24 de octubre de 2016

Nuevo rol para los convertidores

Los procesos de fabricación actualmente usados son necesarios para desarrollar nuevos interesantes conceptos de productos . ¿Qué estaremos produciendo en el futuro?

La tecnología de procesos actualmente en uso rutinario en la industria de conversión desempeñara un papel clave en la comercialización de varios conceptos avanzados de productos de alta tecnología actualmente en desarrollo. Entre ellos se encuentran las celdas de combustible, paneles solares, reflectores térmicos solares, sistemas electrónicos avanzados, los chips RFID, sistemas de seguridad y dispositivos médicos. Un requerimiento esencial para el desarrollo e implementación exitoso de estos productos es un proceso de fabricación de bajo costo, alta calidad, comercialmente efectivo.

Uno de los principales barreras para la comercialización de algunos de estos productos (celdas solares y pilas de combustible) es que los productos de primera generación fueron fabricados sobre la base de un proceso de lámina. Este proceso de lámina puede ser costoso, y no es versátil, ya que restringe el desempeño del producto mediante limitando los materiales que se pueden usar para obtener la funcionalidad del producto deseado.

Otras limitaciones son que el proceso de lámina limita el tamaño y la forma del producto, y los costos son altos. Continuar con el proceso de fabricación de lámina reduciría el éxito comercial de estos productos considerablemente debido a los altos costos, limitaciones de uso del producto, y la incapacidad de satisfacer la demanda prevista.

Sin embargo, el proceso de conversión de bobina produce una amplia variedad de productos (véase la tabla). Esto se logra mediante la utilización de varias tecnologías especializadas, lo que permite que realizan una variedad de funciones para convertir materias primas en productos terminados. Estas tecnologías también se resumen en la tabla.

Las tecnologías son flexibles y pueden adaptarse para desarrollar nuevos productos y permitir un proceso eficaz. Esta flexibilidad también presenta nuevas oportunidades para los negocios existentes de conversión, puesto que ya tienen la tecnología y el 'hardware' para estos nuevos productos. También es una ventaja para los desarrolladores de productos, ya que los procesos están disponibles para su uso inmediato.

Utilizar la tecnología de proceso por bobina tiene varias ventajas para el desarrollo y fabricación de estos nuevos conceptos de producto:
  • Es un proceso continuo basado en rollo que transportan un sustrato a través de varios pasos para tratar y añadir capas al sustrato, por tanto produciendo productos funcionales. El proceso no se basa en procesamiento de láminas. Son posibles corridas largas de producción , resultando en costos bajos y que tienen el potencial para una productividad muy alta.
  • Una amplia variedad de sustratos flexibles - folios, papel y plástico - con un rango de espesores de sustrato que se pueden procesar. Una amplia selección de soportes se pueden utilizar para optimizar los nuevos productos. Además, se pueden acomodar una amplia gama de anchos de sustrato para dar flexibilidad en el diseño final del producto .
  • Una amplia variedad de estructuras de productos se pueden fabricar en una planta.
  • La capacidad de usar y manufacturar sustratos flexibles permite estructuras de producto no planas.
  • Los actuales procesos de impresión y aplicación de recubrimiento - grabado, chorro de tinta (ink jet), cabezales ranurados, rodillo en reversa, flexografía, etc. - se puede usar para aplicar capas activas, como las capas de absorción de luz en células solares, antenas RFID, cátodo, un ánodo y capas de separación en las baterías de compartimientos, y polímeros conductivos electro luminiscentes en diodos emisores de luz orgánicos. Los procesos de impresión y recubrimiento son esencialmente el mismo proceso en que se aplica una capa de sustrato. La diferencia es que la impresión se aplica formas delgadas, discretas, como las letras del alfabeto y los códigos de barras, mientras el recubrimiento se aplica generalmente como una capa continua.
  • El proceso de recubrimiento se puede aplicar en una amplia gama de recubrimientos de composiciones orgánicas o inorgánicas, usando solventes, agua, o termofundibles.· 
  • Una gama de espesores de recubrimiento en húmedo 0,1-750 micrones se pueden aplicar con uniformidad de recubrimiento de ± 1% a ± 10%.
  • Se pueden preparar capas múltiples para optimizar el desempeño del producto.
  • Los elementos de hardware de proceso están disponibles comercialmente y se pueden modificar para satisfacer los requerimientos del cliente. Las unidades de producción puede producir una amplia gama de volúmenes, desde bajos volúmenes de 1 a 2 millones m2 /año hasta grandes volúmenes de 10 a 50 millones m2/año.
  • Hay equipos recubridores de laboratorio disponibles para preparar productos en la fase de I + D, y los problemas de ampliación son bien conocidos y de fácil manejo.
  • Los elementos del proceso son procesos independientes y funcionan independientemente. Por lo tanto, sólo los esenciales pueden ser incluidos en el nuevo proceso.
  • La tecnología de control de proceso, inspección en línea, y la medición de peso de recubrimiento están disponibles para proporcionar una excelente sensibilidad y costos razonables.
Celdas Solares
El desarrollo de la tecnología de celdas solares para generar electricidad a partir de la luz del sol es un buen ejemplo del uso del proceso de conversión de bobina para mejorar el producto y desarrollar un proceso de manufactura comercial de bajo costo. Ha habido tres generaciones de células solares.

La primera generación fue de silicio depositado sobre una oblea. Esta generación fue una aplicación limitada debido a altos costos de producción, la baja eficiencia del capital, y una mala relación de de costo/desempeño.

Los productos de segunda generación han reducido los costos de producción y mejorado el desempeño. Este proceso utiliza la deposición al vacío para depositar una gran variedad de materiales, es decir, teluro de cadmio y silicio amorfo, en sustratos de vidrio en capas mucho más delgado que los productos de primera generación. Ellos tuvieron un desempeño mejorado y costos, pero aún fueron caros debido a los altos costos de material y tiempos largos de aplicación de revestimiento que limitaron la comercialización y la aplicación.

Los productos de tercera generación se producen utilizando tecnología de proceso de conversión de bobina. Los rollos de sustrato son transportados a través de un recubridor, que aplica el fino recubrimiento activo. Se utiliza un tratamiento superficial para modificar y limpiar los sustratos. Los recubrimientos de metalización se aplican cuando son necesarios, y se usan las máquinas estándar de corte y troquelado para convertir los rollos en la forma final necesaria.

Figure 1. Power Plastic Layers: Power Plastic comprises several thin layers: a photo-reactive printed layer, a transparent electrode layer, a plastic substrate, and a protective packaging layer. Copyright Konarka Power Plastic® 

La celda solar final tiene una buena eficiencia y un orden de magnitud más bajo de costo. Esta proporciona el primer metodo de generación de electricidad competitivo con el petróleo, el gas y la energía nuclear. Un ejemplo de esta tecnología es la celda solar plástica de energia Konarka, que se muestra en la Figura 1. Se está produciendo en planta de recubrimiento de la película Polaroid , que Konarka compro y que ha adaptado a una instalación de fabricación de celdas solares de bobina a bobina.

Dispositivos Médicos y mas
El uso del proceso de conversión de bobina para la fabricación de varios productos de nueva generación seguirá creciendo, presentando, a los convertidores y fabricantes de hardware, muchas oportunidades importantes. Entre los productos potenciales están los nuevos dispositivos de supervisión montados en piel y vendas para heridas que controlan la temperatura del paciente, el nivel de azúcar, la hidratación, pH, y las infecciones.

El vendaje que contiene electrónica flexible integrada, muy similar a los chips RFID, que se comunicaría las lecturas a una central receptora. El sistema de circuitos flexibles de bajo costo también podría mejorar la funcionalidad de las extremidades artificiales.

Otros productos potenciales son celdas solares de nueva generación, los sistemas de iluminación de rollos de alta eficiencia, pantallas flexibles, y sistemas de medición de falla y esfuerzo montados superficialmente para puentes y calderas de alta presión.

La clave para la implementación de estas tecnologías será para los desarrolladores de productos con los conceptos y la industria de la conversión con el proceso y hardware para comercializar estos productos, y para comunicar y aprender acerca de las necesidades de cada uno. Los requerimientos de la industria de conversión han de ser creativos, "pensar fuera de la caja," hacer algo de investigación y desarrollo, y ser buenos oyentes. Practicar estas cosas sencillas, y el futuro debe ser brillante.

Tabla

Ejemplos de productos de la industria de la conversión:
  • Libros y revistas
  • Cheques y formatos
  • Cajas de cartón corrugado
  • Medios electrónicos
  • Sobres
  • Embalaje flexible
  • Folios
  • Cajas plegables
  • Películas holográficas 
  • Etiquetas y películas para etiquetas
  • Películas despegables
  • Cintas y marbetes
  • Bandejas
Tecnologías de procesos de conversión
  • Formulación de solución de tintas y revestimientos 
  • Caracterización de soluciones 
  • Fabricación de sustratos 
  • Sistemas de transporte de bobinas
  • Enrollado y desenrollado de bobinas
  • Tratamiento superficial de sustratos
  • Revestimiento e impresión
  • Extrusión y coextrusión
  • Recubrimiento termofundible
  • Secador de choque de aire caliente, infrarrojos
  • Sistemas de enfriamiento de bobinas
  • Medición de espesores de recubrimiento, en linea
  • Inspección de calidad superficial, en linea
  • Metalización y recubrimiento al vacío
  • La reducción de tamaño, bobinas a láminas
  • Laminación
  • Aplicación de adhesivo
Edward D. Cohen es un consultor técnico de la Asociación. de Industrial Metalizadores, Barnizadoras y Laminadoras (AIMCAL).Él tiene 40 años de experiencia en investigación y tecnología de fabricación. Póngase en contacto con él en 480-836-9452; cohened146@aol.com.

Este artículo, junto con los artículos futuros por otros autores, se presenta como un esfuerzo cooperativo entre PFFC y AIMCAL.Los autores contribuyen a la oferta técnica y la educación AIMCAL, que incluyen sala de conferencias de la Asociación Técnica de otoño, la Escuela conversión, y Ask AIMCAL.

Los puntos de vista y opiniones expresadas en los informes técnicos son los del autor (s), no los de los editores de PFFC.Por favor, dirija sus comentarios al autor (s).

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