Tecnologia laser para limpeza de moldes de matriz polimérica

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo aplicar a tecnologia laser para desenvolver um método alternativo para limpeza da superfície dos moldes de matriz polimérica utilizados no processo de construção de pás eólicas na empresa Ria Blades SA. Tradicionalmente a empresa utiliza um processo de limpeza baseado na remoção e polimento manual dos resíduos. Este método além de moroso e dispendioso em termos de recursos humanos é muito agressivo e compromete a reutilização dos moldes. O método aqui proposto é baseado na tecnologia laser, tendo-se usado para o efeito um laser de Nd:YAG com comprimento de onda de 1064 nm em modo pulsado, acoplado a uma cabeça galvanométrica de forma a permitir um varrimento em linha do feixe laser, sendo o movimento do molde controlado por uma mesa linear motorizada. A primeira fase do trabalho consistiu no estudo da interação laser/molde, tendo sido explorados vários parâmetros de forma a garantir a preservação da superfície do molde, nomeadamente: a intensidade da corrente do laser, a velocidade de varrimento do feixe, a distância focal, a frequência do feixe, o comprimento de varrimento do feixe laser e a velocidade de deslocamento da amostra. Numa segunda fase foi estudada a interação laser/resina/molde com o objetivo de remover a resina preservando a superfície do molde. A caracterização das superfícies foi realizada por várias técnicas, designadamente perfilometria ótica, ângulo de contacto, espetroscopia de Raman, absorção, microscopia eletrónica de varrimento com espectroscopia de dispersão de energia (SEM-EDS). O estudo realizado através da análise elementar EDS e por espectroscopia de Raman permitiu verificar que não existe diferença antes e depois da interação da radiação laser com o substrato, sendo a rugosidade após a remoção da resina epoxy da mesma ordem de grandeza da superfície antes da interação com laser (Sa=0,34 m). A otimização deste estudo permitiu definir um conjunto de parâmetros adequados à limpeza deste tipo de resíduos: comprimento de varrimento do feixe laser de 1 cm; intensidade de corrente de 16A, velocidade de varrimento do feixe de 1000 mm/s, distância focal de 11,5 cm, frequência do feixe laser de 6 kHz e uma velocidade de deslocamento da amostra igual a 5 mm/s. É de salientar que este conjunto de parâmetros permite a remoção da resina por destacamento, isto é, sem promover a sua decomposição, o que é uma grande vantagem pois deste modo evita-se a formação de subprodutos tóxicos. .

The main objective of this work was to apply the laser technology to develop an alternative method to clean the surface of polymeric matrix moulds, used in the building process of wind blade in the Ria Blades SA company. Traditionally, the company use the manual polishing process to remove the materials (waste). This method takes a long time, it is expensive in terms of human resources, is very aggressive and compromises the reuse of moulds. The method proposed is based on laser technology, using a Nd:YAG pulsed laser with a wavelength of 1064 nm coupled to a scan head in a line scan. The movement of the mould is controlled by motorized linear table. The first phase of the work consisted in the study of the laser/mould interaction. Different parameters were explored namely: current intensity of laser, scan speed of pulse laser, focal distance, frequency, laser beam scan distance and speed of mould movement. In a second phase was studied the laser/resin/mould interaction to remove the epoxy resin preserving the surface of the mould. The surfaces were characterized by several techniques such as: optical profilometry, contact angle, Raman spectroscopy, absorption, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS). EDS and Raman spectroscopies allowed to verify no changes after the laser radiation on the substrate. The roughness of mould surface after remove the epoxy resin is the same order of magnitude as before laser interaction (Sa=0,34 m). The study optimization allowed to define optimal parameters to clean this type of waste: 1 cm of laser beam scan distance; 16 A of electrical current intensity, 1000 mm/s scanning speed of beam, 11.5 cm of focal distance, 6 kHz frequency and a sample speed of 5 mm/s. It should be emphasised that these parameters allow to remove epoxy resin without promoting its decomposition, this is a great advantage because it prevents the formation of toxic sub products.