Diferentes tipos de procesos de moldeo por inyección – Una visión general

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El moldeo por inyección es un proceso muy eficaz y versátil para fabricar piezas de plástico. Permite fabricar productos complejos utilizando una gran variedad de materiales en un plazo de tiempo muy breve. En consecuencia, el proceso ha ido evolucionando con el paso de los años. Cada año se introducen nuevas variantes que mejoran su capacidad, sostenibilidad y rentabilidad. Toda la gama de procesos de moldeo por inyección abarca diversos materiales, mecanismos y métodos de suministro, entre otros.

Tipos de moldeo por inyección

Los procesos de moldeo por inyección pueden clasificarse de varias maneras, dependiendo de los criterios utilizados para la clasificación. Estos criterios pueden incluir el principio de funcionamiento del proceso, el tipo de plástico utilizado en el proceso de moldeo por inyección, los tipos de sistemas de canalización, las especificaciones del producto final y otros factores relevantes.

Para ofrecer una visión global, examinaremos en primer lugar una clasificación basada en el tipo de material utilizado, seguida de una clasificación que pone de relieve las características únicas de los distintos procesos de moldeo por inyección.

Clasificación basada en el material

• Moldeo por inyección de termoplásticos
• Moldeo por inyección de termoestables
• Moldeo por inyección de metales (MIM)

Moldeo por inyección de termoplásticos

El moldeo por inyección de termoplásticos es uno de los métodos más populares y versátiles para crear productos de plástico ligeros y duraderos. Los polímeros termoplásticos son materiales reciclables que pueden volver a moldearse una vez que el producto ya no es necesario. Se ablandan al calentarse y se solidifican al enfriarse, lo que permite repetir este proceso para producir nuevos artículos a partir de los antiguos. Además, este método suele ser más rentable que otros procesos de fabricación.

El moldeo por inyección de termoplásticos se utiliza para fabricar una gran variedad de productos de consumo, industriales y médicos. Algunos ejemplos son:

• Productos de consumo: Sillas, ropa (fibras sintéticas), juguetes, electrodomésticos, contenedores, productos de limpieza y mucho más.
• Productos industriales: Bombas, engranajes, cuerdas, contenedores y mucho más.
• Productos médicos: Implantes médicos, herramientas de diagnóstico, dispositivos respiratorios, equipos de anestesia, tubos, envases médicos, alineadores dentales, sellos para jeringuillas, apósitos para heridas, máscaras de oxígeno, bolsas para respiradores y férulas para fracturas, esguinces y torceduras.

Moldeo por inyección de termoestables

A diferencia de los polímeros termoplásticos, los polímeros termoestables están diseñados para un solo uso y no pueden reciclarse. Este proceso se utiliza a menudo para fabricar piezas de recambio metálicas a partir de plástico en sectores como el aeroespacial, el automovilístico, el industrial y el médico.

El moldeo por inyección de termoestables es similar al moldeo de termoplásticos. En este proceso, se calienta un material termoestable y se inyecta en un molde donde se fija y cura permanentemente. Un ejemplo común de material termoestable es el epoxi. Una vez que el epoxi se vierte en un molde, se sufre una reacción química irreversible y se endurece permanentemente.. No puede refundirse ni remodelarse para crear nuevos productos.

El moldeo por inyección de termoestables puede ser bastante rentable para grandes series de producción en comparación con los procesos de fabricación tradicionales. También es rápido, repetible y ofrece una amplia gama de opciones de materiales para satisfacer los requisitos específicos de diversos productos. Algunos ejemplos de productos fabricados mediante moldeo por inyección de termoestables son:

• Productos aeroespaciales: Estructura de aeronaves, componentes de motores e interiores, revestimientos protectores, adhesivos, sellantes y mucho más.
• Productos de automoción: Salpicaderos, parachoques, guardabarros, pilares A, componentes de motor, pastillas de freno, piezas de encendido, interruptores eléctricos, paneles de carrocería, escudos térmicos, asientos y mucho más.
• Productos industriales: Carcasas de bombas, tuberías, válvulas, engranajes, aisladores, disyuntores, paneles de equipos, sistemas de contención y mucho más.

Moldeo por inyección de metales

El moldeo por inyección de metales es una variante del moldeo por inyección de plásticos en la que se inyecta polvo fino de metal mezclado con un aglutinante polimérico en un molde para crear piezas metálicas. Tras el moldeo, se elimina el aglutinante y se sinteriza la pieza. Las piezas MIM sinterizadas alcanzan normalmente entre el 96 y el 99% de la densidad teórica de la aleación (casi forjadas), y el prensado isostático en caliente (HIP) opcional puede aumentar aún más la densidad (a menudo hasta el 99,5%) para aplicaciones exigentes.

El proceso destaca en componentes pequeños y complejos (a menudo ≤100 g), lo que permite paredes finas y características de forma de red. Hay que tener en cuenta que, aunque la inyección es rápida, el plazo de entrega total depende del desbobinado y la sinterización, y el rendimiento se consigue procesando muchas piezas por lote de horno.

Categorización basada en características especiales

Algunos procesos de moldeo por inyección se personalizan para productos o características de diseño específicos. En esta sección examinaremos los siguientes procesos únicos de moldeo por inyección:

• Moldeo en cubo
• Moldeo por inyección asistida por gas
• Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida
• Moldeo por inyección de pared delgada
• Moldeo de espuma estructural
• Micro moldeo por inyección
• Moldeo por inyección de reacción
• Moldeo por inyección de núcleo fusible
• Sobremoldeo y moldeo por inserción

Moldeo en cubo

El moldeo en cubo es una forma especializada de proceso de moldeo por inyección que utiliza un molde en forma de cubo para producir componentes de plástico circulares.. El cubo puede girar a lo largo del eje vertical, lo que permite utilizar sus múltiples lados para moldear diversas piezas. Aunque esta tecnología es relativamente nueva, hace gala de una gran eficacia y puede reducir el tiempo de producción por componente a menos de 0,25 segundos, lo que ofrece alrededor de un 40% de reducción en los tiempos de ciclo.

El proceso utiliza múltiples líneas de separación que se inyectan secuencialmente con material para crear piezas multimaterial o multicomponente. El molde cúbico se gira 90° o 180° entre inyecciones sucesivas. Mientras que la segunda inyección se produce en un lado, la primera se repite en otro lado del cubo. Esto permite que la inyección, el enfriamiento y la expulsión de la pieza se realicen simultáneamente en varios lados, duplicando así la productividad.

El moldeo en cubo ofrece varias ventajas, como la reducción de las necesidades de espacio (mayor producción por superficie ocupada), la capacidad de producir piezas muy complejas utilizando múltiples materiales y colores, y tiempos de ciclo rápidos (hasta 10.000 piezas por hora). También admite diversas aplicaciones, lo que permite crear fácilmente piezas de uno, dos o tres componentes. Además, existe un alto potencial de automatización, ya que operaciones como insertar, desenroscar, ensamblar y probar pueden automatizarse para lograr una calidad constante sin intervención humana. Otras ventajas son una menor fuerza de sujeción y la compatibilidad con la producción de grandes volúmenes.

Moldeo por inyección asistida por gas

Moldeo por inyección asistida por gas utiliza gas a presión para crear espacios huecos o cavidades dentro de la pieza moldeada. Los gases ejercen la misma presión en todas las direcciones cuando están contenidos en un entorno cerrado. Esta propiedad se aprovecha en este proceso de moldeo por inyección para garantizar un espesor de pared uniforme en todo el componente moldeado.

Los productos finales de este proceso de moldeo presentan un acabado liso, brillante y de alta calidad. Además, el proceso requiere menores presiones de sujeción, lo que a su vez reduce los costes y el desgaste de la máquina de moldeo.

Como el gas llena las secciones más gruesas, también disminuye la probabilidad de que aparezcan marcas de hundimiento en la pieza.

Las marcas de hundimiento son depresiones poco profundas en la superficie de las piezas moldeadas por inyección que se producen debido a un enfriamiento desigual. La superficie se enfría más rápidamente que el material del núcleo, lo que hace que éste tire del material de la superficie hacia dentro y deje pequeñas depresiones en forma de cráter en la superficie.

Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida

Este proceso de moldeo por inyección de silicona líquida utiliza silicona, un polímero termoendurecible conocido por sus propiedades únicas, como el acabado liso de la superficie, el aspecto de alta calidad, la durabilidad, la biocompatibilidad, la estabilidad térmica y una excelente resistencia eléctrica y química.

A diferencia de los materiales típicos de moldeo por inyección, la silicona permanece en estado líquido a temperatura ambiente y puede verterse directamente en la máquina de moldeo sin necesidad de calentarla. Sin embargo requiere vulcanización, un proceso en el que el caucho se endurece mediante calor y azufre..

Moldeo por inyección de pared delgada

La creación de paredes finas supone un reto importante en el moldeo por inyección. Para aplicaciones especializadas de producción en serie, el uso del proceso de moldeo por inyección de paredes finas es considerablemente más eficaz. Este método emplea equipos especializados diseñados para fabricar productos de pared delgada para diversas aplicaciones.

El grosor de un producto depende en gran medida de su tamaño. Para componentes pequeños, las paredes finas pueden tener un grosor inferior a 0,5 mm. Por el contrario, las piezas más grandes pueden tener espesores significativamente mayores y seguir necesitando equipos de moldeo por inyección de pared delgada. El factor diferenciador clave en este proceso es la relación longitud/espesor del flujo, con algunos componentes que presentan una relación superior a 200.

El moldeo por inyección de pared delgada ofrece varias ventajas, como la gran eficiencia del material, la rapidez de los ciclos y el ahorro de costes. Esta técnica se emplea habitualmente para fabricar contenedores, cajas y carcasas de equipos.

Moldeo por inyección de espuma estructural

El moldeo de espuma estructural utiliza gases mezclados con los plásticos para forzar el material plástico contra las paredes del molde. Este proceso es una forma de moldeo por inyección a baja presión.

En este proceso, los polímeros termoplásticos y termoestables se mezclados con gas nitrógeno durante la fase de fusión y se inyecta en el molde. La incorporación de nitrógeno induce la formación de espuma en el material. El gas diluye el núcleo a la vez que empuja el material hacia fuera, hacia las paredes del molde.. Cuando el material entra en contacto con las paredes frías del molde, las burbujas de espuma se colapsan y el material se solidifica, lo que produce un aumento de la densidad en las paredes. En consecuencia, se produce un capa exterior sólida con un núcleo más ligero..

El moldeo por inyección de espuma estructural no requiere moldes de acero debido al uso de presiones más bajas. En su lugar, se utiliza aluminio u otros metales más ligeros, lo que lo hace más rentable. Las piezas acabadas pueden ser más grandes que las producidas con otros procesos de moldeo por inyección, por lo que resulta adecuado para fabricar componentes de mayor tamaño, como techos de coches, carcasas, palés de plástico, paneles embellecedores, cubiertas de equipos de gran tamaño, cerramientos de quioscos, etc.

El proceso es muy rentable, y el aumento de la porosidad proporciona a los componentes un aislamiento térmico y acústico excepcional. Sin embargo, tiene varios inconvenientes, como la menor velocidad de producción, la necesidad de paredes gruesas (al menos 6 mm o 1/4 de pulgada), un mayor postprocesado y acabados superficiales más rugosos.

Micro moldeo por inyección

El micro moldeo por inyección es un proceso especializado de moldeo por inyección que produce componentes plásticos en miniatura que suelen pesar menos de un gramo. Estas piezas se utilizan en microengranajes, jeringuillas y agujas médicas, microimplantes, conectores y placas de circuitos electrónicos. Este proceso se caracteriza por su alta precisión, ya que las piezas deben ajustarse a rangos de tolerancia medidos en micras. Además, pueden incorporar características intrincadas, como paredes finas y microagujeros.

El proceso de producción es similar al moldeo por inyección estándar, pero funciona a escala microscópica. La máquina de moldeo por inyección está equipada con una unidad de microinyección para alojar los componentes pequeños. Se inyectan con precisión en el molde cantidades de material que pesan meras fracciones de gramo. De lo contrario, características insignificantes como las líneas de partición pueden hacer o deshacer una pieza en el moldeo por microinyección.

Las piezas moldeadas por microinyección se utilizan cada vez más en la industria médica por sus ventajas de tamaño. Estos componentes permiten la realización segura de cirugías mínimamente invasivas, como la neurocirugía y los procedimientos aórticos.

Moldeo por inyección de reacción

El moldeo por inyección de reacción (RIM) utiliza dos o más polímeros líquidos reactivos para producir componentes resistentes y duraderos. Los dos monómeros, normalmente una resina y un endurecedor, se combinan en una cámara de mezcla especializada para formar una mezcla homogénea. Una vez preparada, esta mezcla se inyecta en el molde a presiones relativamente bajas (hasta 100 bares) hasta que la cavidad del molde se llena por completo.

La mezcla se somete a un reacción exotérmica dentro del molde, que puede ir acompañada de emisiones de gas o formación de espuma, seguida de solidificación. A continuación, los componentes sólidos se expulsan del molde y se envían para su tratamiento posterior, según sea necesario.

Algunos procesos pueden implicar la incorporación de materiales de refuerzocomo fibras de vidrio o micapara aumentar la resistencia y la rigidez de la pieza final. Estos procesos se dividen en dos categorías: moldeo por inyección de reacción estructural y moldeo por inyección de reacción reforzada.

En RIM estructuralCuando se inyecta la mezcla líquida, se colocan agentes de refuerzo, como mallas de fibra de carbono, en la cavidad del molde. A medida que la mezcla se solidifica alrededor de las fibras, la estructura de éstas aumenta la resistencia del componente.

En RIM reforzadolos agentes de refuerzo, como la fibra de vidrio y la sílice, se combinan con la mezcla líquida antes de la inyección.

Moldeo por inyección de núcleo fusible

El moldeo por inyección con núcleo fusible, también conocido como moldeo por inyección con núcleo perdido, es una variante especializada del proceso de moldeo por inyección utilizado para crear cavidades internas o socavados que no se pueden conseguir con machos desmoldeables. Los machos desmoldeables son aquellos que pueden retirarse de las piezas tras el proceso de inyección.

En estos casos, utilizamos machos fusibles que o bien se disuelven solos o pueden fundirse posteriormente para separarlos de la pieza acabada. Este proceso se denomina moldeo por inyección de núcleo soluble cuando el núcleo está compuesto de plástico.

El moldeo por inyección con núcleo fusible consta de tres etapas principales: preparación del núcleo, inserción del núcleo en el molde y disparo del molde, y retirada de las piezas acabadas y fusión del núcleo.

El núcleo puede consistir en un metal de bajo punto de fusión, como una aleación de estaño y bismuto, o un polímero soluble. Estos materiales suelen tener una temperatura de fusión en torno a los 150 °C. Es crucial garantizar que los núcleos no sean porosos para evitar defectos en el producto final. Además, los núcleos de polímero ofrecen la ventaja de poder fabricarse internamente con máquinas de inyección convencionales.

A continuación, los machos se introducen en el molde. Este proceso puede ser tan sencillo como colocar el núcleo y cerrar el molde. Sin embargo, para piezas más complejas, la automatización proporciona resultados superiores gracias a su mayor precisión y velocidad. Una vez que el núcleo está bien colocado y el molde cerrado, se inyecta plástico fundido en el molde. Una vez solidificado, el núcleo se extrae del molde mediante un baño caliente o por calentamiento por inducción.

Aunque el primer proceso de moldeo por inyección con núcleo fusible se patentó en 1968, no se generalizó hasta que el sector del automóvil recurrió a él para fabricar piezas como colectores de admisión y carcasas de frenos.

Sobremoldeo y moldeo por inserción

El sobremoldeo es un tipo especializado de proceso de moldeo por inyección que implica la el moldeo secuencial de dos o más piezas de plástico una sobre otra, a través de múltiples estaciones para crear una pieza multimaterial. Este proceso utiliza múltiples unidades de inyección que alimentan varias cavidades. En primer lugar se moldea la base, denominada sustrato, y a continuación se moldean las capas superiores a medida que la pieza avanza por las distintas estaciones. Cuando se utilizan dos materiales en el proceso de moldeo, se conoce comúnmente como moldeo por inyección en dos tiempos.

El sobremoldeo permite producir componentes multimaterial, como piezas de plástico con asas de goma. Esta técnica se emplea habitualmente en la fabricación de empuñaduras, cepillos de dientes, pomos, frascos de perfume, etc.

Una variante del sobremoldeo es el moldeo por inserción, que consiste en utilizar un sustrato prefabricado recubierto de material plástico. Por ejemplo, un destornillador metálico puede ir dentro de un mango de plástico. El sustrato se fija dentro del molde y se le inyecta plástico fundido. Los productos moldeados por inserción son omnipresentes y aparecen en diversas formas, como cables, marcapasos, sensores eléctricos, cierres, etc.

La diferencia clave entre ambos procesos es que el sobremoldeo consiste en moldear un plástico similar al caucho alrededor de otro material plástico, mientras que el moldeo por inserción se refiere al moldeo de plástico alrededor de un objeto no plástico.

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