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La impresión 3D es un método típicamente utilizado para la fabricación de bajo volumen. Su capacidad para recrear diseños personalizados y complejos se ve atenuada por el hecho de que también es muy lento y puede resultar costoso para pedidos de gran volumen.
Sin embargo, todavía hay una forma de aprovechar el poder de la impresión 3D para la fabricación de gran volumen. Esto se logra combinando la impresión 3D con una técnica relativamente anticuada llamada moldeo por inyección. ¿Cómo estos dos métodos van de la mano? ¿Qué industrias pueden beneficiarse de esta técnica de producción híbrida?
¿Qué es el moldeo por inyección?
El moldeo por inyección es uno de los métodos de fabricación más comunes, especialmente para productos de plástico. Como su nombre lo indica, este método consiste en inyectar un material termoplástico fundido a alta presión en un molde prefabricado. Un solo molde puede usarse miles de veces, lo que hace que el moldeo por inyección sea una técnica económica y rápida para fabricar un alto volumen de pedidos de la misma pieza o producto.
La mayor parte del tiempo, la habilidad y el costo necesarios en el moldeo por inyección se destinan a la fabricación del molde. Después de todo, la calidad del molde dictará la calidad de todas las piezas creadas a partir de él.
El mecanizado CNC es la técnica típica utilizada para crear los moldes metálicos para el moldeo por inyección. El problema con este enfoque es que es bastante costoso y requiere mucho tiempo. Un molde de metal es práctico si planea fabricar de 10 000 a 20 000 piezas, pero ¿qué sucede si solo necesita unos pocos cientos? Aquí es donde la impresión 3D puede resultar útil.
¿Cómo entra la impresión 3D en la ecuación?
Hay dos formas de utilizar la impresión 3D para el moldeo por inyección: ya sea para crear un prototipo o para crear el propio molde. Estos dos métodos varían mucho según el enfoque y probablemente requerirán diferentes tecnologías de impresión 3D.
prototipo impreso en 3D
Para imprimir en 3D un prototipo, solo necesitarás crear un modelo digital de la pieza a reproducir. Este será el “modelo maestro” de su pieza y será la base del molde o troquel. Un prototipo se puede imprimir en 3D utilizando una impresora FDM o SLA. Si hay imperfecciones menores en el prototipo, aún se pueden remediar durante el procesamiento posterior.
Una vez que el prototipo es de su agrado, es hora de crear un troquel o molde a partir de él. Para las piezas de plástico, los materiales de troquel más comunes son la silicona o el poliuretano. La silicona tiene una excelente trabajabilidad y resistencia al calor, pero tiene un largo tiempo de curado. Por el contrario, el poliuretano se cura en menos de diez minutos, pero tendrás que trabajar muy rápido con él.
molde impreso en 3D
Alternativamente, puede utilizar la tecnología de impresión 3D para crear un molde directamente. Dado que se supone que necesitará que el molde sea lo más detallado y preciso posible, la tecnología recomendada para esta técnica es la impresión 3D SLA basada en resina.
En comparación con las impresiones FDM, las impresiones SLA son más fuertes, más precisas dimensionalmente y pueden capturar un nivel de detalle más fino. Las impresoras SLA suelen ser más caras, pero ahora hay opciones asequibles a escala de escritorio como la impresora de resina Creality LD002R.
Para imprimir un molde en 3D, deberá comenzar con un modelo 3D de la pieza que pretende reproducir. Luego deberá crear una copia «negativa» de este modelo. La forma más sencilla es crear una caja que sea más grande que su modelo y «restar» su modelo de la caja. Esto debería crear una cavidad que luego actuará como su molde. Luego deberá dividir esta caja en algún lugar, que será la línea de separación del molde.
Tenga en cuenta que el modelo no necesita estar en posición vertical en la caja del molde. La caja tampoco necesita dividirse justo en el medio. Hay varios enfoques diferentes para imprimir un molde en 3D y lograr que sea perfecto para su diseño probablemente requerirá un poco de prueba y error.
Una cosa que hace que este método sea un desafío es que no todas las resinas de impresión 3D son adecuadas para el moldeo por inyección. Necesitará un material que pueda soportar altas temperaturas pero que también tenga buena flexibilidad para eliminar el moho. Estos son probablemente caros. Algunas buenas opciones son la High Temp Resin de PHROZEN o la Rigid 10K con fibra de vidrio de Formlabs.
Los pros y los contras de los moldes o prototipos impresos en 3D
Al igual que con cualquier técnica novedosa, la impresión 3D como ayuda para el moldeo por inyección solo es beneficiosa cuando se utiliza en las circunstancias adecuadas. No es un método completo y nunca reemplazará por completo el mecanizado CNC. Estas son algunas de las ventajas y desventajas de este enfoque.
PROS
Barato
En comparación con el costo de una máquina CNC y las materias primas metálicas, el método de impresión 3D es mucho más económico. Incluso puede terminar con varios moldes rechazados y aun así no costará tanto como un solo molde hecho de acero inoxidable o titanio. Esto hace que un método basado en impresoras 3D sea compatible con pequeñas empresas.
Permite revisiones de diseño rápidas
Ya sea que realice impresión 3D o mecanizado CNC, comenzará el proceso diseñando la pieza que desea reproducir en el software de modelado 3D. La diferencia entre los dos radica en el tiempo que lleva y el costo de crear un molde o prototipo.
Dado que los moldes y prototipos impresos en 3D son tan baratos, no es gran cosa volver a la mesa de dibujo para hacer pequeños ajustes. Las piezas de máquinas no tienen este tipo de lujo.
Libertad de diseño
La impresión 3D es un método de fabricación aditiva. Por el contrario, el mecanizado CNC es sustractivo. Una gran ventaja de un método aditivo es que es capaz de crear diseños que habrían sido demasiado complejos o literalmente imposibles para la fabricación sustractiva. Esta libertad de diseño sin igual ha permitido que los fabricantes de joyas creen aretes y colgantes como nunca antes.
CONTRAS
Carece de durabilidad
El molde en el moldeo por inyección pasa por un nivel excepcional de tensión mecánica. Tiene que resistir el agrietamiento provocado por un gradiente de alta temperatura y la tensión del proceso de eliminación de moho. Multiplique esto por el número de ciclos de moldeo por inyección y comenzará a darse cuenta de cuán vital es la durabilidad del material del molde.
Desafortunadamente, no hay forma de que la resina, la silicona o el poliuretano de una impresora 3D sean tan duraderos como el metal. Esto limita la longevidad de un molde impreso en 3D. También se recomienda un manejo cuidadoso cuando se utiliza un molde de plástico para moldeo por inyección.
No apto para producción de gran volumen
Los moldes de metal están clasificados para durar hasta 20.000 ciclos antes de que tengan que ser reemplazados. Con un molde impreso en 3D, tendrá mucha suerte de obtener la mitad de este número de ciclos antes de que se descomponga.
Un molde impreso en 3D sigue siendo la opción más práctica si necesita replicar una pieza varios cientos de veces. Una vez que esté en el vecindario de unas pocas miles de piezas moldeadas por inyección, es posible que desee considerar seriamente invertir en un molde de metal mecanizado.
Consejos para diseñar moldes para impresión 3D
Este es el consejo principal si planea diseñar un molde para impresión 3D: probablemente no lo haga bien la primera vez. Prueba y error es una parte natural del proceso de impresión 3D, especialmente si está haciendo algo tan poco convencional como crear un molde.
Incluir salidas de aire en el diseño.
Los orificios de ventilación que se extienden desde el borde del molde hasta la cavidad interna son una parte crucial del diseño del molde. Permiten que el aire salga de la cavidad durante el moldeo por inyección. Esto reduce la presión interna y el estrés mecánico del molde, lo que debería ayudar a que dure más. Las rejillas de ventilación también evitan el destello del material termoplástico en el área de la puerta.
Utilice un ángulo de inclinación de 2 grados
Evitar ángulos perfectamente verticales es una práctica estándar en el diseño de moldes. Alterar el ángulo incluso en 2 grados hace que la eliminación del moho sea mucho más fácil. Esto es beneficioso para reducir el tiempo de respuesta y las posibilidades de que el molde se deshaga prematuramente.
Incrustar varillas o soportes de metal
Si planea usar el mismo molde durante cien ciclos o más, considere agregar canales huecos en los bordes del molde. La colocación de varillas metálicas en estos canales aumenta considerablemente la robustez del molde. También reduce la deformación del material plástico durante los repetidos ciclos de calentamiento y enfriamiento, asegurando que la precisión dimensional se conserve por más tiempo.
Plan para desviaciones dimensionales
Hablando de deformación, debe aceptar que es una parte natural de someter los materiales a temperaturas extremadamente altas y enfriarlos. Si necesita un grado extremadamente alto de precisión dimensional para sus piezas moldeadas por inyección, esta deformación es algo que deberá anticipar. Cada resina se comporta de manera diferente, por lo que es posible que deba imprimir su molde varias veces antes de poder hacerlo bien.
No olvides el spray desmoldante
Sea cual sea el material con el que esté trabajando, no se olvide de usar spray desmoldante en cada paso del proceso. Descuidar esto es la forma más segura de terminar con un molde dañado cuando llegue el momento de quitar el molde. Una lata de aerosol para desmoldar es económica y fácil de encontrar.
Para ir finalizando
El uso de moldes impresos en 3D para el moldeo por inyección es un hermoso ejemplo de la combinación de lo antiguo y lo nuevo, dos métodos de fabricación establecidos que aparentemente se complementan entre sí. Si bien la impresión 3D aún no está a punto de reemplazar completamente el mecanizado CNC, proporciona una alternativa más simple y económica.
Solo tenga en cuenta que todas las reglas habituales sobre el diseño de moldes aún se aplican con este método más moderno. La única diferencia es que tiene mucho más margen de error porque un molde impreso en 3D no necesita una gran inversión.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.
