I – A FRONTEIRA DA BORDA DO FORMATO

• Fronteira significa descontinuidade. Ocorrem invariavelmente situações únicas nas fronteiras, que requerem atenção adicional bem como meios de análise adicionais.
  Na interface de materiais diferentes, as tensões de cisalhamento são candidatas inevitáveis a análise adicional.
  Nas fronteiras abruptas – sólido/líquido, ou sólido/gás – a análise transfere-se do cisalhamento para a geometria, resistência química, meteorologia, contaminação, …

  As blanquetas são compósitos de camadas, sendo os terminais metálicos a única matéria prima convencional.

• O método tradicional de corte usa uma lâmina de arrasto, implicando uma deformação local, não desprezável, no material da blanqueta.
  Ainda antes do início do corte efectivo, a borracha distorce assim que a lâmina inicia o seu percurso.
• Uma característica adicional do material da blanqueta é que um corte em linha recta produzirá duas bordas distorcidas.
  Isto é consequência da pré-tensão aplicada nos tecidos da carcaça, variável com os métodos de produção de tecidos e blanquetas.
  O nível de distorção varia consoante a direcção do corte, ao longo ou transversal aos fios do urdume. É mais facilmente detectável perto dos cantos do formato.
  Outra característica é que o valor da distorção quase não altera com as dimensões do formato.
  A distorção afecta o comportamento de impressão da blanqueta e não deve ser ignorado, nem considerado como uma fatalidade inevitável.

Alternativas de corte

• Foram consideradas várias opções de método e equipamento de corte, para alcançar a menor reacção e distorção possíveis da blanqueta.
• O método de corte escolhido consiste numa etapa de pré corte seguida da retirada de finas aparas todo-à-volta. Optimizam-se assim a esquadria e as tolerâncias dimensionais do formato.
  Optou-se pelo corte em dois estágios. A operação de pré corte é feita com a face de borracha virada para cima, permitindo fácil inspecção de defeitos.
  Em seguida, a operação de aparar as bordas pode ser conduzida em segurança virando a face de borracha para baixo. Assim se produz menor quantidade de fibrilas, mais curtas..
• No tocante ao equipamento foi decidido assistir a operação de corte com tecnologia de ultra-sons.
• A estrutura do bordo do Formato (secção transversal) pode igualmente beneficiar de procedimentos optimizados de conversão. Contribuirá assim para uma maior vida útil de impressão.

TECNOLOGIA DE ULTRA-SONS

Conjunto de Conversor (esquerda) Ressoador (centro) e Sonotrodo (direita)

As Flanges existentes nos Nodos (sem Vibração) oferecem Pontos de Fixação alternativos.

II – TECNOLOGIA DE ULTRA-SONS

Uma aplicação prática de um equipamento de ultra-sons consiste de:
• Um gerador eléctrico alimentado por uma rede com frequência de 50-60 Hz.

  Produz um sinal oscilatório de alta frequência, que se situa normalmente entre 20 e 40kHz.

• A energia elétrica oscilatória é transformada por um conversor em vibração mecânica – o ultra-som.
  O conversor é constituído por uma pilha de discos cerâmicos de titanato zirconato de chumbo com fortes características piezoeléctricas.
  Qual mola helicoidal (ao contrário de uma corda), produz uma vibração axial, cuja amplitude pode alcançar tipicamente ~ 25 µm.
• A vibração gerada pelo conversor é entregue à carga pelo sonotrodo (ou corneta). Muitas vezes a vibração que alimenta o sonotrodo é adequadamente pré-formatada por um ressoador.
• Quando se aplica uma vibração de ultra-som a um ressoador (ou sonotrodo) afinado, as suas dimensões deixam de ser constantes.
  Ocorrem variações minúsculas de comprimento à frequência aplicada, causando uma sequência de tensões estruturais, alternadamente de tracção e de compressão.
  Mesmo um defeito estrutural insignificante desenvolverá, mais cedo ou mais tarde, uma racha, e o componente deixará de funcionar.
  É por esta razão que o titânio é frequentemente preferido para fabricar tanto sonotrodos como ressoadores.
• A gama de ganhos de um ressoador é bastante limitada, enquanto a sua configuração é consequência do mesmo ganho. Já os sonotrodos podem com frequência aumentar de forma significativa a amplitude de vibração. Além disso, a configuração dos sonotrodos reflete as peculiaridades da interface com o ambiente em que os mesmos são destinados.

  As proporções dos sonotrodos requerem uma usinagem altamente especializada e conhecimento específico de projecto de ultra-sons. De facto os sonotrodos precisam de atingir picos de ressonância muito agudos.

Aplicações e peculiaridades dos ultra-sons

• A Indústria Automóvel faz amplo uso de equipamento de Ultra-sons. Um exemplo é ao soldar numa só peça os diferentes elementos de plástico colorido, para formar atraentes tampas de faróis.
• Outra aplicação corrente é na limpeza altamente exigente de superfícies metálicas, como em componentes de aeronáutica e relógios de precisão. As frequências de Ultra-sons estão largamente acima das capacidades de resposta dos fluídos. Os sólidos imersos em líquidos de limpeza podem ser objecto de cavitação.
• O vídeo clip seguinte ilustra como o sonotrodo ao vibrar cria, adjacente à sua fronteira, uma actividade substancial de vento.
  Induz prontamente pequenas ondas na água, que passa também a borbulhar após um curto lapso de tempo.

• Não obstante as oscilações do sonotrodo terem amplitude diminuta, causam reacções distintas além do limite sólido desta Fronteira múltipla, sólido-ar-água.
• Na experiência presente a ponta do sonotrodo não pode tocar na superfície da água. A energia de ultra-sons transferida directamente para a água excederia a capacidade do gerador, provocando a sua paragem.
• Os gases têm uma reacção crescentemente preguiçosa à medida que as pressões vão baixando. Tornam-se completamente incapazes de ter uma resposta pronta a frequências elevadas.
• Perto da extremidade, a lateral do sonotrodo parece “lubrificada” pela actividade intensa de vento de baixa pressão, causada pela vibração.
• A espessura do filme de ar que separa a ponta do sonotrodo da superfície da água é muito fina. É insuficiente para evitar que o distúrbio causado pela vibração do metal seja intensamente sentida na superfície da água.

III – PRESERVANDO O FACTOR DE QUALIDADE DO OSCILADOR

• Consideremos um Sonotrodo vibrando com frequência ultra-sónica, com a sua extremidade aplicada à Carga, exercendo pressão adequada.
  Origina uma sequência de impactos na interface Sonotrodo/Carga que gera uma quantidade substancial de energia térmica.
• O desempenho do sistema altamente eficiente de Ultra-Sons será afectado por qualquer modificação dimensional dos seus componentes mecânicos.

  O calor gerado na interface carga/ponta-do-sonotrodo não deverá aumentar a temperatura do sonotrodo.

• Esse resultado pode ser alcançado com refrigeração adequada. O aumento de Temperatura no “ponto quente” onde se gera o calor quase não será afectado. Mas consegue-se evitar a transmissão de calor para o corpo do sonotrodo.
• Um dispositivo de refrigeração Vortex alimentado por ar comprimido fornece uma corrente de ar gelado dirigida à ponta do sonotrodo.

  Assim se consegue preservar a máxima eficiência durante o funcionamento dos ultra-sons.

• O efeito de refrigeração pode ser escolhido da gama de equipamentos Vortex, consoante a potência disponibilizada pelo equipamento de ultra-sons.
• A afinação da válvula ajustável, na extremidade do tubo quente, previne acumulação de gelo na saída super-arrefecida do tubo Vortex.
• A escolha cuidadosa do material da ponta do sonotrodo assegura o bom funcionamento, mesmo com gradientes de temperatura muito acentuados.

Tecnologia Vortex

Motor Estacionário de Refrigeração

IV – CORTE POR IMPACTO DE ALTA FREQUÊNCIA

• Foi instalado um gerador de ultra-sons a 30 kHz numa mesa de corte de 4-eixos, comandada por um processador digital.
• A imagem apresentada no pop up mostra um sonotrodo de titânio equipado com uma lâmina metálica de metal duro.
• Durante o movimento de translação a cabeça de corte usa o princípio normal de lâmina de arraste. Porém a lâmina é assistida por ultra-sons.
  Além do movimento de translação a lâmina de corte produz mais de 60 impactos por cada milímetro de blanqueta cortada.

  A reacção da borracha a um tão elevado número de impactos bruscos torna-se essencialmente semelhante ao de um sólido rígido.
  A velocidade de cruzeiro nesta operação de corte anda em torno dos 500 mm/s.

• A velocidade de translação de corte é mais que 50 % maior do que com uma lâmina de arraste normal. Deve-se ainda notar que esta mesa tem um ruído de corte “saudável”, bem mais agudo. De facto, a reacção do compósito de borracha é agora muito mais baixa.
• Um motor estacionário Vortex dirige uma corrente de ar frio à ponta da lâmina. Evita-se assim que o calor se propague ao material do sonotrodo. A energia de fricção causada pela vibração de ultra-sons concentra-se na interface ponta-da-lâmina/material-da-blanqueta.
• Durante a operação de corte, é ainda assim atingida uma temperatura extremamente elevada na interface de corte. Esta temperatura não é suficientemente alta para afectar o desempenho da ponta de metal duro.
• Mas chega para que as delicadas fibrilas soltas dos fios do tecido de algodão encolham de modo consistente. As suas extremidades ficam ainda cauterizadas.

V – A INTERFACE TECIDO/COLA

• A montagem tradicional de barras à base de resina líquida garante uma boa resistência ao arrancamento. Porém as colagens não podem ser sujeitas ao choque.
• Outras propriedades do método tradicional de colagem são:
  Requer um ciclo de cura relativamente longo. Por segurança, os formatos de blanquetas com barras coladas devem aguardar várias horas, até dias, antes da montagem na prensa.
  Não proporciona uma colagem segura quando as barras se reduzem a simples réguas. As juntas de resina rígida suportam deficientemente esforços inter-laminares e intra-laminares como ocorrem durante a montagem da blanqueta. Designadamente, fica comprometida a segurança da operação onde se encaixam as réguas do formato no canal do cilindro.

Em busca da excelência

• Um número de alternativas foi considerado antes de decidir substituir a cola líquida por fita termo-plástica. Foi também decidido usar a tecnologia de ultra-sons na montagem de barras.
• Um equipamento Vortex dirige um jacto de ar frio glacial à interface sonotrodo/tecido da carcaça. Assim se evita eficazmente o desenvolvimento de calor tanto no sonotrodo como na blanqueta.
• Uma fita termo-plástica é ancorada com precisão ao formato numa operação assistida por ultra-sons.
  A fita é assim convenientemente mantida em posição durante as operações subsequentes de montagem e prensagem das barras.
  Uma prensa aquecida proporciona finalmente o efeito desejado de colagem barra-tecido.
• No seu percurso linear, o sonotrodo, activado pelos ultra-sons, entrega a fita termo-plástica nas bordas das pinças do formato.
• A extremidade rectangular do sonotrodo leva uma recartilha paralela para reduzir a quantidade de energia transferida para a blanqueta. O acréscimo resultante de pressão localizada também melhora a eficiência da adesão de colagem.
• São vários os parâmetros programáveis:
  – Pressão inicial aplicada pelo sonotrodo no tecido da carcaça e limites da gama de pressões.
  – Tempo de espera antes de iniciar o movimento, após o sonotrodo baixar sobre o formato.
  – Velocidade de translação do sonotrodo.
  – Intensidade de corrente eléctrica consumida pelo gerador de ultra-sons e limites da gama de correntes.
• A cada modelo de blanqueta corresponde um conjunto específico de valores dos parâmetros, incluindo o tipo de cola aplicável.
• Um processador controla a operação de aplicação semi-automática, seleccionando os detalhes de colagem pré-estabelecidos.

VI – REACÇÃO DO TECIDO À VIBRAÇÃO

• A colagem ocorre quando a vibração ultra-sónica chega à superfície livre da primeira tela de tecido, através da fita fundida.
• Consideremos o Sistema Oscilatório completo. Engloba desde o Gerador até à Carga, onde a energia vibratória à frequência de ultra-sons significa choque e fricção.
• A energia mecânica convertida pela Carga em calor reduz o Factor de Qualidade, Q, do Gerador sem Carga. O desenvolvimento de calor só achata a amplitude da oscilação, conservando as outras características essencialmente inalteradas.
• As condições de tensão pontual de cada fio do urdume determinam reacções adicionais à vibração aplicada. A tensão pontual nos fios do urdume é definida pelo grau de confinamento criado pelos fios da trama. Note-se que a tensão nunca é constante ao longo de cada fio.
• Esta energia adicional é ainda devida à reacção da Carga mas não é transformada em calor. Tem a capacidade de alterar a eficácia da energia de ultra-sons aplicada. É o segmento reactivo da reacção (ou resposta) da 1ª tela de tecido à vibração aplicada de frequência ultra-sonora.
  O ângulo de fase entre a oscilação aplicada e a resposta reactiva altera o trabalho efectivo sobre a carga “fita-de-cola/tela-de-tecido”.
  As condições de tensão pontual dos fios de urdume interferem com o efeito pretendido de colagem ao tecido.
• Quando se desenvolve uma reacção ressonante durante a aplicação da fita de cola, perde-se a estabilidade anterior de funcionamento. A reacção anterior era predominantemente activa, basicamente desenvolvimento de calor.
  Provavelmente, a energia efectivamente aplicada de ultra-sons promoverá adesão de colagem insuficiente, ou desenvolverá, pelo contrário, temperaturas demasiado elevadas. Os efeitos da alteração da reacção dos fios do urdume tem que ser compensada, aumentando ou reduzindo a potência aplicada. O ajuste dos parâmetros de colagem preserva a eficiência original da operação.

Para Além da aplicação da Fita de Colagem

• Os recursos do Painel de Controlo da mesa de aplicação de fita permitem repor facilmente a anterior eficiência de colagem. Mas os operadores têm evidência imediata que aquele lote particular de blanquetas deve ser objecto de maior atenção do CQ.
• Salta assim à vista quando um lote de blanquetas tem uma reacção diferente da habitual.
• Muito ocasionalmente, existem modelos de blanquetas (fabrico ou projecto deficiente) em que muitos lotes de fabricação precisam de ajustes significativos.

VII – TECNOLOGIA & DESEMPENHO DAS BLANQUETAS

• A lista seguinte descreve os procedimentos de produção de blanquetas usando o Manual de Conversão IberoWIN. Elenca também desenvolvimentos de tecnologia de conversão levados a cabo na Iberográfica. Têm influência substantiva na resposta à impressão e capacidade consultiva.
• O corte assistido por Ultra-sons contribui para reduzir a distorção das bordas dos formatos. Garante também de forma efectiva uma redução de absorção de líquidos pela carcaça.
• A escolha e uso judicioso de verniz de selagem das bordas também contribui para proteger a integridade estrutural da blanqueta.
• A técnica de corte em duas-etapas com a retirada final de aparas estreitas reduz o empeno das bordas das pinças. Melhora igualmente as tolerâncias dimensionais, assim como o rigor de esquadria dos formatos com barras.
  O material da blanqueta é mantido em confinamento na vizinhança imediata da linha de corte no decorrer da operação. Este cuidado exclusivo limita ainda mais a inevitável distorção da blanqueta.
• A colagem assistida com Ultra-sons proporciona um método rigoroso para usar fita de cola sólida na aplicação de barras.
• O uso de arrefecimento Vortex torna possível a aplicação da fita de colagem, preservando a integridade da estrutura da blanqueta.
  A refrigeração optimiza a eficiência do corte com ultra-sons, que dá um acabamento “semelhante-a-laser”. O corte de formatos com raio laser foi rejeitado devido à inevitável geração de gases nocivos associados à operação laser.

Controlo de Qualidade

• A conversão inclui procedimentos de Controlo de Qualidade focados na optimização dimensional, garantindo a entrega de formatos com execução profissional.
• As barras foram objecto de projecto cuidado, sem cantos nem arestas vivas, assegurando máxima aderência e blanquetas com desempenho confiável.
• A prensa de activação executa um ciclo lento de aquecimento, a temperatura moderada, melhorando a espessura de fecho das barras. Evita-se também degradação dos plastificantes da fita e da blanqueta, como acontecia ocasionalmente nas prensas quentes antigas, desenhadas para “produção-em-massa”.
• Na produção, o uso em-linha de equipamento de precisão para medição-de-espessura-de-peso-morto permite resposta pronta às necessidades mais severas dos impressores.
• Embalagem e protecção dos formatos, incluindo filme plástico para proteção contra humidade. Satisfazem as condições específicas de transporte, armazenagem e uso de cada entrega.

VIII – CONCLUSÕEs

• A pesquisa de detalhes na conversão de blanquetas deu origem a melhorias substanciais de desempenho. É o que acontece invariavelmente com a análise de qualquer problema de engenharia.
• Quando uma blanqueta exige ajustes sistemáticos para aplicar fita de colagem, também precisará de atenção adicional na preparação de trabalho.
• As reacções da Blanqueta tanto durante a colagem de fita como durante a impressão podem ter componentes ressonantes. A importância destas reacções, fontes de perturbação, varia com o projecto da blanqueta e tolerâncias de fabrico.