Método de tratamiento por láser de la superficie de placas de granito o similares.
Objeto de la invención
La invención se refiere a un método de tratamiento de placas de granito, mediante aplicación de una radiación láser, permitiendo modificar superficialmente placas de granito para su utilización tanto en fachadas como en pavimentos, obteniéndose un acabado tipo abujardado, es decir una superficie con acabado rugoso que da la sensación de ser más rústico y natural.
Mediante el método de la invención es posible abujardar placas de granito delgadas, con espesores menores de 20 milímetros, eliminando prácticamente el riesgo de rotura, permitiendo obtener diferentes tipos de acabado con el mismo equipo sin necesidad de cambios de herramienta.
Antecedentes de la invención
El granito se ha venido utilizando desde tiempos inmemoriales en la construcción de grandes obras públicas, de edificios, etc., aunque actualmente el granito se utiliza con gran profusión como elemento ornamental, es decir como revestimiento de fachadas de grandes edificios y como pavimentación tanto interna como urbana.
Independientemente de las diferentes etapas de manipulación del granito, hasta su acabado definitivo, los acabados utilizados con mayor frecuencia en el caso de los granitos son los siguientes:
Abujardado: es la forma más antigua de tratamiento superficial de los materiales pétreos para revestimientos exteriores y trabajos artesanales. La superficie de la roca se golpea con un martillo especial cuya cabeza está provista de pequeños dientes piramidales. Este mecanismo permite obtener distintos tamaños de grano en las superficies trabajadas. Pulido: con este tratamiento se obtiene una superficie brillante debido al alto grado de cristalinidad de los granitos a los que se aplica. Aserrado: es el acabado que se obtiene por medio del empleo de telares para el aserrado de los bloques. La superficie queda marcada con surcos paralelos producidos por los flejes. Flameado: sobre la superficie del granito se aplica una llama, lo cual provoca el desprendimiento de lajas y esquirlas de pequeño tamaño. Este tratamiento da a la roca un aspecto rugoso y vítreo con unos efectos cromáticos característicos y aumenta la estabilidad del granito frente a la alteración química atmosférica. En los últimos años, el empleo del granito para el revestimiento de viviendas unifamiliares o adosadas y para pavimentos (tanto en interiores como en el medio urbano,) y un cierto cambio estético en el revestimiento de grandes edificios (un cierto "cansancio" del granito pulido) ha incrementado espectacularmente la demanda de piezas con un acabado superficial rugoso.
Tal como acabamos de relatar, la alternativa al pulido de los granitos es el abujardado o el flameado ya que el acabado aserrado es, para algunas aplicaciones, demasiado basto.
El abujardado puede ser aplicado con éxito a prácticamente todas las variedades de granito y le da a la piedra un acabado más rústico y natural. Existen en el mercado dos tipos fundamentales de máquinas dedicadas a estas tareas: las abujardadoras mecánicas y las que realizan el abujardado por medio de un chorro de agua.
Las desventajas del abujardado mecánico son las siguientes:
El martilleo de las bujardas sobre la piedra introduce una cantidad enorme de tensiones en la misma que, en numerosas ocasiones, llega a romper las placas de granito. El ruido de estas instalaciones es ensordecedor (120 dB). Desprendimiento de enormes cantidades de polvo. Las máquinas abujardadoras son más caras que las meramente flameadoras. El desgaste de las bujardas es muy grande. Deben afilarse regularmente y reponerse con frecuencia. Por su parte, el flameado consiste en un tratamiento térmico de la superficie mediante mecheros de oxiacetileno aplicados a 45º de inclinación con la superficie y una temperatura de llama aproximada de 2.800ºC. Las desventajas del flameado son las siguientes:
Es un proceso bastante lento, No todas las variedades del granito pueden ser flameadas con resultados comercialmente aceptables. Es necesario un enfriamiento de la roca mediante agua inmediatamente después del paso de la llama para que ésta no estalle. Estos inconvenientes son causa de que el abujardado sea el acabado rugoso más extendido.
Recientemente se han venido desarrollando máquinas abujardadoras por chorro de agua. Estas máquinas resuelven algunos de los inconvenientes de las abujardadoras mecánicas:
Es posible abujardar placas más delgadas (de hasta 10 mm de espesor) sin que se produzca la rotura de la piedra. Reducción del ruido. Eliminación del polvo. Sin embargo las abujardadoras por chorro de agua presentan otros problemas:
El acabado no es siempre el deseado. Es preciso utilizar agua pura para evitar que se atasquen las boquillas. El coste de la máquina es mucho mayor (2-3 veces más que una abujardadora mecánica). Mayores costes de mantenimiento. Descripción de la invención
El método que se preconiza, ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, basándose en una solución sencilla pero no por ello menos eficaz, ya que se trata de la aplicación del láser para el tratamiento de una roca natural como lo es el granito.
A este respecto deben previamente realizarse ciertas aclaraciones en relación al término "granito", dado que éste, geológicamente, es una roca intrusiva de origen ígneo, de grano grueso, constituido fundamentalmente por cuarzo, feldespato y micas. Esta es una definición científica que no comprende más que a algunos granitos ornamentales, los cuales, por tanto, serían los únicos que podrían denominarse granitos "sensu stricto".
Desde el punto de vista comercial, el término "granito ornamental" o simplemente "granito" se utiliza para referirse a toda roca ígnea, con textura granitoide o porfiroide, así como a algunas rocas metamórficas de estructura análoga (gneises, etc...) ( véase por ejemplo la obra: M.Bustillo Revuelta y C.López Gimeno "Recursos Minerales". Gráficas Arias Montano, S.A. Madrid (1996)). De este modo, la definición comercial de granito abarca no sólo a las rocas consideradas geológicamente como granitos (Rosa Porriño, variedades silvestres), sino a otras como gneises (Rojo Guadajira), gabros (Negro Villar), dioritas (Gris Mondariz, Negro Badajoz) etc..., hasta alcanzar más de 80 variedades explotadas tan sólo en España.
Hechas estas aclaraciones, básicamente el método del tratamiento de la invención consiste en lo siguiente:
Disposición de la placa o pieza de granito que se desea tratar sobre un soporte apropiado a sus dimensiones, en un sistema móvil, el cual estará conectado a medios de control automáticos de la posición de la pieza. Irradiación por medio de un haz láser de la placa o pieza de granito situada sobre el soporte, siendo el haz láser proveniente de un resonador láser y conducido a la zona de trabajo por medio de espejos ó de fibra óptica, dependiendo del sistema utilizado y la longitud de onda de la radiación láser. Modificación de la superficie de la pieza o placa de granito irradiada por el haz láser, pudiendo provenir dicha radiación láser de un equipo de cualquier longitud de onda, como por ejemplo, láser de CO2, de CO, de N2, de Nd:YAG, de Er:YAG, de Nd:vidrio, de Rubí, de HeNe, de HeCd, de HeHg, de Cu, de 1, de Ar, de Kr, de diodo, químicos, de excímeros, de alejandrita, de esmeralda, de colorante, o cualquier otro tipo de láser. La condición primordial que se requiere es que la densidad de potencia alcanzada sobre la pieza de granito sea suficiente, por lo que los láseres más adecuados son los de CO2, de CO, de Nd:YAG o de diodo.
En el método se contemplan tres posibilidades en cuanto al ángulo de incidencia del láser, perpendicular, con ángulo fijo con respecto a la normal y con modificación continua del ángulo; con la particularidad de que dependiendo de la naturaleza del granito es aconsejable el empleo de un fluido refrigerante, inmediatamente después del tratamiento con el láser, y entre los que pueden citarse el N2, Ar, He, Ne, CO2, O2, aire comprimido, etc., o algún líquido como agua, N2 líquido, o algún líquido orgánico.
Igualmente, después del tratamiento con el láser puede ser necesario realizar un cepillado de la superficie de la placa de granito para eliminar granos parcialmente desprendidos, pudiendo realizarse ese cepillado mediante cepillos metálicos circulares o lineales.
El abujardado o tratamiento propiamente dicho se realiza moviendo o bien la placa o pieza de granito frente al haz láser, o bien el haz láser con relación a la placa o pieza de granito, de manera que debido a la gran masa de los tableros comerciales de granito, es preferible realizar un movimiento del haz láser manteniendo la placa estacionaria, todo ello con el fin de que el haz láser realice un barrido de la superficie de la placa o pieza de granito, en la aquellas zonas en las que se desee obtener una transformación del estado de su superficie.
También se ha dicho que la incidencia del láser puede ser normal a la superficie de la placa de granito o formando un cierto ángulo con ella, de modo que variando este ángulo puede modificarse el tipo de acabado superficial, pudiendo incluso realizarse una modificación continua de ese ángulo de incidencia, obteniéndose un acabado superficial diferente del que se obtiene manteniendo la orientación del haz fija.
El método referido supone una considerable mejora en las condiciones de trabajo del operario que debe procesar las placas de granito, eliminándose en gran medida los contaminantes acústicos y ambientales que se padecen durante el abujardado de las placas de granito, por los métodos tradicionales.
Más concretamente, entre las ventajas derivadas del método de la invención pueden citarse las siguientes:
Es posible realizar el tratamiento de placas de granito delgadas, con espesores menores de 20 mm, eliminando prácticamente el riesgo de rotura. Es posible obtener diferentes tipos de acabado con el mismo equipo, sin necesidad de cambio de herramienta. Se reduce drásticamente el ruido producido durante el procesamiento, en comparación con el método más utilizado, como es el abujardado mecánico. La pieza o placa de granito no sufre desgaste ni corrosión, al no establecerse contacto alguno entre la pieza y la herramienta, por lo que no es necesario afilar ni reemplazar dicha herramienta. Se eliminan las vibraciones de la placa de granito de que se trate, reduciendo igualmente la cantidad de polvo desprendido al ambiente. En cuanto al tratamiento propiamente dicho, puede realizarse directamente después de la extracción del bloque de la cantera, aunque los mejores resultados se obtienen una vez la placa o pieza de granito ha sido cortada al espesor deseado.
Ejemplo práctico de ejecución
Se realizó experimentalmente un abujardado mediante haz láser de placas de granito de la variedad "rosa porriño", siendo éstas abujardadas por medio de un láser de diodo de alta potencia (l = 940 nm) trabajando en modo continuo, con un sistema óptico de distancia focal 100 mm, focalizando sobre la superficie de la placa, en incidencia normal, sin aporte de gas alguno y con una potencia de 900 W. Con estas condiciones se abujardó la superficie de las placas de granito referidas a una velocidad de 10 mm/s, no siendo necesario el empleo de fluido refrigerante.
Se obtuvieron distintos tipos de acabados sobre la misma pieza sin necesidad de cambiar de equipo o de herramienta, habiendo sido necesario modificar únicamente los parámetros de procesamiento.
Cabe destacar el hecho de que puede realizarse una variación de modo continuo de dichos parámetros de procesamiento (potencia, frecuencia, ancho de pulsos, distancia focal, velocidad relativa haz/pieza) sin necesidad de parar el proceso de abujardado, obteniéndose acabados superficiales que varían en la pieza de granito de forma gradual.
