El proceso de diseño y desarrollo de un producto en un entorno industrial requiere una verificación práctica antes de realizar cualquier inversión para fines de fabricación comercial. El moldeo por inyección de prototipos requiere la producción de productos plásticos reales similares a los producidos a gran escala, pero en un proceso extremadamente rápido y a un costo menor que el de la fabricación comercial con la ayuda de moldes de acero. Esto se puede lograr mediante la producción de productos plásticos reales a través de la utilización de moldes simples, como los moldes de aluminio.

Las empresas de ingeniería utilizan esta tecnología para la confirmación física de diseños, pruebas de materiales y validación de mercado a través de consumidores reales. Esto permite a las empresas identificar problemas antes de realizar grandes inversiones. Este artículo proporciona todos los detalles sobre todo el proceso y explica algunas de sus ventajas más importantes.

Para comprender la progresión del diseño de un molde de prototipo hasta su creación en plástico, es necesario un análisis mecánico paso a paso. En esencia, el proceso de creación de un diseño de molde de prototipo es un enfoque sistemático que tiene como objetivo producir moldes de alta calidad en el menor tiempo posible.

Comienza con el diseño y la presentación del archivo de diseño CAD, que es de naturaleza tridimensional. El archivo CAD debe representar con precisión la formación geométrica del diseño del producto. La mayoría de los proveedores utilizan formatos de archivo CAD estándar como STEP o IGES para determinar la dimensionamiento geométrico, la variación en el grosor y las líneas de partición.

En este paso, habrá una revisión exhaustiva de ingeniería llevada a cabo por el proveedor antes de mecanizar las herramientas de metal. El objetivo en esta etapa es establecer si la geometría del diseño puede ser fabricada mediantemoldeo por inyección. En el proceso DFM, el departamento técnico verifica la consistencia del grosor de la pared, así como el ángulo de desmoldeo.

Definiciones Técnicas a Conocer:

La evaluación ayuda a detectar posibles defectos superficiales y problemas de llenado.

El siguiente paso después de la aceptación del archivo CAD es el diseño y la fabricación del molde. Mientras que la producción en masa utiliza aceros para herramientas duros para fabricar sus moldes, los prototipos suelen estar hechos de materiales blandos como aluminio y latón, ya que son fáciles de mecanizar, lo que hace que el proceso sea más rápido y económico. Los moldes de prototipo deben tener una sola cavidad. Un molde de una sola cavidad tiene una sola herramienta utilizada para crear una sola impresión durante cada ciclo de inyección.

El molde se inserta en la máquina de moldeo por inyección, la cual lo bloquea. La resina termoplástica se fuerza hacia el cilindro, que se calienta, derrite y se inyecta en la cavidad del molde utilizando energía hidráulica/eléctrica. Los termoplásticos fundidos pueden llenar todas las partes del molde y solidificarse debido al enfriamiento por el agua en la cavidad del molde.

El molde se abre y la pieza de plástico terminada se expulsa mediante pasadores expulsores. El proceso de acabado incluye el corte del exceso de plástico en los bebederos y canales de alimentación. En este caso, los canales de alimentación se refieren a los conductos que transportan el material plástico fluido desde la máquina de moldeo por inyección hasta el molde. Por otro lado, los bebederos son las entradas a través de las cuales el material fluye hacia la cavidad del molde.

Con piezas tangibles en mano, los ingenieros evalúan el rendimiento. Cuando es necesario hacer ajustes, el hecho de que la herramienta se fabricara con aluminio significa que es fácil para los maquinistas realizar alteraciones rápidas cortando más metal según sea necesario.

Para una fabricación exitosa de la pieza, es esencial asegurar un espesor de pared consistente en el rango de 1 mm a 3 mm para la mayoría de los plásticos de ingeniería convencionales. La experiencia en fabricación demuestra que realizar una evaluación DFM al principio del proceso ayuda a detectar cualquier problema relacionado con un llenado o debilidad en el diseño antes de cortar metal.

El moldeo por inyección de prototipos cumple objetivos operativos específicos que los métodos de fabricación alternativos no pueden satisfacer. Comprender estas ventajas distintivas ayuda a las empresas a implementar el proceso en la etapa más rentable del desarrollo del producto.

El principal beneficio del moldeo por inyección de prototipos es la capacidad de obtener piezas con las mismas propiedades de material que los artículos producidos en masa. Esto permite realizar pruebas funcionales precisas, incluyendo pruebas de resistencia mecánica, evaluación de ensamblaje a presión y comprobaciones de integridad estructural. Esto contrasta conla impresión tridimensional, donde las estructuras en capas alteran el rendimiento físico, la resistencia direccional y la suavidad de la superficie. Los prototipos moldeados reaccionan al estrés mecánico exactamente igual que el producto comercial final.

Esta tecnología permite al equipo probar varios tipos de materiales o ligeras variaciones en el diseño dentro del mismo marco de herramienta básico. De esta manera, las empresas podrán determinar el rendimiento de diferentes tipos de plásticos bajo presión sin necesidad de fabricar costosos moldes de acero.

Esta tecnología ayuda a reconocer problemas clave en el proceso de moldeo antes de invertir significativamente en recursos. Por ejemplo, se podrán detectar líneas de unión; estas son líneas estructurales o estéticas que se desarrollan debido al encuentro de dos flujos de plástico fundido dentro de la cavidad del molde.

El proceso es eficiente para cantidades de producción que van desde diez piezas hasta varios miles de unidades. Esta flexibilidad de volumen lo hace excelente para tiradas de productos piloto, pruebas de aprobación regulatoria o ensayos de mercado localizados donde una empresa necesita distribuir un producto físico a probadores beta antes de la capitalización completa.

Este enfoque se utiliza mejor justo después de que las impresiones tridimensionales iniciales hayan validado la forma visual básica y el ajuste espacial, pero antes de autorizar el presupuesto para herramientas de producción rígidas. La siguiente tabla ilustra dónde encaja el moldeo por inyección de prototipos dentro de la secuencia de desarrollo:

Industrias como la electrónica de consumo, dispositivos médicos, piezas automotrices y maquinaria industrial dependen de este paso para validar sus diseños. Por ejemplo, probar la tensión en piezas mecánicas, como bisagras flexibles o sujetadores, exige patrones de tensión que solo se pueden encontrar utilizando un prototipo moldeado por inyección. El uso de prototipos probados físicamente hechos de nailon o polipropileno puede confirmar que estas piezas durarán durante las pruebas de fatiga del ciclo de vida sin romperse.

El moldeo por inyección para prototipos ahorra tiempo, minimiza riesgos y proporciona piezas reales para la validación. Con herramientas de aluminio y termoplásticos, este método permite a los diseñadores probar el rendimiento, modificar la geometría y producir piezas en bajo volumen sin gastar mucho dinero en herramientas de acero para alto volumen.