ideal para aplicaciones en las que se requieren piezas pequeñas, precisas y complejas, con gran cantidad de detalles, sin rebabas y sin alteraciones en el metal debidas a tensiones.

El uso de herramientas digitales en el grabado químico garantiza una creación de prototipos rápida y económica que no requirió una nueva validación en la fase de producción.

En el caso de los resortes flexibles fabricados para el enfriador de satélites de Thales Cryogenics, la combinación de todas estas características hizo que el grabado fuera el proceso de fabricación elegido para esta aplicación especialmente crítica y exigente.