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Guía de moldeo por inyección de bajo volumen
21 julio 2021
Fabricación
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Si bien el moldeo por inyección se considera tradicionalmente un proceso de fabricación solo para la producción en masa debido a sus altos costos de herramientas, aprovechar la impresión 3D para fabricar moldes de inyección puede permitirle utilizar este proceso para producir piezas de alta calidad y repetibles para la creación de prototipos y producción de bajo volumen.
En esta guía completa, aprenda cómo puede usar moldes de inyección impresos en 3D con máquinas industriales y de sobremesa para producir de manera eficiente y asequible cientos de prototipos y piezas funcionales que aceleran el desarrollo de productos, reducen costos y plazos de entrega, y llevan mejores productos al mercado.
Moldeo por inyección de bajo volumen frente al moldeo por inyección tradicional
El moldeo por inyección es uno de los procesos líderes para la fabricación de plásticos. Es una tecnología rentable y extremadamente repetible que produce piezas de alta calidad para la producción en grandes series. Como resultado, se usa ampliamente para la producción en masa de piezas idénticas con tolerancias estrictas.
El moldeo por inyección es un proceso rápido e intensivo en el que intervienen altas temperaturas y presión para inyectar material fundido dentro de un molde. El material fundido depende del alcance del proyecto de fabricación. Los materiales más populares son varios termoplásticos, como ABS, PS, PE, PC, PP o TPU, pero los metales y la cerámica también se pueden moldear por inyección. El molde consta de una cavidad que aloja el material fundido inyectado y está diseñado para reflejar de cerca las características finales de una pieza.
Los moldes se fabrican tradicionalmente de metal mediante mecanizado CNC o mecanizado por descarga eléctrica (EDM). Estos son métodos industriales costosos que requieren equipos especializados, software de alta gama y mano de obra calificada. Como resultado, la producción de un molde de metal generalmente toma de cuatro a ocho semanas y cuesta entre $ 2,000 y $ 100,000 + dependiendo de la forma y la complejidad de la pieza. Para cantidades de piezas más pequeñas, el costo, el tiempo, el equipo especializado y la mano de obra calificada necesarios para fabricar el molde a partir de metales de herramientas comunes y métodos de fabricación a menudo hacen que el moldeo por inyección a esta escala sea imposible de obtener. Sin embargo, existen alternativas al mecanizado de moldes de metal. Aprovechar la impresión 3D interna para fabricar moldes de inyección para la creación de prototipos y la producción de bajo volumen reduce significativamente el costo y el tiempo en comparación con los moldes de metal.
En este video, Formlabs se ha asociado con el proveedor de servicios de moldeo por inyección Multiplus para guiarlo a través de los pasos del proceso de moldeo por inyección utilizando moldes impresos en 3D .
La impresión 3D de escritorio es una solución poderosa para fabricar moldes de inyección rápidamente y a bajo costo. Requiere un equipo muy limitado, lo que ahorra tiempo de CNC y operadores capacitados para otras tareas de alto valor mientras tanto. Los fabricantes pueden beneficiarse de la velocidad y flexibilidad de la impresión 3D interna para crear el molde y acoplarlo a la fuerza de producción del moldeo por inyección para entregar una serie de unidades de termoplásticos comunes en cuestión de días. Incluso pueden lograr formas de moldes complicadas que serían difíciles de fabricar tradicionalmente y se pueden usar tanto en máquinas de moldeo de escritorio como industriales, lo que permite que los equipos de desarrollo sean más innovadores. Además, el desarrollo de productos se beneficia de la capacidad de iterar en el diseño y probar el material de uso final antes de invertir en herramientas duras.
Aunque los moldes de impresión 3D pueden ofrecer estas ventajas cuando se utilizan de forma adecuada, todavía existen algunas limitaciones a tener en cuenta. No deberíamos esperar el mismo rendimiento de un molde de polímero de impresión 3D que de uno metálico mecanizado. Las dimensiones críticas son más difíciles de cumplir, el tiempo de enfriamiento es más largo porque la transferencia térmica ocurre más lentamente en el plástico y los moldes impresos pueden romperse más fácilmente bajo el calor y la presión. Sin embargo, las empresas de la industria continúan implementando moldes impresos en 3D en sus flujos de trabajo de moldeo por inyección de tiradas cortas, lo que les permite producir rápidamente de cientos a miles de piezas. Desde diseñar prototipos funcionales con materiales de uso final, fabricar piezas durante la producción piloto o fabricar piezas de uso final de bajo volumen o personalizadas,
La tecnología de impresión 3D de estereolitografía (SLA) es una excelente opción para el moldeado. Se caracteriza por un acabado superficial liso y de alta precisión que el molde transferirá a la pieza final y que además facilita el desmoldeo. Las impresiones 3D producidas por estereolitografía están unidas químicamente de manera que son completamente densas e isotrópicas, produciendo moldes funcionales con una calidad que no es posible con la impresión 3D de modelado por deposición fundida (FDM) . Las impresoras SLA de escritorio , como las que ofrece Formlabs, se pueden integrar sin problemas en cualquier flujo de trabajo de moldeo por inyección, ya que son fáciles de implementar, operar y mantener.
Núcleo de molde de inyección impreso en 3D ensamblado con una carcasa de molde de metal.
Como alternativa para la producción de volumen medio de aproximadamente 500 a 10,000 piezas, el mecanizado de moldes de aluminio también puede reducir los costos fijos asociados con la fabricación de moldes. El mecanizado de aluminio es de cinco a diez veces más rápido que el acero y causa menos desgaste de las herramientas, lo que significa tiempos de entrega más cortos y menores costos. El aluminio también conduce el calor más rápido que el acero, lo que resulta en una menor necesidad de canales de enfriamiento y permite a los fabricantes simplificar los diseños de moldes manteniendo tiempos de ciclo cortos.
En resumen, aquí hay una descripción general de los diferentes métodos de moldeo por inyección y los tipos de moldes que dan como resultado el proceso más eficiente y el menor costo por pieza según el volumen de producción:
El tipo de prensa de inyección no tiene una influencia significativa en el proceso de moldeo por inyección de bajo volumen; Las grandes máquinas de moldeo por inyección industriales tradicionales también se pueden utilizar con moldes de inyección impresos en 3D. Sin embargo, estas máquinas son caras, vienen con estrictos requisitos de instalación y requieren mano de obra calificada y, como resultado, la mayoría de las empresas subcontratan la producción de volumen medio y alto a proveedores de servicios y fabricantes por contrato.
Si es nuevo en el moldeo por inyección y está buscando probarlo con una inversión limitada, usar una máquina de moldeo por inyección manual de sobremesa como la Holipress o la Galomb Model-B100 podría ser una buena opción. Los equipos automatizados de moldeo por inyección a pequeña escala como la máquina de sobremesa Micromolder o la máquina hidráulica Babyplast 10/12 son buenas alternativas para la producción de piezas pequeñas en series medias.
¿Tiene curiosidad por conocer los diferentes factores que componen el costo total del moldeo por inyección ? Lea nuestra guía completa.
LIBRO BLANCO
Moldeo por inyección rápido de bajo volumen con moldes impresos en 3D
Descarga nuestro libro blanco para encontrar recomendaciones sobre el uso de moldes impresos en 3D en el proceso de moldeo por inyección para reducir costes y el plazo de producción. También podrás ver estudios de casos reales con Braskem, Holimaker y Novus Applications.
Flujo de trabajo paso a paso para moldeo por inyección de bajo volumen
El flujo de trabajo para el moldeo por inyección de bajo volumen incluye los siguientes siete pasos:
1. Diseño de moldes
Diseñe el molde para su pieza en el software CAD de su elección. Adhiérase a las reglas de diseño comunes para la fabricación aditiva y el diseño de moldes de inyección . Las recomendaciones de diseño específicas para moldes de polímero impresos en 3D se pueden encontrar en nuestro documento técnico.
Cargue su diseño en PreForm, el software de preparación de impresión de Formlabs. Prepara tu impresión y envíala a tu impresora 3D de Formlabs.
2. Impresión de moldes 3D
Elija un material de impresión 3D y comience a imprimir. La resina rígida de 10K a una altura de capa de 50 micrones es una opción ideal para la mayoría de los diseños de moldes, ya que combina alta resistencia, rigidez y resistencia térmica.
Cuando sea posible, se recomienda imprimir el molde plano, directamente en la plataforma de construcción sin ningún soporte, para reducir la deformación.
Después del lavado y poscurado, su molde impreso en 3D está listo para integrarse en su proceso de moldeo por inyección.
3. Ensamblaje del molde
Antes del ensamblaje, puede optar por terminar el molde para cumplir con las dimensiones críticas con lijado manual, mecanizado de escritorio o CNC.
Se recomienda colocar el molde impreso dentro de un marco de metal estándar, o una matriz de unidad maestra, para soportar altas presiones y extender la vida útil de su molde impreso. Ensamble con cuidado el molde impreso en 3D dentro del marco de metal. Agregue pasadores de expulsión, insertos, piezas de acción lateral y otros componentes según sea necesario.
Instale el molde ensamblado en su máquina de moldeo por inyección.
4. Sujeción del molde
Inserte los gránulos de plástico, ingrese los ajustes requeridos y comience la producción. Se sugiere una fuerza de sujeción menor, especialmente si el molde impreso no está protegido por un marco de metal.
Se puede inyectar una amplia gama de termoplásticos con moldes impresos en 3D como TPE, PP, PE, ABS, POM, ASA, PA, PC o TPU.
5. Inyección
Es posible que se necesiten algunas tomas para identificar las condiciones ideales de su proceso, ya que hay muchos factores en juego, incluida la geometría de la pieza, la elección del plástico, las temperaturas y presiones de inyección y otros parámetros.
Reduzca la presión y la temperatura de inyección tanto como sea posible.
Con un molde impreso, los usuarios de Formlabs suelen inyectar cientos de piezas en plásticos fáciles de procesar como TPE, PP y PE con temperaturas de hasta 250 ° C. Con plásticos que requieren una temperatura de inyección más alta, como PA o PC, el molde impreso en 3D puede tener una vida útil más corta.
Lea nuestra documentación de condiciones de proceso para ver los resultados de las pruebas con máquinas de moldeo por inyección industriales y de escritorio.
6. Refrigeración
Es posible que se necesiten algunas tomas para identificar las condiciones ideales de su proceso, ya que hay muchos factores en juego, incluida la geometría de la pieza, la elección del plástico, las temperaturas y presiones de inyección y otros parámetros.
Reduzca la presión y la temperatura de inyección tanto como sea posible.
Con un molde impreso, los usuarios de Formlabs suelen inyectar cientos de piezas en plásticos fáciles de procesar como TPE, PP y PE con temperaturas de hasta 250 ° C. Con plásticos que requieren una temperatura de inyección más alta, como PA o PC, el molde impreso en 3D puede tener una vida útil más corta.
Lea nuestra documentación de condiciones de proceso para ver los resultados de las pruebas con máquinas de moldeo por inyección industriales y de escritorio.
7. Desmoldeo
El tiempo de enfriamiento de un molde impreso con polímero es más largo que el de un molde de metal, ya que la transferencia térmica ocurre más lentamente en el plástico que en el metal. Como tal, generalmente no se sugiere agregar canales de enfriamiento a su molde impreso.
En cambio, el enfriamiento se puede acelerar aplicando aire comprimido para enfriar el molde o usando pilas intercambiables.
Aplicaciones de moldeo por inyección de bajo volumen
¡Las tres aplicaciones principales del moldeo por inyección de bajo volumen son la creación rápida de prototipos, el moldeo por inyección de tiradas cortas y el moldeo por inyección a pedido o personalizado.
Creación rápida de prototipos con moldeo por inyección
La creación rápida de prototipos ayuda a las empresas a convertir ideas en pruebas de concepto realistas, hace avanzar estos conceptos a prototipos de alta fidelidad que se ven y funcionan como productos finales y guía los productos a través de una serie de etapas de validación hacia la producción en masa.
En general, la impresión 3D es la forma más común de producir prototipos rápidos. Sin embargo, en las últimas etapas del proceso de desarrollo, a menudo existe la necesidad de producir volúmenes ligeramente mayores de prototipos idénticos utilizando los mismos materiales y procesos de producción que para las piezas finales. Estos prototipos se pueden utilizar para aplicaciones como beta y pruebas de campo. La combinación de moldes impresos en 3D con moldeo por inyección permite a los fabricantes desarrollar prototipos funcionales de manera rápida y eficiente y acelerar el proceso de desarrollo de productos.
Por ejemplo, la startup francesa Holimaker desarrolla una máquina de moldeo por inyección manual que permite a los ingenieros y diseñadores de productos procesar piezas de plástico en su escritorio en pequeñas cantidades para prototipos, producción piloto o incluso una serie limitada de piezas de uso final.
La empresa ofrece estudios de viabilidad para sus clientes, utilizando moldes impresos en 3D para una respuesta rápida y asequible. Esto permite a sus clientes crear prototipos de diseños de forma rápida y asequible y validar las condiciones finales de fabricación durante la fase de producción piloto de la introducción de nuevos productos.
Los prototipos de preproducción de estos crampones de fútbol se moldearon por inyección en moldes impresos en 3D utilizando tres termoplásticos diferentes, POM (180 ° C), PA 6.6 (270 ° C), PP (210 ° C).
Al utilizar el mismo método de fabricación, incluidos el diseño y los materiales del molde, estas piezas se pueden probar en el campo y garantizar que los diseños estén listos para producirse a escala. Los diseños de moldes impresos en 3D se pueden adaptar fácilmente para acero apto para herramientas durante la producción en masa.
Utilizando moldes impresos en 3D, Holimaker logró acortar el tiempo de entrega para producir moldes para el proceso de moldeo por inyección a 24 horas y actualmente utilizan moldes de inyección impresos en 3D en el 80% al 90% de sus proyectos.
Moldeo por inyección de corta duración
El moldeo por inyección a corto plazo proporciona a los fabricantes un medio para producir series más pequeñas de piezas de uso final para productos que solo se producen en cantidades limitadas o fabricar una serie piloto de un producto para probar el mercado antes de invertir demasiado capital en la empresa.
El moldeo por inyección de bajo volumen brinda la oportunidad de fabricar piezas de uso final precisas y repetibles sin los altos costos fijos asociados con el moldeo por inyección tradicional.
Multiplus es un proveedor de soluciones de moldeo por inyección con sede en Shenzhen que cubre todo el ciclo de producción desde el diseño hasta la fabricación de productos plásticos y brinda servicios a más de 250 clientes por año, incluidas algunas empresas Fortune 500. Algunos de estos clientes requieren una producción de lotes pequeños, que tradicionalmente es costosa y requiere mucho tiempo con el moldeo por inyección debido a la complejidad de la fabricación de herramientas duras.
Carcasas de caja de control de ABS recién moldeadas por inyección utilizando moldes de inyección impresos en 3D.
A medida que la demanda de producción de lotes pequeños comenzó a crecer, Multiplus recurrió a la impresión 3D para explorar diferentes materiales en un intento de encontrar una forma rentable de producir moldes de plástico más baratos para pedidos más pequeños y ejecuciones de producción piloto. La fabricación de moldes de inyección de bajo volumen con las impresoras 3D de Formlabs redujo los costos, la mano de obra y el tiempo en comparación con el mecanizado de moldes de aluminio, y podría usarse sin problemas con sus máquinas de moldeo por inyección industriales Babyplast.
Moldeo por inyección a pedido o personalizado
Es posible que se requiera un moldeo por inyección personalizado o rápido a pedido para fabricar piezas de uso final personalizadas para fines específicos, como factores humanos, aplicaciones u ocasiones, a menudo en un plazo acelerado. El volumen limitado y / o el tiempo de entrega corto significa que el moldeo por inyección tradicional con herramientas duras no es eficiente ni factible. En estos casos, el moldeo por inyección de bajo volumen con moldes impresos en 3D es una solución ideal para acelerar el proceso y entregar piezas personalizadas.
El ejemplo de Braskem, una de las principales empresas petroquímicas del mundo, destaca el caso del uso de moldes impresos en 3D para cumplir con los pedidos rápidos bajo demanda. Durante la primera ola de la pandemia de COVID-19, la compañía necesitaba producir miles de correas para mascarillas para proteger a su fuerza laboral global. Braskem identificó el moldeo por inyección como el método ideal para producir las piezas, pero sin acceso a la impresión 3D, habrían tenido que subcontratar un costoso molde de metal, lo que le costó al equipo dinero y tiempo valioso.
Braskem utilizó un molde impreso en 3D en combinación con una máquina de moldeo por inyección industrial tradicional para moldear por inyección rápidamente las correas de la máscara.
El equipo de Braskem recurrió al moldeo por inyección utilizando una impresora 3D Formlabs Form 3 para imprimir el molde para sus correas y la máquina de moldeo por inyección totalmente eléctrica Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot para desarrollar las correas.
Aprovechando la impresión 3D, el equipo estaba produciendo miles de correas una semana después de recibir el correo electrónico del vicepresidente y prepararlas para su envío a oficinas en todo el mundo.