Qué es el moldeo por inyección:

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación para producir piezas en gran volumen. Se usa más típicamente en procesos de producción en masa donde la misma pieza se crea miles o incluso millones de veces en sucesión.

por qué usar moldeo por inyección:

la principal ventaja del moldeo por inyección es la capacidad de escalar la producción en masa., Una vez que se han pagado los costos iniciales, el precio por unidad durante la fabricación moldeada por inyección es extremadamente bajo. El precio también tiende a caer drásticamente a medida que se producen más piezas. Otras ventajas incluyen las siguientes:

  • el moldeo por inyección produce bajas tasas de chatarra en relación con los procesos de fabricación tradicionales como el mecanizado CNC que recortan porcentajes sustanciales de un bloque o lámina de plástico original. Sin embargo, esto puede ser negativo en relación con los procesos de fabricación aditiva como la impresión 3D que tienen tasas de desecho aún más bajas., Nota: el plástico de desecho de la fabricación de moldeo por inyección generalmente proviene de cuatro áreas: el bebedero, los corredores, las ubicaciones de la puerta y cualquier material de desbordamiento que se escape de la cavidad de la pieza en sí (una condición llamada «flash»).

imagen de Ferris.edu

un bebedero es simplemente el canal que guía el plástico fundido desde la boquilla de la máquina de moldeo por inyección hasta el punto de entrada de toda la herramienta de moldeo por inyección. Es una parte separada de la propia herramienta de molde., Un corredor es un sistema de canales que se encuentran con el bebedero, típicamente dentro o como parte de la herramienta de molde, que guía el plástico fundido en las cavidades de la pieza dentro de la herramienta de molde. Hay dos categorías principales de corredores (calientes y fríos) que puedes leer aquí. Por último, la puerta es la parte del canal después del corredor que conduce directamente a la cavidad de la pieza., Después de un ciclo de moldeo por inyección (normalmente solo segundos de duración), la totalidad del plástico fundido se enfriará dejando plástico sólido en el bebedero, corredores, compuertas, cavidades de las piezas, así como un poco de desbordamiento potencialmente en los bordes de las piezas (si el sello no es 100% correcto).

El material termoestable, como una resina epoxi que cura una vez expuesta al aire, es un material que cura y se quemaría después del curado si se hace un intento de fundirlo. El material termoplástico, por el contrario, es un material plástico que puede fundirse, enfriarse y solidificarse, y luego fundirse nuevamente sin quemarse., Con materiales termoplásticos el material puede ser reciclado se utilizan de nuevo. A veces esto sucede justo en el piso de la fábrica. Muelen los bebederos / corredores y cualquier pieza de rechazo. Luego agregan ese material a la materia prima que entra en la prensa de moldeo por inyección. Este material se conoce como»re-grind». Por lo general, los departamentos de control de calidad limitarán la cantidad de triturado que se permite volver a colocar en la prensa. (Algunas propiedades de rendimiento del plástico pueden degradarse a medida que se moldea una y otra vez)., O, si tienen mucho de él, una fábrica puede vender este re-moler a alguna otra fábrica que puede utilizarlo. Por lo general, el material de triturado se utiliza para piezas de baja calidad que no necesitan propiedades de alto rendimiento.

  • El moldeo por inyección es muy repetible. Es decir, la segunda parte que produce va a ser prácticamente idéntica a la primera, etc. Esta es una característica maravillosa cuando se trata de producir consistencia de marca y confiabilidad de la pieza en la producción de alto volumen.,

Cuál es la desventaja del moldeo por inyección:

los costos iniciales tienden a ser muy altos debido a los requisitos de diseño, pruebas y herramientas. Si va a producir piezas en grandes volúmenes, debe asegurarse de obtener el diseño correcto la primera vez. Eso es más complicado de lo que piensas.,el derecho de diseño incluye:

  • diseñar y luego prototipar la pieza según las especificaciones
    • el desarrollo inicial del prototipo generalmente se completa en una impresora 3D y, a menudo, en un material diferente (como Plástico ABS) que la parte final se construirá en
  • el diseño de una herramienta de moldeo por inyección para una ronda de producción inicial
    • normalmente la generación de 300-1000 prototipos moldeados por inyección en el material de producción requiere el desarrollo de una herramienta de moldeo por inyección.,
  • refinar todos los detalles en la herramienta de moldeo por inyección antes de la producción en masa en una planta de fabricación de moldes de inyección.

los aspectos potencialmente negativos del moldeo por inyección incluyen los siguientes:

  • dos de las principales desventajas del moldeo por inyección son los altos costos de herramientas y los grandes tiempos de entrega requeridos. Las herramientas son casi un proyecto en sí mismo y solo una fase de todo el proceso de moldeo por inyección., Antes de que pueda producir una pieza moldeada por inyección, primero debe diseñar y prototipar una pieza (probablemente a través de CNC o impresión 3D), luego debe diseñar y prototipar una herramienta de molde que pueda producir réplicas de la pieza en volumen. Por último, y por lo general después de extensas pruebas en ambas etapas mencionadas anteriormente, se llega a moldear por inyección una pieza. Como se puede imaginar, toda la iteración necesaria para obtener la herramienta correcta antes de la producción en masa requiere tiempo y dinero. Es raro que usted haría un prototipo de una herramienta de moldeo por inyección., Sin embargo, sucede, especialmente para las piezas que se fabricarán en una herramienta de múltiples cavidades. Por ejemplo, digamos que vamos a moldear por inyección una nueva tapa de botella de champú. Esa tapa probablemente tendría roscas para sujetarla a la botella, una bisagra viva, un cierre a presión y potencialmente también un sobremoldeo. Una empresa puede optar por hacer una sola herramienta de cavidad de esa parte para asegurarse de que todas las características se moldearán como se desee. Después de la aprobación, harán una nueva herramienta, que es capaz de moldear, por ejemplo, 16 tapas a la vez., Primero hacen la herramienta de cavidad única, por lo que si hay algún problema, no tienen que pagar y esperar a que se corrija 16 veces por cada cavidad.

  • debido a que las herramientas generalmente están hechas de acero (un material muy duro) o aluminio, puede ser difícil hacer cambios. Si desea agregar plástico a la pieza, siempre puede hacer que la cavidad de la herramienta sea más grande cortando acero o aluminio. Pero si usted está tratando de quitar el plástico que necesita para disminuir el tamaño de la cavidad de la herramienta mediante la adición de aluminio o metal a la misma., Esto es extremadamente difícil y en muchos casos podría significar la necesidad de desechar la herramienta (o parte de la herramienta) por completo y comenzar de nuevo. En otros casos, es posible que pueda soldar metal en la cavidad que no es deseado.
  • el moldeo por inyección requiere un grosor de pared uniforme. Si tuviera que cortar una sección transversal del molde de Panasonic por encima, notaría que el grosor de la pared es de aproximadamente 2-3 mm de espesor en todo. Evitar que las paredes sean demasiado gruesas es importante para evitar inconsistencias en el proceso de enfriamiento que resulten en defectos como marcas de fregadero., Una buena regla general es mantener las paredes de menos o igual a 4 mm de espesor. Cuanto más gruesas sean las paredes, más material utilizará, más largo será el tiempo de ciclo y más alto será su costo por pieza. Por el contrario, si el grosor de la pared es más delgado que 1 mm o más, puede experimentar problemas para llenar la herramienta del molde (lo que resulta en huecos o disparos cortos). Los diseñadores pueden compensar esta potencialidad utilizando un material con un índice de flujo de fusión más alto como el Nylon, que a menudo es adecuado para paredes tan delgadas como 0,5 mm. diferentes técnicas de fabricación como el CNC no requieren un grosor de pared uniforme en absoluto. ,
  • a menudo las piezas grandes no se pueden producir a través del moldeo por inyección como una sola pieza. Esto se debe a las limitaciones de tamaño de las máquinas de moldeo por inyección y las herramientas de molde en sí. Por ejemplo, de una gran pieza moldeada por inyección considere los carros de la compra en el objetivo. Aunque la maquinaria existe para moldear piezas muy grandes (por ejemplo, prensas de 1000 toneladas aproximadamente del tamaño del vagón de cola de un tren), usarlo es muy caro. Por esta razón, los objetos que son más grandes que la capacidad típica de una máquina de moldeo por inyección se crean con mayor frecuencia en varias piezas., Las máquinas CNC tienen limitaciones similares con respecto al tamaño del producto, mientras que la impresión 3D tiene aún más limitaciones. El CNC se limita al recorrido y al tamaño de la cama en la fresadora, mientras que las piezas grandes impresas en 3D a menudo deben imprimirse en varias piezas y luego unirse.

  • las grandes socavaciones requieren un diseño experimentado para evitar y, a menudo, pueden agregar costos al proyecto.,

Cuáles son algunas de las consideraciones para el moldeo por inyección:

antes de esforzarse por producir una pieza a través del moldeo por inyección, considere algunas de las siguientes cosas:

  1. consideraciones financieras
    1. costo de entrada: preparar un producto para la fabricación moldeada por inyección requiere una gran inversión inicial. Asegúrese de entender este punto crucial por adelantado.,
    2. cantidad de producción
      1. Determine el número de piezas producidas en las que el moldeo por inyección se convierte en el método más rentable de fabricación
      2. Determine el número de piezas producidas en las que espera alcanzar el punto de equilibrio producción, montaje, comercialización y distribución, así como el precio esperado para las ventas). Construir un margen conservador.,
  1. consideraciones de diseño
    1. diseño de la pieza: desea diseñar la pieza desde el primer día con el moldeo por inyección en mente. Simplificar la geometría y minimizar el número de piezas desde el principio dará dividendos en el futuro.
    2. diseño de la herramienta: asegúrese de diseñar la herramienta de molde para evitar defectos durante la producción. Para obtener una lista de 10 defectos comunes de moldeo por inyección y cómo solucionarlos o prevenirlos, lea aquí., Considere las ubicaciones de las puertas y ejecute simulaciones utilizando el software moldflow como Solidworks Plastics.
  1. Consideraciones de Producción
    1. Tiempo de Ciclo: Minimizar el tiempo de ciclo en la medida en que es posible. El uso de máquinas con tecnología de canal caliente ayudará al igual que las herramientas bien pensadas. Los pequeños cambios pueden marcar una gran diferencia y recortar unos segundos del tiempo de ciclo puede traducirse en grandes ahorros cuando está produciendo millones de piezas.
    2. ensamblaje: diseñe su pieza para minimizar el ensamblaje., Gran parte de la razón por la que el moldeo por inyección se realiza en el sudeste asiático es el costo de ensamblar piezas simples durante una ejecución de moldeo por inyección. En la medida en que pueda diseñar el ensamblaje a partir del proceso, ahorrará dinero significativo en el costo de la mano de obra.,

un ejemplo (diseño para moldeo por inyección)

diseñar una pieza que sea adecuada para moldeo por inyección versus una que sea adecuada para mecanizado, conformado térmico o impresión 3D significa tener en cuenta algunas de las diferencias entre las diversas técnicas de fabricación y reconocer cuándo su proyecto se adapta mejor a una u otra. Las piezas típicas que podría querer moldear por inyección incluyen juntas, soportes o carcasas., Por ejemplo, la mayoría de las herramientas electrónicas de consumo están hechas con una carcasa de plástico (carcasa) moldeada por inyección y utilizada para el cuerpo de la herramienta.

considere la carcasa para un taladro eléctrico producido por Panasonic (ver a continuación):

Imagen cortesía de Panasonic

Una de las ventajas más obvias del moldeo por inyección es que la carcasa sirve para múltiples propósitos. En primer lugar, sirve como un controlador para que el usuario final interactúe con., También actúa como un receptáculo para la batería y el motor, así como la ubicación de varios jefes de tornillo que se utilizarán para sujetar el dispositivo una vez que se ensamblen las partes internas. En otras palabras, el moldeo por inyección es extremadamente efectivo cuando necesita organizar muchas partes internas dentro de una carcasa. Como consecuencia, es una forma fantástica de reducir el número total de piezas («Número de piezas»). Cabe destacar que esta parte también es una parte sobremoldeada. Para más información sobre este proceso, lea aquí.,

algunas de las otras razones por las que el moldeo por inyección es una buena opción para este ejemplo incluyen el hecho de que el taladro se está produciendo en gran volumen. Es decir, Panasonic está creando un gran número de copias del mismo mango de perforación. El moldeo por inyección es maravilloso para este tipo de producción de alto volumen porque los altos costos iniciales pagan al fabricante con el tiempo con bajos costos unitarios. Por esta misma razón, el moldeo por inyección puede ser una mala opción para la producción de bajo volumen. Además, hay algunas restricciones de diseño si se usa moldeo por inyección., Por ejemplo, la pieza tiene un grosor de pared casi uniforme (lo cual es importante para evitar defectos), y la pieza está hecha con un material termoplástico (lo que permite que el material plástico sólido se derrita repetidamente para el procedimiento). Si estuviera diseñando una pieza con un material termoestable, el moldeo por inyección sería más matizado. Puede moldear por inyección un material termoestable, pero solo puede hacerlo una vez. Tratar de fundir un plástico termoestable por segunda vez resultará en la quema del material., Del mismo modo, una pieza con un grosor de pared variado requeriría más atención en el diseño de la herramienta de molde para garantizar un enfriamiento uniforme y evitar defectos durante la producción.

conclusión

El moldeo por inyección es una gran tecnología para la producción terminada a gran escala. También es útil para prototipos finalizados que se utilizan para pruebas de consumidores y/o productos. Sin embargo, antes de esta etapa tardía de la producción, la impresión 3D es mucho más asequible y flexible para los productos en las primeras etapas del diseño.