Según algunos expertos, 5.9 millones de toneladas de productos plásticos se moldeará por inyección en 2024. Para 2029, se espera que este valor alcance los 7.24 millones. Dado el inmensa popularidad Hoy en día, con la creciente demanda de productos moldeados por inyección de plástico, esto no debería sorprendernos.
En este artículo, Examinar el moldeo por inyección de plástico en detalle, incluyendo los pasos que conforman el proceso, los componentes de las máquinas, los materiales utilizados y más. También examinaremos cómo se compara el moldeo por inyección con el cada vez más popular proceso de impresión 3D.
¿Qué es el moldeo por inyección de plástico?
El moldeo por inyección de plástico es un proceso de formación en el que un material plástico se transforma en un estado fundido y se inyecta en un molde herméticamente cerrado. El material fundido se mantiene dentro del molde hasta que fragua y asume la forma del molde, formando la pieza de plástico.
El moldeo por inyección se puede utilizar para fabricar productos utilizando diferentes polímeros, incluyendo termoestables y elastómeros. Sin embargo, este proceso se asocia principalmente con termoplásticos.
Las empresas que utilizan o venden productos plásticos pueden elegir entre una amplia gama de procesos de fabricación, incluyendo moldeo por compresión, moldeo por soplado, extrusióny moldeo rotacional. Sin embargo, el moldeo por inyección se utiliza más ampliamente debido a beneficios como:
- Complejidad del diseño: El moldeo por inyección se puede utilizar para fabricar piezas con un alto grado de detalle y complejidad. Esto se debe a la naturaleza del proceso, además de los avances realizados en el diseño de moldes y el mecanizado.
- Consistencia: El moldeo por inyección permite un control más estricto de los parámetros del proceso. Se puede utilizar un solo molde para producir millones de piezas con poca variación entre ellas.
- Bajo costo unitario: El moldeo por inyección tiene un costo unitario muy bajo cuando se utiliza para la producción en masa. Esto se debe a que el coste de un único molde, el componente más caro, puede repartirse entre millones de piezas individuales.
- Calidad: Un control más estricto del proceso y un alto grado de automatización significan que el moldeo por inyección puede lograr productos de mayor calidad que otros procesos de formación de plástico.
- Eficiencia energética y material: Cuando se utiliza para la producción en masa, el moldeo por inyección utiliza muy poca energía para producir cada pieza. Los moldes cerrados también provocan un desperdicio mínimo de material.
Proceso de fabricación de moldeo por inyección de plástico
El proceso de moldeo por inyección de plástico se puede resumir en: cinco pasos a continuaciónDebido a la naturaleza cíclica de la producción, algunos pasos se realizan simultáneamente. Esto agiliza el proceso y reduce los tiempos de producción.
#1: Alimentación de materiales
La herida material plástico Se introduce en el barril de la máquina a través de una tolva. El material suele estar en forma de pellets y puede ser virgen, reciclado, o una mezcla de los dos.
Dentro del cañón se encuentran los perdigones de plástico. derretido por una combinación de presión Del tornillo y el calor de los elementos calefactores externos al cilindro. La temperatura del material fundido debe controlarse cuidadosamente para garantizar que la pieza se pueda inyectar y conformar eficientemente.
#2: Sujeción del molde
Las diferentes partes del molde se sujetan entre sí bajo una gran presión. La cavidad dentro del molde sujetado determinará la forma del producto final. El molde debe sujetarse a alta presión para... evitar el material fundido de fugas fuera de la cavidad.
#3: Inyección en molde
Cuando el plástico fundido alcanza el final del barrilLa compuerta utilizada para la inyección se abre y el material fundido en la parte frontal del cilindro se introduce a alta presión en la cavidad del molde. Esto se logra mediante el movimiento de avance del tornillo reciprocante.
La presión de sujeción e inyección debe equilibrarse para limitar la rebaba (desbordamiento de material).
#4: Sostener y Enfriar
Durante la fase de sujeción, el tornillo permanece en su lugar después de alcanzar la presión correcta, esto tiene tres beneficios notables, es decir:
- Garantiza que la cavidad del molde esté completamente llena de material.
- Previene el reflujo del material hacia el barril.
- Reduce la contracción de la pieza moldeada.
Después de sujetarla, la pieza se mantiene dentro del molde un poco más de tiempo para Dale suficiente tiempo para enfriarse, solidificarse y conservar su forma correcta antes de ser expulsado.
#5: Expulsión y posprocesamiento
Una vez que la pieza tiene enfriado suficientemente, las mitades del molde se separan y la pieza formada se cae o se expulsa mediante placas o pasadores expulsores.
Dependiendo de la pieza, algunos Postprocesamiento Es posible que sea necesario realizar una revisión antes de empaquetar y enviar la pieza. Esto podría ser la eliminación de flash, grabado con láser, etc. El posprocesamiento puede ser automatizado o manual.
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Componentes de la máquina de moldeo por inyección
Las piezas de las máquinas de moldeo por inyección de plástico pueden ser dividido en tres. Estos son los componentes de la unidad de inyección, el molde y la unidad de sujeción.
Unidad de inyección
La unidad de inyección consta de tolva, barril, tornillo alternativoy bandas calefactoras. Estos cumplen las siguientes funciones:
- Tolva: Esta es la abertura a través de la cual se introducen los pellets de plástico en el cañón.
- Barril: Esta es la carcasa del tornillo reciprocante. Contiene los gránulos de polímero en un extremo y el material fundido en el extremo con compuerta.
- Tornillo alternativo: El movimiento giratorio y alternativo del tornillo empuja el material de un extremo al otro del cilindro. El tornillo también aplica la presión necesaria para inyectar el material fundido en el molde.
- Bandas calefactoras: Estos se colocan fuera del cañón para calentarlo, ayudando a fundir el material plástico y mantenerlo a una temperatura específica antes de la inyección.
Moho
El molde es la pieza que le da al plástico fundido la forma deseada. Consta de dos o más partes separadas que se sujetan entre sí para formar la cavidad con la forma del producto final.
Las piezas típicas del molde son:
- Cavidad: Esta pieza es fija y crea el espacio en el que se inyecta el material plástico.
- Núcleo: El núcleo es la parte móvil del molde y encaja en la cavidad para crear la forma de la pieza final.
- Acción secundaria: Son insertos que se utilizan para lograr socavados en los diseños de moldes.
- Canales de refrigeración: Estos permiten que un medio de enfriamiento pase a través del molde para enfriar la pieza más rápido.
- Pasadores eyectores/placas eyectoras: Estos ayudan a retirar la parte enfriada del molde.
En cualquier proyecto de fabricación, el molde suele ser El componente más caro. Las demás piezas de la máquina de moldeo por inyección de plástico pueden reutilizarse para fabricar diferentes productos. El molde debe reemplazarse para cada nuevo producto. Incluso un pequeño cambio en el diseño de la pieza puede requerir el mecanizado de un nuevo molde.
Para series largas de producción, se utiliza acero de alta resistencia. El mecanizado de estos materiales es costoso y puede encarecerse aún más si... La parte final es muy compleja y requiere un alto grado de precisión. Para reducir estos costos, prototipado Se puede realizar con materiales más baratos.
Unidad de sujeción
La unidad de sujeción aplica la presión que mantiene el dos mitades del molde En su lugar. Consiste en una platina móvil conectada al núcleo del molde. El movimiento se logra mediante un sistema hidráulico, un mecanismo de palanca o un módulo magnético.
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Tipos de moldeo por inyección de plástico
Existen diferentes formas de moldeo por inyección para diferentes tipos de materiales, como el moldeo por inyección de termoendurecedores y moldeo por inyección de caucho de silicona líquidaSin embargo, incluso los termoplásticos normales se pueden moldear de más de una manera.
Moldeo por inyección convencional
Este es el proceso de moldeo por inyección descrito anteriormente. Un adecuado material termoplástico se funde y se inyecta en un molde y dejar enfriar. El material fundido se solidifica en la forma creada por las dos mitades del molde.
El moldeo por inyección convencional es uno de los procesos más utilizados. Su simplicidad facilita la fabricación de millones de productos con un solo molde. Este proceso se utiliza en la fabricación de productos como... tapas de botellas.
Moldeo por inyección multidisparo
Esta es una forma de moldeo por inyección de múltiples materiales que utiliza dos o más unidades de inyección. Estas unidades de inyección contienen diferentes materiales que son inyectado secuencialmente, creando un efecto de capas.
El moldeo por inyección de múltiples disparos se puede lograr girando el molde de una unidad de inyección a otra o diseñando el molde con dos puertas.
El moldeo por inyección multidisparo se utiliza para lograr diferentes efectos Incluye la fabricación de piezas multimateriales o la creación de una superficie suave al tacto en una pieza. Entre los productos fabricados con este método se incluyen cepillos de dientes, vasos de plástico, carcasas para herramientas eléctricas, etc.
Moldeo por microinyección
Se trata del moldeo por inyección de piezas que pesan entre 0.1 y 1 gramo. Las piezas también deben tener tolerancias entre 10 y 100 micras.
El proceso básico del moldeo por inyección convencional todavía se aplica al moldeo por microinyección, pero el moldeo por inyección a esta escala requiere consideraciones especiales. Éstos incluyen:
- Micro moldes: Los moldes utilizados para este proceso son prácticamente de tamaño reducido. Su mecanizado requiere herramientas y técnicas especiales, como CNC y EDM de precisión.
- Tamaño de disparo: La cantidad de material inyectado en el molde puede ser de fracciones de gramo. Esto requiere unidades de inyección capaces de alcanzar una resolución de alimentación muy alta.
- Precisión: Los tamaños y aplicaciones de las piezas fabricadas con este método significan que tienen tolerancias menores que las piezas fabricadas con otros procesos de moldeo por inyección.
El moldeo por microinyección se utiliza para fabricar piezas de plástico para muchas aplicaciones, incluidas Componentes de teléfonos inteligentes, sistemas de administración de medicamentos, componentes de audífonos, piezas de motor, etc.
Moldeo con Insertos
El moldeo por inserción es una forma de moldeo por inyección en el que el material se inyecta sobre un plástico existente o pieza metálica. Por ejemplo, el material se puede inyectar sobre roscas metálicas para crear una pieza de plástico con hilos más fuertes.
El plástico fundido se enfría alrededor del inserto, creando una unión permanente entre ambos. Esto da como resultado una pieza resistente pero... Piezas ligeras.
En este proceso, el inserto se coloca dentro del molde antes de la inyección. Esto puede hacerse manualmente o automatizarse para lograr mayor calidad y consistencia, así como tiempos de ciclo más cortos. Algunos ejemplos de piezas fabricadas mediante moldeo por inserción incluyen: enchufes eléctricos, tornillos de fijación, clavijas con cabeza de plástico, etc.
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¿Cómo se elige el material plástico para el moldeo por inyección?
La selección del material es un punto crítico en el proceso de moldeo por inyecciónEl material elegido afectará los parámetros del proceso, los tiempos de producción y los materiales del molde. Y lo que es más importante, el material también... afectar la idoneidad de la pieza terminada para la aplicación.
Termoplásticos semicristalinos versus amorfos
Los plásticos utilizados para el moldeo por inyección suelen ser: semicristalino o amorfoEn los plásticos amorfos, la polímero Las cadenas que forman la estructura molecular están entrelazadas aleatoriamente. En los polímeros semicristalinos, las cadenas poliméricas están estructuradas de alguna manera.
Esta diferencia en la estructura molecular Afecta ciertas cualidades de los termoplásticos, incluyendo su respuesta al calor, la transparencia, resistencia químicay resistencia a la fatiga. Las cualidades comunes de los termoplásticos semicristalinos incluyen:
- Alta opacidad
- Puntos de fusión agudos
- Alta resistencia a la fatiga
- Buena resistencia química
- No se unen fácilmente usando solventes y adhesivos.
Ejemplos comunes de termoplásticos semicristalinos son el polipropileno, tereftalato de polietileno (PET), y HDPE.
Por otro lado, los termoplásticos amorfos presentan cualidades como:
- Facilidad de moldeo
- Alta transparencia
- Baja resistencia química
- Se puede unir mediante disolventes y adhesivos.
- Suavizar en un rango de temperatura más amplio
Ejemplos de termoplásticos amorfos son el policarbonato, el poliestireno, el ABS y acrílico.
La elección del termoplástico amorfo o semicristalino será... Depende de las características específicas de la aplicación. Los plásticos semicristalinos son buenos para aplicaciones donde se espera un alto grado de desgaste, mientras que los termoplásticos amorfos se limitan mejor a aplicaciones estructurales.
Sin embargo, hay otras consideraciones importantes a tener en cuenta también.
Consideraciones al elegir materiales de moldeo por inyección
La selección de un termoplástico específico para un proyecto de moldeo por inyección viene dictada por la aplicación de la pieza final.
1. Temperatura de funcionamiento
El rendimiento de los plásticos cambia a temperaturas muy frías o altas. Al elegir el material se deben tener en cuenta las temperaturas extremas de la aplicación, ya que los distintos plásticos responden de manera diferente a estos extremos.
Tanto el acrílico como el ABS son amorfos, pero el acrílico es más resistente a la temperaturat. Esto significa que puede funcionar a temperaturas más altas que el ABS.
2. Exposición a los elementos
Ciertos plásticos solo deben considerarse para el moldeo por inyección si la aplicación será... Estar en el interior.
En exteriores, las piezas de plástico pueden estar expuestas a temperaturas altas y bajas, cambios extremos de temperatura, UVy humedad.
Estos factores pueden contribuir a la degradación más rápida de los plásticos Como el PLA. Materiales como el polipropileno se comportan mejor en exteriores.
3. Fuerza
Si una pieza de plástico se somete a una carga, debe tener la resistencia necesaria para soportarla. Algunos ejemplos de piezas de plástico sometidas a cargas incluyen:
- Accesorios de tubería expuestos a altas presiones internas de líquidos o gases.
- Engranajes de plástico utilizados para transferir movimiento.
- Perchas de plástico que se utilizan para sujetar piezas, etc.
Diferentes tipos de fortalezas También debe considerarse. Algunos materiales tienen una excelente resistencia a la tracción, pero poca resistencia a la compresión o a la flexión. Esto significa que debe considerar la forma específica en que se cargará la pieza.
4. Exposición química
Los plásticos responden de manera diferente a los productos químicos. Por ejemplo, El ABS reacciona con la acetona. y no debe usarse en un entorno donde se use o almacene acetona en exceso. Investigue cómo se comporta cualquier plástico que esté considerando usar cuando se expone a Diferentes productos químicos para evitar fallos prematuros.
5. Seguridad
Si una pieza moldeada por inyección estará en contacto con la piel humana o se utilizará para comer, debe estar certificada. seguro para esa aplicación.
Muchos plásticos de uso cotidiano no son seguros para los alimentos y pueden provocar diferentes reacciones si entran en contacto con contacto con la piel humana. Esto es especialmente importante cuando habrá exposición repetida o prolongada.
6. Costo
Los plásticos generalmente se consideran económicos, pero hay diferentes tipos de plástico y algunos son más caro que otros.
Algunos plásticos se han utilizado masivamente durante más tiempo y se han establecido cadenas de suministro y demandas predecibles. También pueden ser más fáciles de fabricar y, por lo tanto, más económicos. Otros se encuentran en el extremo opuesto y, por lo tanto, cuestan más.
El costo unitario de elegir un plástico sobre otro puede parecer mínimo, pero cuando se fabrican millones de piezas, el impacto de la El material más caro será significativo.
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Impresión 3D versus moldeo por inyección
El auge de la impresión 3D ha dado lugar a comparaciones entre estos dos tecnologías de fabricación. Sin embargo, hay muchos aspectos importantes Diferencias entre productos moldeados por inyección e impresos en 3D.. La siguiente tabla resume cómo se comparan estas dos tecnologías.
| Propiedad | Moldeo por inyección | Impresión 3D |
|---|---|---|
| Costo | Altos costos de instalación, bajo costo de piezas | Bajo costo de instalación, alto costo de pieza. |
| Capacidad | Miles o decenas de miles de piezas por día | <100 piezas por día dependiendo del tamaño |
| Plazos de entrega | Plazos de entrega prolongados debido al tiempo necesario para diseñar y mecanizar el molde. | Plazos de entrega cortos |
| Tamaño de parte | Puede ser muy pequeño, muy grande y cualquier cosa intermedia. | Las impresoras 3D comerciales más grandes suelen tener un tamaño limitado de 1 m3. |
| Flexibilidad de diseño | Los cambios de diseño no se pueden implementar fácilmente. | Los cambios de diseño son fáciles de implementar. |
| Acabado de la superficie | Sin líneas de capa | Algunas tecnologías de impresión 3D tienen líneas de capa visibles. |
A pesar de la percepción de muchas personas, moldeo por inyección e impresión 3D En su mayor parte, no son tecnologías competidoras. Cada tecnología tiene ventajas especificas que lo convierten en una opción ideal para ciertas aplicaciones.
El moldeo por inyección de plástico es la opción estándar para la producción en masa. El alto costo por pieza asociado con la impresión 3D y la baja velocidad de fabricación de cada pieza lo convierten en una opción poco ideal. El moldeo por inyección también es... la mejor elección donde específico acabados superficiales se desean o si una pieza requiere diferentes materiales o inserciones.
Por otro lado, la impresión 3D es imbatible cuando los plazos de producción son extremadamente cortos o cuando los bajos volúmenes de fabricación encarecen demasiado la producción de moldes. También es la opción ideal para la creación de prototipos. cuando se deben probar diferentes iteraciones del mismo producto.
Desafíos y consideraciones en el moldeo por inyección de plástico
Hay ciertos desafíos Es necesario planificar al considerar el moldeo por inyección. Si no se abordan adecuadamente, estos desafíos pueden minar el éxito del proyecto.
Consideraciones de diseño
Los moldes de moldeo por inyección deben ser diseñado con moldeo por inyección Además de la precisión y la consistencia, el diseño del molde debe facilitar una producción rápida y Fácil expulsión de piezas. También debe tener características tales como orificios de ventilación, bebederos, compuertas y canales de enfriamiento en los lugares correctos.
Los moldes mal diseñados pueden provocar defectos y tiempos de ciclo de moldeo por inyección prolongados.
Costos de herramientas
El moldeo por inyección viene con un alto coste inicial. Esto se debe principalmente al costo del molde. Si el volumen de producción es bajo, se debe considerar el uso de materiales de molde más económicos, como el aluminio.
Control de calidad
El control de calidad puede hacer o deshacer el proyecto de moldeo por inyección. Puede terminar con piezas defectuosas debido a un mal diseño del molde, un mal control del proceso, materiales de baja calidad, defectos del molde, etc.
Se deben implementar medidas de control de calidad en todas las etapas del proceso de moldeo por inyección de plástico para Detectar estos problemas a tiempo y limitar su impacto sobre el proyecto en general.
Existen medidas automatizadas que se pueden implementar en la línea de producción y medidas fisicas que requieren operadores en el piso de producción y un buen sistema de comunicación.
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Conclusión
El moldeo por inyección de plástico sigue siendo uno de los procesos de fabricación más importantes del mundo. A pesar de su elevado coste de preparación, ningún otro proceso es tan... rentable para la producción en masa.
Hay Diferentes tipos de procesos de moldeo por inyección de plástico Hoy en día, la lista de materiales compatibles es extensa. Si decide utilizar el moldeo por inyección de plástico, recuerde trabajar con expertos que puedan ayudarle a obtener los mejores resultados de este proceso.
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