Guía lineal HSR-M3 de baja permeabilidad magnética para campos magnéticos intensos
Los rápidos avances tecnológicos de los últimos años han impulsado la aparición de nuevas aplicaciones que involucran campos magnéticos en una amplia variedad de industrias, desde dispositivos médicos como los sistemas de resonancia magnética (MRI) hasta equipos relacionados con semiconductores, como los sistemas de litografía por haz de electrones. En este artículo, examinamos los requisitos de rendimiento de los componentes de movimiento lineal utilizados en entornos con campos magnéticos y presentamos una guía lineal de baja permeabilidad magnética adecuada para este tipo de aplicaciones.
Imagen 1: Campo magnético
Metales y campos magnéticos
Un campo magnético es un espacio en el que se ejercen fuerzas magnéticas generadas por corrientes eléctricas o por materiales permanentemente magnetizados. Se puede describir mediante líneas de campo, que indican la dirección y la intensidad del mismo. Algunos materiales, como el hierro, el níquel, el cobalto y sus aleaciones, reaccionan fuertemente a los campos magnéticos. Cuando se exponen a un campo magnético externo, sus dominios magnéticos pueden alinearse, lo que provoca que el propio material desarrolle un momento magnético. Este comportamiento se conoce como ferromagnetismo. El hierro es uno de los materiales ferromagnéticos más conocidos.
Imagen 2: Comparación entre material no magnético (izquierda) y ferromagnético (derecha)
Tecnologías que aprovechan los campos magnéticos
El hierro es económico, fácil de procesar y se encuentra en innumerables aplicaciones cotidianas. Forma la base de muchas tecnologías modernas que ofrecen un alto nivel de comodidad y eficiencia. Sin embargo, existen ámbitos en los que los materiales ferromagnéticos, como el hierro, son fundamentalmente inadecuados.
Tecnología médica: sistemas de resonancia magnética (MRI)
Los escáneres de MRI, como los utilizados en entornos clínicos, son un ejemplo bien conocido de la aplicación de campos magnéticos. Durante un examen de MRI, el sistema genera un campo magnético intenso que se utiliza para producir imágenes detalladas del interior del cuerpo. Debido a que un escáner de MRI es esencialmente un imán grande y de alta potencia, atrae objetos hechos de materiales ferromagnéticos como el hierro con una fuerza peligrosa. Por esta razón, los pacientes deben quitarse todos los objetos metálicos antes del examen, y las exploraciones de pacientes con marcapasos pueden no ser posibles. Del mismo modo, los equipos utilizados en las cercanías de un escáner de MRI deben estar hechos de materiales que no sean sensibles a campos magnéticos fuertes.
Imagen 3: Escáner de Resonancia Magnética
Industria de semiconductores: procesos de litografía con haz de electrones
Los materiales ferromagnéticos también son inadecuados para la litografía por haz de electrones, una tecnología utilizada en la fabricación de semiconductores. Como su nombre indica, estos sistemas utilizan un haz de electrones para crear circuitos electrónicos. Con la tecnología actual, es posible producir estructuras con anchos de línea tan pequeños como 2 nm (dos millonésimas de milímetro). Sin embargo, incluso las más mínimas influencias magnéticas en el entorno pueden desviar el haz de electrones y, por lo tanto, afectar la precisión en la formación del patrón de circuito deseado. Por lo tanto, tales sistemas requieren componentes fabricados con materiales que no presenten magnetismo en absoluto o que solo generen campos magnéticos extremadamente débiles.
Imagen 4: Placa de circuito impreso (PCB)
Requisitos de los componentes de máquinas en entornos magnéticos
La permeabilidad magnética relativa define el parámetro que indica cuán fuertemente un material es influenciado por un campo magnético. Se define como la relación entre la permeabilidad magnética de un material y la permeabilidad magnética del vacío. Cuanto más cercano sea este valor a 1, menos afectado será el material por un campo magnético. Los materiales basados en hierro comúnmente utilizados para componentes de máquinas tienen una permeabilidad magnética relativa en el rango de aproximadamente 50 a 5,000.
Dependiendo del tipo de máquina, los materiales con muy baja permeabilidad magnética relativa son esenciales para los componentes metálicos. Esto incluye escáneres de MRI, sistemas de litografía para la industria de semiconductores y equipos similares.
Sin embargo, la baja permeabilidad magnética por sí sola no es suficiente. Por ejemplo, los componentes metálicos de máquinas generalmente requieren una dureza superficial de alrededor de HRC 60. Los materiales con baja permeabilidad magnética, como el SUS316, suelen mostrar una dureza superficial mucho más baja, de aproximadamente HRC 30. Como resultado, dichos materiales no proporcionan la dureza necesaria para los componentes de máquinas y limitarían tanto el rendimiento como la vida útil de los componentes. Con los materiales convencionales, esto inevitablemente conduce a una compensación entre baja permeabilidad magnética y alta dureza superficial.
Entonces, ¿cómo se pueden lograr baja permeabilidad magnética y alta dureza superficial en componentes de máquinas que están predominantemente hechos de un material ferromagnético como el hierro?
Guía lineal HSR-M3 para entornos magnéticos: baja permeabilidad y alta dureza
Imagen 5: Guía lineal HSR-M3 para aplicaciones con campos magnéticos intensos
THK ha desarrollado la guía lineal HSR-M3 con baja permeabilidad magnética para que pueda resistir los efectos de campos magnéticos intensos y, por lo tanto, sea adecuada para su uso en escáneres de MRI, equipos de fabricación de semiconductores y otras instalaciones. Su mayor ventaja es su extremadamente baja permeabilidad magnética, logrando una permeabilidad magnética relativa de solo 1.02 gracias al material especialmente seleccionado. Con la guía y el carro fabricados a partir de este material, la guía lineal puede ofrecer un rendimiento máximo incluso bajo la influencia de campos magnéticos intensos, haciendo que tales influencias sean casi insignificantes en la operación práctica.
Además de su baja permeabilidad magnética, el material utilizado en el HSR-M3 también presenta una alta dureza superficial de HRC 40 en comparación con la mayoría de los otros materiales de baja permeabilidad magnética. Esto resulta en una mayor capacidad de carga y mayor flexibilidad en el diseño, ya que los centros de carga pueden situarse más alejados del sistema de guía.
Imagen 6: Relación entre dureza HRC y permeabilidad magnética relativa de materiales
La guía lineal de baja permeabilidad magnética HSR-M3 es parte de la serie de modelos HSR, la cual tiene una larga trayectoria de éxito en una amplia variedad de máquinas y ha establecido el estándar global para guías lineales. Además, sus dimensiones cumplen con las normas ISO. También cuenta con una función de autoalineación que compensan errores de montaje, así como calificaciones de carga iguales en todas las direcciones principales, lo que permite diferentes orientaciones de instalación. Juntas, estas características permiten la integración en sistemas existentes sin la necesidad de modificaciones importantes en el diseño.
Antiguamente, las guías lineales con baja permeabilidad magnética estaban disponibles solo como soluciones personalizadas. Sin embargo, hoy en día, el modelo HSR-M3 forma parte de la gama estándar de productos, con tamaños de 15 a 25 y calificaciones de carga dinámica que van de 2.3 a 7.4 kN.
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