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El instituto alemán impulsa nuevas tecnologías de procesado láser para fabricar recubrimientos industriales más sostenibles, duraderos y libres de PFAS, con aplicaciones en sectores como la automoción, el envasado, la industria del papel o la tecnología médica.
El Instituto Fraunhofer para Tecnología Láser (Fraunhofer ILT) está avanzando en el desarrollo de nuevos procesos de fabricación basados en tecnología láser para la obtención de recubrimientos funcionales industriales, una línea de investigación orientada a sustituir materiales que contienen sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) por alternativas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.
La iniciativa responde al creciente interés de la industria por incorporar soluciones que permitan mantener las prestaciones técnicas de los recubrimientos avanzados —como la resistencia al desgaste, la baja adherencia o la protección frente a agentes químicos— sin recurrir a los denominados "químicos eternos", cuya futura restricción normativa en Europa está acelerando la búsqueda de nuevos materiales y procesos productivos.
Fraunhofer ILT está aplicando diferentes tecnologías de procesado láser para desarrollar recubrimientos funcionales con un elevado nivel de precisión y un impacto térmico muy reducido sobre el sustrato.
Entre ellas destacan técnicas como el Extreme High-Speed Laser Material Deposition (EHLA), capaz de generar capas funcionales con alta productividad para protección frente al desgaste y la corrosión, así como procesos de funcionalización superficial mediante láser que facilitan la integración de nuevas propiedades sobre componentes industriales.
Estas tecnologías permiten fabricar recubrimientos de alta calidad con menores consumos energéticos y una mayor eficiencia en el uso de materiales, además de facilitar su integración en líneas de producción industriales.
Uno de los proyectos más relevantes impulsados por el instituto es RePEEK, centrado en el desarrollo de recubrimientos de alto rendimiento basados en PEEK (polieteretercetona) como alternativa a los sistemas convencionales que incorporan PFAS.
Paralelamente, el proyecto LEMBAS trabaja en un innovador proceso de recubrimiento por láser para componentes elastoméricos destinados a industrias como el envasado, la fabricación de papel, la producción de films, los productos higiénicos o la tecnología médica. El objetivo es sustituir los actuales recubrimientos de silicona y PTFE por materiales de altas prestaciones libres de PFAS, con mayor resistencia al desgaste y una vida útil significativamente superior.
Según Fraunhofer ILT, el empleo del láser permite generar temperaturas muy elevadas de forma localizada y durante periodos muy cortos, evitando daños térmicos sobre los materiales base y haciendo posible la aplicación de nuevos polímeros funcionales sobre superficies sensibles.
Los procesos desarrollados por el instituto alemán están dirigidos a una amplia variedad de aplicaciones industriales, entre ellas componentes para automoción, maquinaria, herramientas, envases, equipos médicos y sistemas de producción donde la resistencia química, la baja fricción o las propiedades antiadherentes resultan críticas.
"A primera vista, sustituir los PFAS parece sencillo: eliminar un material problemático y sustituirlo por otro", afirma el Dr. Samuel Moritz Fink, director del Grupo de Procesamiento de Películas Delgadas del Fraunhofer ILT. "Sin embargo, en la práctica, el reto es mucho más complejo. Los materiales que contienen PFAS se utilizan a menudo precisamente allí donde los componentes sufren las mayores cargas mecánicas".
Además de eliminar el uso de PFAS, estas soluciones pretenden reducir el empleo de disolventes, disminuir el consumo energético de los procesos de fabricación y prolongar la vida útil de los componentes, contribuyendo así a mejorar la sostenibilidad de la producción industrial.
"No consideramos las alternativas a los PFAS simplemente como una cuestión de materiales", afirma el Dr. Christian Vedder, director del Departamento de Tecnología de Superficies y Ablación del Fraunhofer ILT. "Nuestra investigación se centra en procesos de fabricación basados en láser que nos permiten crear sistemas de recubrimiento innovadores de forma selectiva".
"Hoy en día, el PEEK se aplica a menudo a componentes de gran tamaño, ya sea en forma de película o de polvo que posteriormente se fija mediante calor", explica Samuel Fink. "Ese enfoque puede funcionar bien para componentes pequeños. Sin embargo, con piezas metálicas que pesan varias toneladas, la cosa se complica mucho más. Hay que calentar todo el componente en un horno a una temperatura elevada y, a continuación, enfriarlo lentamente".
Paralelamente, en el proyecto pureWaterSeal, investigadores de los Institutos Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT) y de Mecánica de Materiales (IWM) están desarrollando juntas sostenibles que eliminan la necesidad de utilizar PFAS y funcionan con lubricantes a base de agua. El proyecto aborda dos retos medioambientales al mismo tiempo: los PFAS persisten en el medio ambiente de forma indefinida, mientras que los lubricantes a base de aceite contaminan el suelo y el agua.
"En Alemania se consumen alrededor de un millón de toneladas de lubricantes a base de aceite cada año", afirma Matthias Laermann, jefe del equipo de Estructuración de Superficies del Fraunhofer ILT. "Un solo litro de aceite puede contaminar hasta un millón de litros de aguas subterráneas. Las consecuencias incluyen suelos contaminados, suministros alimentarios contaminados y ecosistemas dañados. Estamos desarrollando soluciones que abordan ambos retos simultáneamente".
Los primeros prototipos ya están en funcionamiento en bombas utilizadas en centrales geotérmicas. Junto con socios industriales, los investigadores están adaptando ahora las juntas para otras aplicaciones, entre las que se incluyen los turismos, las hélices de barcos, los aerogeneradores y la maquinaria agrícola. Al mismo tiempo, el equipo se está preparando para ampliar la tecnología a sistemas más grandes y a la producción industrial.
Con estos desarrollos, Fraunhofer ILT continúa reforzando el papel de las tecnologías láser como herramienta clave para la fabricación avanzada de superficies funcionales, combinando innovación, eficiencia productiva y cumplimiento de los nuevos requisitos medioambientales que marcarán el futuro de los recubrimientos industriales.
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