Sugerencia de Diseño

Mejorar el diseño de las piezas mediante el grosor uniforme de las paredes

Cómo conseguir paredes con grosor uniforme haciendo pequeños ajustes en la geometría y en los materiales

Fíjese en un soporte para cepillos de dientes, en un tanque de plástico para gasolina o en una bandeja de cubiertos de una alacena de cocina. ¿No le parece que el grosor de las paredes de estos artículos es relativamente uniforme? Precisamente, se trata de una norma fundamental del moldeo por inyección de plásticos. Si no se tiene en cuenta, las piezas pueden presentar hundimientos, deformaciones, falta de precisión o de funcionalidad. No obstante, los requisitos de funcionamiento de los productos de consumo o los orientados a los sectores de la medicina, del aerospacial o de la industria a menudo dejan muy poco margen a los diseñadores para que puedan valorar el flujo del material y las propiedades de relleno del plástico que, al menos parcialmente, vienen determinadas por el grosor.

Comencemos con algunos aspectos básicos para conseguir paredes de grosor uniforme:

Recommended wall thickness in injection molding design
El grosor adecuado de la pared reducirá el riesgo de defectos estéticos en las piezas de plástico
  • El grosor de las paredes de cualquier pieza moldeada por inyección de plásticos debe ser como mínimo el 40 o el 60 por ciento del de las paredes adyacentes. Además, todas ellas deben estar dentro de los rangos de grosor recomendados para los materiales seleccionados.
  • Independientemente del grosor de las paredes, es preferible que la geometría de las piezas no incluya, por ejemplo, espacios largos sin apoyo, esquinas internas afiladas ni protuberancias de escaso diseño.
  • Si las paredes son altas, se pueden utilizar nervaduras para fortalecerlas, cuando sea necesario.
  • Las esquinas externas afiladas suelen ser finas, pero podemos fortalecerlas colocando un radio en las esquinas internas, cuando el diseño de la pieza lo permita. Además, de esa forma, evitamos también la tensión que genera deformaciones.
  • Las protuberancias debieran seguir las directrices del diseño de moldeo que aconsejan paredes diseñadas adecuadamente con un porcentaje de entre el 40 y el 60 de la zona circundante, con el fin de evitar hundimientos.
  • Por último, deben respetarse las recomendaciones sobre los ángulos de inclinación (1 grado de inclinación por 25 mm de profundidad de la cavidad suele ser una buena norma general). Igualmente, la inclinación debe ser uniforme en toda la pieza de trabajo para evitar tensiones internas que originen deformaciones o curvas.
La elección de los materiales

Uno de los factores más importantes que debe tenerse en cuenta con relación al grosor de las paredes es qué material debemos utilizar para el proyecto. Si tenemos en cuenta que hay, literalmente, cientos de materiales entre los que elegir, seleccionar el correcto puede suponer un gran reto. A continuación, mostramos una tabla con las resinas agrupadas por familia, junto con los grosores recomendados, además de información online detallada sobre las propiedades del material, sobre la resistencia a la tracción o al impacto, así como las temperaturas máximas y mínimas con las que deben utilizarse. Encontrará más información en nuestra página web sobre materiales.

Resina MM
ABS 1.143 - 3.556
Acetal 0.762 - 3.048
Acrílico 0.635 - 3.810
Polímero de cristal líquido 0.762 - 3.048
Plásticos reforzados con fibra larga 1.905 - 25.40
Nailon 0.762 - 2.921
Policarbonato 1.016 - 3.180
Poliéster 0.635 - 3.175
Polietileno 0.762 - 5.080
Polisulfuro de fenileno 0.508 - 4.572
Polipropileno 0.635 - 3.810
Poliestireno 0.889 - 3.810
Poliuretano 2.032 - 19.05

   Grosor de pared recomendado en función de la resina

Comenzaremos por determinar cuáles son las cualidades principales del producto acabado:

  • ¿Necesita ser resistente a los productos químicos o a la luz ultravioleta (UV)?
  • ¿El plástico va a estar expuesto a llamas directas o temperaturas extremas?
  • ¿Qué grado de solidez y fuerza necesita la pieza? ¿Es necesario que se doble si hay carga?
  • Si el color es importante, ¿podemos pintar el plástico o se va a añadir colorante a la resina antes de la inyección?
  • ¿Y sobre la opacidad? Algunos plásticos tienen buenas propiedades ópticas pero otros no tanto
  • ¿Se va a usar el producto en entornos electromagnéticos?

La sección sobre grosor de paredes de nuestro sitio web puede servir de ayuda para valorar todos esos aspectos. Obviamente, los materiales solo resultan adecuados si se pueden moldear hasta conseguir las dimensiones y la geometría convenientes para el proyecto, sin incumplir ninguno de los requisitos de ingeniería. Cuando el material ya esté seleccionado, será de gran ayuda hablar por teléfono con uno de nuestros ingenieros del servicio de atención al cliente. La razón es que ellos aconsejan a los clientes directamente o los ponen en contacto con los expertos de nuestros proveedores de material.

Por ejemplo, el nailon 6/6 fluye bien, es bueno para piezas con paredes finas y tiene una resistencia excelente al impacto. A pesar de ello, es posible que lo hayamos descartado por su fuerza media o por su falta de resistencia al calor. Si añadimos relleno de fibra de vidrio no solo conseguiremos un nailon mucho más fuerte, sino que también será mucho más resistente al calor. El vidrio reduce las posibilidades de hundimiento en las secciones gruesas, aunque puede dar lugar a deformaciones en otras zonas, dependiendo del flujo del material durante el proceso de moldeo.

Optical LSR part example
Un ejemplo de una pieza de silicona líquida de categoría óptica

En algunos casos, es posible que nos aconsejen optar por una familia de materiales completamente distinta:

  • El policarbonato se emplea habitualmente en el diseño de componentes ópticos; sin embargo, el acrílico resulta frecuentemente una opción más adecuada cuando las piezas son gruesas y es menos propenso a hundirse, a formar burbujas o a empobrecer los detalles de las piezas.
  • La silicona líquida (LSR) de calidad óptica mejora la transferencia de la luz y la claridad del producto y, además, permite a los diseñadores no cumplir estrictamente las normas sobre mayor o menor grosor, incluso con piezas muy finas.
  • La resina K, un material similar al estireno, se usa a menudo como un sustituto adecuado del ABS o el policarbonato, en componentes de estructura grande.
  • El polímero de cristal líquido (LCP) es otro material de relleno de vidrio que, aunque es fuerte, tiene la habilidad de volverse fino, de «adelgazar», cuando es necesario.

De nuevo, los materiales se cuentan por cientos y hay miles de formas de ajustarlos, doblarlos y regularlos hasta conseguir los resultados que deseamos.

Ajustes inteligentes

Aunque parezca imposible encontrar la combinación perfecta de cualidades en los materiales, no debemos perder la esperanza. Algunas correcciones inteligentes en la geometría de la pieza sirven en gran medida para aliviar el estrés interno y la fragilidad potencial derivada de grosores de pared menos óptimos. Las piezas que tienen forma de mancuerna o de bobina de costura resultan idóneas para el ahuecado, sistema que elimina amplias secciones transversales de material, de la misma forma que se pueden ir quitando las rodajas en forma de cuña de una manzana, dejando intacto el centro. De esa forma, se evita que se produzca hundimiento, se reduce el desgaste del material y algunas piezas son más ligeras pero igual de fuertes (o incluso más). Asimismo, las piezas que tienen paredes altas y delgadas (como las tapas de cajas, por ejemplo) se pueden asegurar con refuerzos, siempre y cuando el grosor relativo de la pared cumpla la regla del porcentaje de 40 a 60, mencionada anteriormente. De esa forma, eliminamos también la posibilidad de que aparezcan zonas sombreadas, que tienen lugar cuando una sección de la pieza se enfría más rápidamente que las demás.

Diseños que favorecen las posibilidades de fabricación

Una vez que hayamos recibido el presupuesto para nuestra pieza, debemos revisar el análisis de factibilidad (DFM). Este análisis se envía adjunto y en él se detallan las posibilidades de fabricación. De esa forma, nos proporciona información sobre cómo mejorar las posibilidades de moldeo de la pieza en cuestión. El código de colores de las zonas excesivamente gruesas o delgadas se basa en el grosor nominal de la pared y se ofrecerán también recomendaciones para hacer cambios en los ángulos de inclinación. Las líneas de separación, la ubicación del eyector y el canal, las contrasalidas y las inserciones manuales vendrán también indicadas. El análisis de flujo se puede realizar siempre que se considere necesario. Resulta útil para estudiar los puntos de presión en las zonas del canal y para identificar posibles puntos débiles. Como siempre, si desea hacernos cualquier consulta o pregunta relacionada, no lo dude y póngase en contacto llamando al: +34 (0)9 11 43 68 30 o, por correo electrónico, enviando un mensaje a: customerservice@protolabs.es.

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