Sugerencia de Diseño

Cómo sacar el máximo partido al moldeo por inyección a pequeña escala

Reduzca los riesgos de diseño con el moldeo por inyección de entrega rápida antes de pasar a la producción en serie

Tanto para el diseño del próximo dispositivo médico capaz de salvar vidas como para el del último grito en grifos para mangueras de jardín, una inversión mínima de 50.000 $ en un molde de acero para grandes volúmenes de fabricación constituye un riesgo económico inherente a la producción a gran escala. Además de asumir este riesgo, en los meses de espera a que el molde esté listo se podría haber mejorado el diseño de la pieza o haber fabricado productos que generasen beneficios.

 

Existe un modo de mitigar el riesgo económico y de desarrollo del producto, permitiendo la introducción de posibles cambios en la producción a gran escala de piezas de plástico. El moldeo rápido por inyección de termoplásticos de Proto Labs, que utiliza moldes de aluminio, es un modo rápido y económico de producir de 25 a 10.000 piezas, o más.

Es necesario tener en cuenta varios aspectos de diseño importantes que pueden mejorar el diseño de la pieza moldeada por inyección como puente de producción entre el molde de aluminio y el molde de acero para producción a gran escala.

Example of design analysis
El análisis DFM destaca aquellos aspectos, como grosores o estrecheces excesivos de su pieza, que pueden causar problemas si no se solucionan cuanto antes.
Del diseño al análisis de las posibilidades de fabricación

Lo primero es lo primero. El diseño de la pieza se puede cargar directamente a través del sitio web protolabs.esa cualquier hora y cualquier día de la semana. Se enviará, habitualmente en menos de 24 horas, un presupuesto interactivo que constituye la auténtica pieza angular de nuestro proceso. Una vez recibido el presupuesto, puede ajustar los parámetros que desee para la fabricación, como el material deseado, el acabado de la superficie y la cantidad inicial que desea producir.

Con cada presupuesto se entrega también un análisis automatizado gratuito sobre la fabricabilidad del diseño (DFM, por sus siglas en inglés). En él se incluyen recomendaciones sobre dónde y cómo modificar la geometría de la pieza para mejorar su resistencia mecánica, reducir los hundimientos, ajustar el grosor de las paredes, etc. con el fin de optimizar costes, producción y duración del molde. Se trata de una herramienta valiosísima capaz de transformar un diseño en una pieza más moldeable.

Ajustar el acabado de la superficie

Un error frecuente en las piezas moldeadas por inyección es la solicitud de un acabado superficial mejor del que la pieza necesita. Por ejemplo, un acabado muy liso SPI-A2 (es decir: brillante), exige el pulido manual de las superficies de la cavidad del molde con un disco de diamante a 1-2 Ra. Con ello se aumenta el coste de fabricación del molde y se retrasa el plazo de entrega. El acabado de pieza más barato es un PM-F0 sin finalidad estética, es decir, una superficie de mecanizado bruto que seguramente mostrará algunas marcas del molde. Existen dos opciones intermedias, como el acabado SPI-C1 a 10-12 Ra realizado con una piedra arenisca de 600, o un acabado PM-T1 de textura granallada. Además, hay otros acabados disponibles. Elija siempre la posibilidad de acabado más económica de las que se ajusten a sus necesidades. Nuestro cubo de diseño gratuito ofrece muestras de todos los acabados de superficie disponibles en Proto Labs.

Drafted and undrafted part examples
El ángulo de desmoldeo facilita la extracción de la pieza del molde y es especialmente importante en el moldeo por inyección cuando los moldes sólo son de tiro recto (sin acciones laterales).
No eluda los ángulos de desmoldeo

El ángulo de inclinación es otro aspecto de los productos moldeados que los diseñadores habituados a piezas mecanizadas o impresas en 3D pueden pasar por alto. Las piezas moldeadas por inyección necesitan un ángulo de desmoldeo por la misma razón que los cubitos de hielo no son realmente cubos. Si un cubito de hielo fuese cúbico, sería imposible sacarlo de la cubitera. Por eso, los cubitos de hielo tienes bordes cónicos (o inclinados) y redondeados, igual que las piezas moldeadas por inyección. El ángulo de desmoldeo facilita la expulsión de la pieza.

Una pieza bien diseñada tiene un ángulo de desmoldeo mínimo de 0,5 grados en todas las caras verticales, siendo estas superficies perpendiculares a la línea de apertura. Si el diseño de la pieza lo permite, es preferible dejar entre 2 y 3 grados. En caso de un gran texturizado o de superficies complejas, pueden ser necesarios 5 grados o más. La buena noticia es que la mayoría de los programas CAD pueden encargarse de ello fácilmente durante el diseño de la pieza, siempre que usted entienda cómo va a estar orientada la pieza en el molde. (nuestros Ingenieros de Atención al Cliente pueden explicarle la orientación de la pieza en el molde si tiene alguna duda). Si se omite el ángulo de desmoldeo en el diseño inicial, el análisis DFM incluido en el presupuesto pondrá de manifiesto aquellas áreas que lo necesitan.

Illustrations of wall thicknesses
Siempre es buena idea mantener el grosor de las paredes uniforme y evitar áreas gruesas cuando sea posible durante el diseño de piezas moldeadas por inyección de plásticos.
Ajuste del grosor de las paredes

El grosor de las paredes es un asunto muy importante. Imagine que está diseñando una simple caja. A primera vista, el grosor de las paredes puede parecer un buen modo de mantener el contenido de la caja seguro. Pero los plásticos utilizados en el moldeo por inyección son, en definitiva, plásticos. El uso de paredes más gruesas de lo recomendado para una familia de termoplásticos concreta provocará alabeos o hundimientos durante el enfriado. Como norma general, el grosor de las paredes debe ser de 1 a 3,5 mm, aplicándose uniformemente por toda la pieza.

Algunos plásticos son más sensibles al grosor de las paredes que otros: el Acetal y los plásticos ABS aceptan un espesor máximo de 3 mm; los Acrílicos pueden alcanzar los 12 mm; el Poliuretano, 18 mm; y algunos plásticos reforzados con fibra, 25 mm o más. Aún así, los diseñadores deben tener en cuenta que las secciones transversales muy gruesas pueden aumentar la probabilidad de defectos estéticos, como el hundimiento. Para tipos de plástico concretos, consulte nuestras recomendaciones para el grosor de las paredes.

Machining to mill the mold
Como Proto Labs emplea un proceso automatizado de mecanizado CNC para fresar el molde de sus piezas, algunas esquinas de las piezas terminarán en un borde radial, en lugar de agudo. Modelo de pieza (A), radio real de la esquina (B), geometría deseada para la esquina (C), herramienta (D).
Preste atención a los radios

Dado que los moldes de aluminio se mecanizan con fresadoras radiales, hay que pensar en las esquinas internas agudas. A este respecto, las esquinas agudas de cualquier pieza moldeada tienden a crear tensión y a debilitar la integridad estructural. Así pues, recomendamos el uso de radios (bordes o vértices redondeados) generosos en el diseño de la pieza. Para el interior de una caja de 101,6 mm x 152,4 mm x 50,8 mm, por ejemplo, lo mejor sería prever un radio de 6 mm para las esquinas, ya que esto fortalecería la pieza y mejoraría la moldeabilidad.

Las cavidades múltiples pueden ser una buena idea

Una de las bondades del moldeo por inyección es la posibilidad de moldear varias piezas en un único ciclo de inyección. Una vez diseñada la pieza o piezas, existe la opción de emplear un molde con cavidades múltiples o un “molde familiar”. Los moldes con cavidades múltiples incluyen varias cavidades en un mismo molde para fabricar varias piezas idénticas a la misma vez. Los moldes familiares tienen varias cavidades que permiten crear varias piezas diferentes a la misma vez.

Los clientes pueden usar los moldes con cavidades múltiples para fabricar simultáneamente dos o más diseños de pieza con pequeñas iteraciones, con el fin de probar diferentes diseños del producto paralelamente. También es una buena opción cuando se requiere cierta cantidad de la muestra inicial, ay que ayuda a reducir el coste unitario. Pero hay que tener en cuenta que, aunque los moldes con cavidades múltiples y los moldes familiares producen más piezas por ciclo, su uso depende en gran medida de la geometría.

Es mejor probar el diseño en moldes de cavidad única antes de comprometerse con un molde de cavidades múltiples. Además, si se mezclan piezas de diferentes tamaños y volúmenes en un molde familiar, pueden aparecer dificultades en la comunicación del proceso de inyección. Consulte a nuestros Ingenieros de Atención al Cliente antes de utilizar moldes de cavidades múltiples.

Un mundo de materiales

Proto Labs dispone de más de 100 resinas termoplásticas en muchos colores y opciones de relleno de aditivos diferentes. Propiedades como la durabilidad, la solidez, la resistencia química y térmica, etc. pueden variar de un plástico a otro. Si no fuera suficiente, disponemos del moldeo por inyección de silicona líquida (LSR) que, por su naturaleza flexible, necesita menos ángulo de inclinación, y del moldeo por inyección de metal (MIM), que produce piezas totalmente compactas de acero y de acero inoxidable. Ambos utilizan procesos similares al moldeo por inyección de plásticos, con precios y plazos de entrega comparables.

Más allá de la producción a pequeña escala

Paying attention to design consideration for quick-turn injection molding early in the product development process allows for efficiencies in prototype quality and turnaround time—benefits that ultimately help you iterate quickly and more reliably before market launch. And there's added value when a product begins to grow to volumes in the hundreds of thousands. You now have a fully tested part design that can be produced easily and economically in steel tooling, drastically reducing your financial risks.

Disponemos de una biblioteca de recursos online para profundizar en el diseño de piezas moldeadas por inyección. Encontrará siempre a su disposición a los ingenieros de Atención al Cliente a través de customerservice@protolabs.es o +34 (0)9 11 43 68 30.

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