Dificultades para fabricar prototipos de difusión de luz

Elon Musk dijo una vez: «Si no fabricas cosas, no hay cosas». Es algo tan sencillo de decir, pero tan cierto. Como fabricante especializado en prototipado, hemos fabricado muchas «cosas», todo tipo de «cosas» de cada industria imaginable. Estamos muy orgullosos de decir que hemos adquirido mucha experiencia en la fabricación de muchas piezas. Sin embargo, hemos tenido nuestra buena dosis de ensayo y error. 

Este artículo trata principalmente de la dificultad de imitar la propiedad de difusión durante la etapa de desarrollo del prototipo.

¿Qué es la difusión de la luz?

La definición del diccionario de difusión de la luz es «la dispersión de la luz por reflexión o transmisión». La reflexión difusa se produce cuando la luz incide sobre una superficie irregular, como una ventana esmerilada o la superficie de una bombilla esmerilada o recubierta. La luz difusa parece envolver los objetos. Es más suave y no muestra los reflejos intensos de la luz directa.

Hemos tratado con muchos clientes que quieren fabricar una pieza que difunda la luz. Detrás o debajo de la pieza, a menudo hay una fuente de luz LED. A veces la pieza es de material blando con cierto requisito de dureza. A veces el material es plástico duro.

Cómo fabricar piezas que emitan luces de difusión

Para hacer que una pieza de plástico difunda la luz, una forma común es añadir un agente de difusión de luz dentro de la pieza de plástico durante el proceso de moldeo por inyección o de fundición al vacío.

Como puede apreciar en la foto de abajo, las «partículas finas» son lo que llamamos «agentes de difusión de luz». Estos agentes de difusión de luz suelen estar hechos de nanosulfato de bario, carbonato de calcio, sílice, etc. Al examinarlos con un microscopio, los agentes de difusión son perlas extremadamente pequeñas. La resina base puede ser PC o PMMA transparente utilizado para el moldeo por inyección, o poliuretano utilizado para la fundición al vacío.

Otra forma común de hacer que una pieza de plástico difunda la luz es recubrir un agente de difusión sobre las superficies de los plásticos.  Por ejemplo, después de fabricar una pieza transparente de PC, PMMA o poliuretano, se puede proyectar una fina capa de microesferas de vidrio (las microesferas de vidrio originales son transparentes) sobre las superficies de las piezas. En este caso, las microesferas de vidrio sirven como agente de difusión. Otro agente de difusión para este método es rociar pintura granulada transparente, como VDI36. La siguiente pieza es una pieza de PMMA transparente mecanizada por CNC. Después de pulirla hasta dejarla transparente, se aplicó pintura granulada VDI36.

La dificultad de fabricar piezas de difusión

Como podría deducir de los métodos mencionados anteriormente para fabricar prototipos de difusión, hacer que una pieza difunda es muy sencillo; la verdadera dificultad está en hacer que una pieza difunda la cantidad exacta de luz que se desea.

La anchura completa a media altura (FWHM) y el semiángulo (HA) son valores que se utilizan generalmente para cuantificar la difusión de la luz y se emplean comúnmente para describir la capacidad de difusión de luz del plástico bajo una fuente de luz. Para FWHM y HA, valores más altos significan una mayor cantidad de difusión de luz.

En un proyecto concreto que tuvimos una vez, un cliente especificó que el nivel de difusión FWHM debía ser superior a 70°. Aunque habíamos fabricado muchos prototipos imitando la posible propiedad de difusión, teníamos dificultades para conseguir que la pieza tuviera un nivel de difusión superior a 70°.

Por un lado, diferentes tonos de color, diferentes espesores de pared, diferentes estructuras, diferentes porcentajes de agentes de difusión e incluso diferentes plásticos base harán que una pieza difunda la luz de manera distinta. Por ejemplo, si hemos añadido cierta cantidad de agente de difusión al fabricar una pieza durante el proceso de fundición de uretano (o fundición al vacío) y hemos cumplido el requisito del nivel de difusión deseado por el cliente.

Entonces, el siguiente cliente tiene una pieza diferente que quiere el mismo efecto de difusión. Aunque esta pieza diferente solo se distinga en el espesor de pared, podríamos usar la misma proporción de agente de difusión que antes, pero no obtendríamos los mismos resultados de difusión que antes. Se necesitaron muchos intentos para conseguir el nivel de difusión correcto.

Al pasar a la producción en masa, el material utilizado para las piezas de producción en masa será diferente del material utilizado para los prototipos. Por ejemplo, el PC utilizado para los prototipos es material en bloque, mientras que el PC utilizado para el moldeo por inyección son granza de plástico. Aunque ambos se llaman «PC», en realidad son dos materiales diferentes. Los granos de plástico PC no tienen impurezas en su interior y son más resistentes al calor que los materiales en bloque de PC.

Además, los métodos utilizados para fabricar prototipos de PC de difusión son diferentes de los de la producción en masa (generalmente moldeo por inyección). El agente de difusión solo puede recubrirse sobre las superficies de los prototipos de PC. Mientras que en el moldeo por inyección, un agente de difusión se añade generalmente al plástico fundido durante el proceso de moldeo. Después de que las piezas salen del molde, tendrán un agente de difusión en su interior, algo que los prototipos de PC no podían lograr.

Conclusión

Para concluir, aunque no es difícil fabricar prototipos que difundan la luz, será extremadamente difícil fabricar prototipos que difundan una cantidad determinada de luz. Además, si se aplica la fórmula del agente de difusión utilizado en un prototipo, la luz difundida emitida por los prototipos y las piezas de producción en masa será diferente.