En el mundo de la fabricación de piezas de plástico, cada proceso, ya sea el moldeo por inyección, el mecanizado o la extrusión, ocupa un lugar importante. La confusión respecto a estos procesos persiste en muchas industrias. Esa confusión puede tener efectos profundos en el producto final, tanto en coste como en rendimiento. Afortunadamente, la selección del material y el proceso adecuados para la producción de un componente concreto no es difícil con algunos consejos de los expertos en plásticos. Con un puñado de preguntas y un poco de conocimiento sobre los procesos, un ingeniero no debería tener problemas para conseguir una pieza que ofrezca un gran rendimiento a un coste determinado.En el mundo de la fabricación de piezas de plástico, cada proceso, ya sea el moldeo por inyección, el mecanizado o la extrusión, ocupa un lugar importante. La confusión respecto a estos procesos persiste en muchas industrias. Esa confusión puede tener efectos profundos en el producto final, tanto en coste como en rendimiento. Afortunadamente, la selección del material y el proceso adecuados para la producción de un componente concreto no es difícil con algunos consejos de los expertos en plásticos. Con un puñado de preguntas y un poco de conocimiento sobre los procesos, un ingeniero no debería tener problemas para conseguir una pieza que ofrezca un gran rendimiento a un coste determinado.

Consideraciones sobre el diseño

Antes de decidirse por un proceso o una resina para trabajar, hay que entender algunas cosas. Entre ellas se encuentran:

  1. Requisitos de rendimiento: ¿qué tendrá que hacer la pieza una vez instalada y qué tipo de fuerzas y tensiones tendrá que soportar?
  2. Atributos dimensionales – ¿Cuál es el tamaño y la forma requeridos del componente fabricado -, y qué cualidades superficiales necesitará?
  3. Coste objetivo – ¿Con qué presupuesto se puede trabajar? ¿Cómo puede ese presupuesto maximizar el rendimiento de las piezas manteniéndose en el objetivo o por debajo de él?

Para los ingenieros de diseño, las dos primeras son elementales y requieren poco más que conocimientos aplicados para responder. Sin embargo, el coste es algo que rara vez se entiende bien. Ello se debe a que en muchos sectores se da por sentado que los componentes de plástico son siempre menos caros que los de otros materiales, concretamente el metal. Esa es una suposición pobre. Muchos polímeros de alto rendimiento son, en volumen, mucho más caros que las aleaciones metálicas más caras. Aunque las opciones de proceso como el moldeo por inyección ofrecen opciones de moldeo hasta la forma final que ayudan a reducir los costes de fabricación por unidad, los ingenieros deben tener en cuenta el coste del propio molde. A menudo se supone que el moldeo por inyección es una opción rentable porque el volumen previsto de una tirada de producción reduce el coste por pieza. Sin embargo, los moldes tienen que ser mecanizados con metales extremadamente duraderos para soportar miles de piezas, lo que puede elevar inesperadamente los costes totales del proyecto.

Aunque el moldeo por inyección puede seguir siendo el proceso adecuado incluso si se tiene en cuenta el coste, cabe mencionar que el mecanizado de componentes a partir de formas en stock reduce la necesidad de un costoso utillaje y acelera la entrega de las piezas iniciales. Además, el mecanizado mantiene la ventaja de la precisión, lo que a menudo conduce a un mejor rendimiento y versatilidad dimensional.

Seleccionar un material

Hay cientos de resinas disponibles, la mayoría de las cuales vienen en muchos grados y viscosidades. La misión principal de la selección de materiales es reducir este amplio campo a unas pocas resinas, grados y viscosidades, pero para ello hay que responder a varias preguntas importantes.

Un material se selecciona por su capacidad de proporcionar varias características de rendimiento en presencia de varios factores de estrés ambiental. Algunas de esas características de rendimiento son la fuerza, la resistencia al desgaste y la transparencia, mientras que los factores de estrés ambiental pueden incluir temperaturas extremas, fuerzas abrasivas o de impacto, productos químicos corrosivos y la luz solar. En conjunto, este es el tipo de preguntas que suelen hacer los proveedores de polímeros:

  1. ¿La pieza va a sufrir mucho desgaste o es un componente estructural?
  2. ¿A qué temperatura funcionará la pieza?
  3. ¿Qué factores de estrés ambiental hay que tener en cuenta?
  4. ¿Cuáles son los requisitos mínimos de resistencia que debe cumplir la pieza?
  5. ¿Hay algún requisito de apariencia, como el color o la transparencia?

Las respuestas a estas preguntas serán fundamentales para reducir el campo de los polímeros candidatos.

Sin embargo, eso es sólo el comienzo, ya que cada resina viene en una variedad de grados que afectarán al rendimiento. Cada grado se fabrica con una composición diferente, y hay que tener muy en cuenta la composición de la resina. A continuación, un rápido repaso a los diferentes grados y a lo que son más adecuados:

  1. Grados de resina reforzados con fibra de vidrio o carbono – Estos grados están diseñados para una mayor resistencia y rigidez. También ofrecen una gran estabilidad dimensional.
  2. Grados de desgaste que contienen grafito y PTFE – Estos grados están diseñados para una máxima resistencia al desgaste y producen poca fricción.
  3. Grados sin relleno o reforzados con vidrio – Estos grados ofrecen un aislamiento térmico o eléctrico superior, lo que los convierte en una opción de material ideal para los aisladores.
  4. Calidades no reforzadas – Estas calidades proporcionan la mejor resistencia química y, si el nivel de tensión máxima es lo suficientemente bajo, también pueden ofrecer una excelente resistencia a la fatiga.

Selección de un proceso

En este punto, la selección de la calidad está prácticamente decidida, pero la resina final seleccionada dependerá también del proceso elegido. Los ingenieros de diseño deben tener en cuenta que la selección del proceso influye en la elección de la resina y puede afectar en gran medida al coste del proyecto, así como al rendimiento de las piezas. De nuevo, se justifica otra rápida recapitulación, esta vez entre el moldeo por inyección y el mecanizado:

  1. Cuándo elegir el mecanizado – Si las piezas deben fabricarse a gran tamaño (espesor de pared superior a 0,5″ o 12 mm), el mecanizado es la opción correcta. Además, si la resistencia al impacto y la tenacidad son prioritarias, o si las piezas deben fabricarse con tolerancias ajustadas sin calado, el mecanizado es lo más sensato. Por último, si la producción se va a mantener en tiradas pequeñas (menos de 5.000 piezas o menos durante un solo año), el mecanizado será una opción rentable.
  2. Cuándo elegir el moldeo por inyección – Si las piezas están diseñadas con características que son difíciles de mecanizar, o si se requieren tiradas de producción más grandes (más de 5.000 piezas al año), entonces el moldeo por inyección es la opción correcta.

Incluso después de seleccionar la resina y el proceso, puede quedar algún ajuste. Para ello, es probable que sea necesario que el proveedor o el fabricante del polímero aporten información.

Un problema común es cuando se selecciona para el mecanizado un grado de resina que no está diseñado para el mecanizado. Las formas extruidas se producen casi siempre con resinas de alta viscosidad, ya que ofrecen una rigidez y una resistencia superiores tanto durante como después del proceso de extrusión. Asegúrese de que si el mecanizado es el proceso de producción de piezas preferido, se seleccione una resina de alta viscosidad, ya que esto asegurará que se puedan producir formas de stock para mecanizar. Puede ser complicado descifrar la nomenclatura del sector sin una orientación profesional. Por ejemplo, algunos polímeros, como el Torlon 4203, denotan grados de baja viscosidad designados para el moldeo por inyección de piezas de paredes finas con una L. La mayoría de los grados de polímeros se identifican también con una serie de números específicos reservados para resinas de baja viscosidad. Un ejemplo es el PEEK de grado 150 de Victrex, que es un grado de baja viscosidad para piezas moldeadas por inyección de paredes finas, mientras que el grado 450 es de mayor viscosidad y está destinado a piezas con secciones transversales más gruesas y a todas las formas extruidas.

En resumen, el moldeo por inyección es la vía de conversión más rápida y eficaz, pero puede plantear problemas, como los costes de puesta en marcha y el plazo de entrega. El mecanizado de piezas a partir de formas extruidas puede ser la vía más rápida para la creación de prototipos de piezas, pero también hay que tenerlo en cuenta incluso una vez que las piezas se conviertan en producción estándar. El material seleccionado puede parecer el mismo y puede incluso llevar el mismo nombre comercial de resina, pero las diferencias de proceso y las aparentemente sutiles diferencias de grado pueden dar lugar a resultados inesperados cuando se ignoran estas consideraciones. El camino más seguro es involucrar a su procesador lo antes posible en el proceso de selección de materiales. Su experiencia y conocimiento de los numerosos grados de polímeros es inestimable y debe tenerse en cuenta antes de que se libere un dibujo de ingeniería para la producción.

Nota final sobre las fases de producción

Muchos ingenieros de diseño se han visto frustrados al pasar las piezas entre el moldeo por inyección y el mecanizado. Utilizar la misma resina no garantiza un rendimiento igual. Por ejemplo, los prototipos mecanizados funcionan muy bien, pero las piezas de producción moldeadas por inyección no lo hacen, y las piezas moldeadas por inyección cuestan decenas de miles de dólares más que las piezas mecanizadas que funcionan mejor. Es importante que un ingeniero de diseño conozca bien lo que implican ambos procesos y las diferencias fundamentales entre los procesos y los grados de resina que se están considerando. Además de las ya mencionadas, estas diferencias pueden incluir la orientación de las fibras, la longitud de las mismas, los agentes de acoplamiento, los aditivos colorantes, los índices de desgaste, la tenacidad y una serie de otros atributos de rendimiento.

La selección del material y del proceso cuando se diseña con plásticos puede ser complicada, pero si se tiene en cuenta de forma integrada tanto el material como el proceso, se maximizan las oportunidades de éxito del diseño.