Estudo da tecnologia laser na reparação de defeitos em louças cerâmicas

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo aplicar a tecnologia laser para desenvolver um método alternativo à correção de defeitos em peças cerâmicas fabricadas pela empresa Sanindusa. No tratamento tradicional, a empresa recorre ao recozimento da totalidade da peça cerâmica com o objetivo de reparar defeitos com dimensões reduzidas, na ordem dos mm2, estando associados elevados consumos energéticos. Neste trabalho é apresentado um estudo recorrendo à tecnologia laser de CO2. Numa primeira fase do trabalho foi estudado o efeito da radiação laser no vidrado base usada pela Sanindusa como material de reparação, variando potências, áreas de interação da radiação laser e tempos de tratamento. O estudo realizado permitiu definir os parâmetros que conduzem ao melhor resultado: 55W com um tempo de interação de 6:40min. No entanto, com o aumento da área de interação, verificou-se uma melhor homogeneização entre as superfícies do vidrado base com o vidrado da peça, verificando-se que os melhores resultados eram obtidos para 70W com área de interação de 56,75mm2. Não obstante estas condições conduzirem a resultados promissores, todas as situações conduziam ao desenvolvimento de uma fissura circular em torno do defeito, resultante dos elevados gradientes térmicos causados pela radiação laser. Foi então explorado o uso de uma mesa elevatória que permite variar a área de interação durante o ciclo de tratamento. Verificou-se que para uma diminuição da área com velocidades de 0,2 e 0,3 mm.s-1, era possível reduzir o aparecimento de fissuras no seu interior e que a fronteira entre o defeito e o vidrado da peça era ainda mais homogénea. No entanto, como a fissura circular continuava a surgir, realizou-se um novo estudo recorrendo a novos materiais com o objetivo de reduzir a potência laser necessária para fundir o material e desse modo reduzir as tensões térmicas. Os materiais estudados além de não permitirem reduzir significativamente a potência do laser também não mostravam compatibilidade com o vidrado da peça cerâmica, ao contrario do que acontecia com o vidrado base. Com o objetivo de encontrar uma nova solução, foi desenvolvido um sistema que permite acoplar uma lâmpada de radiação infravermelha ao sistema laser, de forma a minimizar os gradientes térmicos causados pelo laser no tratamento com o vidrado cerâmico. O estudo efetuado com este novo setup, permitiu reduzir a potência do laser necessária ao tratamento para valores da ordem dos 60W e mostrou, que as fissuras circulares eram efetivamente minimizadas.

This dissertation aims to use laser technology to develop an alternative correction method for ceramic defects in Sanindusa’s products. Traditionally, the company completely re-fires the ceramic piece in order to correct small defects with only a few mm2. This represents an high energy consume. This dissertation presents a study based on CO2 laser technology. Firstly, the effect of the laser radiation on a base glaze used by Sanindusa was studied, with variations in power, areas of radiation interaction and duration. The study allowed to define the parameters that lead to the best result: 55W with a period of interaction 6:40min. However, in a larger interaction area, a better homogenization between the surface of the base glaze and the piece’s glaze was found. This means that the best results were found for 70W in an interaction area of 56,75mm2. Despite these conditions showing promising results, all situation led to the development of a circular crack around the defect, consequence of the elevated thermal gradients caused by laser radiation. The use of an elevator table that allows variation in the interaction area during the cycle of treatment was then explored. It was observed that, for a reduction of the area with speeds of 0,2 and 0,3mm.s-1, it was possible to reduce the cracks in the interior and that the frontier between the defect and the glaze was even more homogenous. However, since the circular crack continued appearing, a new study was done using new materials with the purpose of reducing the laser power necessary to melt the material and reduce thermal tensions. Besides not allowing to significantly reduced the laser power, the studied material not shows compatibility with the ceramic piece’s glaze, unlike what happened with the base glaze. In order to find a new solution, a system was developed and add an infrared radiation lamp to the laser system. This would minimize the thermal gradients caused by the laser treating the ceramic glaze. This new setup allowed to reduce the laser power to values around 60W and shows that the circular cracks were effectively minimized.