Moldes-prototipo por sinterizado selectivo por láser
Reducir el tiempo desde la idea hasta la pieza final, fundamental
La tecnología de conformación de materiales termoplásticos adquiere un protagonismo creciente en los procesos de la industria de producción. La sustitución de los materiales utilizados convencionalmente por la amplia gama de polímeros desarrollados supone un importante ahorro en costes y tiempos de producción. En la actualidad es indispensable el uso de nuevas tecnologías que aporten soluciones rápidas y eficaces. Asó lo entienden en AIJU y así se explica en este artículo.
El desarrollo rápido de productos es ya una requisito fundamental. Hoy en día, las complejas geometrías de las piezas de plástico, la interdependencia de los parámetros de transformación, su gran influencia en las características finales de la pieza, la dificultad, alto coste de fabricación de moldes-prototipo y las altísimas exigencias de calidad a costes más bajos que plantea el mercado internacional, hacen indispensable el uso de nuevas tecnologías y herramientas que brinden a este sector soluciones rápidas y eficaces.
En este sentido, AIJU, consciente de estas necesidades, y enmarcado dentro del Área de Desarrollo de Producto, realiza una investigación constante en los diferentes ámbitos por los que circula un producto, desde su concepción como idea hasta la puesta en marcha de la cadena de producción. Para la consecución del desarrollo rápido del producto, en AIJU se ofrecen soluciones mediante simulación estática y dinámica de mecanismos, simulación de inyección; diseño CAD-CAE aplicado a presentaciones fotorealistas, diseño de moldes y análisis estructural por elementos finitos. AIJU, también abarca el campo de la ingeniería de materiales plásticos, destacando la caracterización de materias primas, identificación de materiales plásticos y estudio de las problemáticas que aparecen en el producto acabado. En la misma línea de desarrollo integral, se ofrece la obtención de prototipos y copias mediante distintos métodos de prototipado rápido: Colada bajo vacío en moldes de silicona, colada metálica centrífuga en Zamak y Peltre e incluso Sinterizado Selectivo por Láser de diversos materiales.
El Sinterizado Selectivo por Láser
La rapidez y fiabilidad de los más modernos programas de CAD, la precisión de un haz de láser guiado en dos ejes y unos parámetros exquisitamente ajustados, se funden en un sistema de Prototipado Rápido capaz de dar solidez a cualquier tipo de diseño conceptual. Siguiendo con esta filosofía, en AIJU contamos con los más avanzados programas informáticos para la traducción, verificación y reparación de numerosos formatos de ficheros de CAD.
Los beneficios obtenidos son fácilmente contrastables. La considerable disminución de los tiempos de diseño, la capacidad de visualización y verificación sin salir de la oficina y la obtención de modelos tanto estéticos como funcionales en cuestión de horas, avalan esta tecnología. La planificación estratégica, a la orden del día en la lucha por la competitividad de nuestra empresa, se hace por fin realidad con la corrección de errores previamente al lanzamiento de la cadena de producción.
A partir de los modelos obtenidos, de forma rápida y precisa, se plantea la realización de copias. El Hombre, de naturaleza ambiciosa, no concede lugar al descanso, y plantea la producción de los moldes de forma similar a la anteriormente descrita. El objetivo esta vez es producir incluso los moldes más complicados en un plazo de una semana.
El Sinterizado Selectivo se caracteriza por la amplia versatilidad que proporciona. Año tras año, se ofrece nuevos materiales con una extensa gama de propiedades, y por consiguiente de aplicaciones. Entre los últimos avances realizados en materiales para la estación de sintetizado, AIJU ofrece dos materiales de matriz metálica para la construcción de moldes-prototipo. El procesado de acero inoxidable y de poliamida con cobre permite la obtención de moldes-prototipo funcionales, usados fundamentalmente en inyección de plásticos y con resultados excelentes.
Así, AIJU, como centro de investigación y desarrollo es el coordinador de un proyecto europeo para estudiar la validación de estos moldes y solucionar los aspectos del proceso de fabricación y acabados superficiales de la piezas.
Moldes-prototipo en Acero Inoxidable-Bronce
A partir del fichero STL de la pieza, el sistema de sinterizado transforma el polvo de acero inoxidable. El resultado del proceso es una pieza en verde. Tras este primer ciclo, la pieza sufre dos ciclos de calentamiento en un horno para altas temperaturas. Durante el primer ciclo de sinterizado en el horno se cohesiona las partículas metálicas. El resultado es la pieza en marrón. Tras este primer proceso de sinterizado, la pieza alcanza una dureza de 60 HRB, más que suficiente para la obtención de prototipos funcionales y con una estética metálica. Durante el segundo ciclo de infiltración, se funde bronce y se infiltra en la pieza porosa mediante acción capilar. De este modo el bronce líquido ocupa los huecos dejados por el sinterizado de polvo. Tras el enfriamiento, el resultado es una pieza totalmente compacta con unas propiedades que permiten su utilización como postizo para inyección de plásticos.
Las características generales de los moldes-prototipo obtenidos en acero-bronce incluyen una conductividad térmica de 23 W/mºC y un módulo de Young de 263 Gpa. Siendo la dureza de 22 HRC. Las medidas máximas que se pueden procesar en los equipos disponibles en AIJU son: 202 x 202 x 100 mm.
Mediante un pulido posterior, se puede dotar a los moldes-prototipo obtenidos del acabado superficial deseado para su inyección. El resultado es un molde con una vida útil de 100 000 piezas.
Prototipos mediante inyección de cobre-poliamida
El cobre-poliamida es un material compuesto metalo-plástico diseñado para inyección de series muy cortas (alrededor de 100 piezas). Su transformación en la estación de sinterizado permite la obtención de moldes-prototipo para inyección en un plazo de 2 ó 3 días. Tras un sencillo refinamiento superficial de las caras del molde se puede obtener una rugosidad de 2,5 micras, idónea para la inyección de plásticos.
La resistencia al calor y la conductividad térmica de los moldes-prototipo en cobre- poliamida son elevadas y permiten fabricar piezas con valores de tiempo por ciclo cortos. Además, el cobre-poliamida se puede emplear para fabricar modelos con apariencia metálica. Estas piezas tienen la durabilidad propia de las tradicionales piezas de nylon aumentando la rigidez mecánica y la conductividad térmica. La vida media de este material, sin que sus propiedades se vean alteradas es de unos doce meses, en condiciones ambientales lo suficientemente secas y temperaturas medias.
El proceso de fabricación de moldes con cobre-poliamida, sólo precisa de la construcción en el sistema de sinterizado de la cáscara que forma la figura de la pieza que se desea inyectar. El resto del molde se realiza vertiendo un relleno resistente y buen conductor del calor. El resultado de la inyección es la obtención de una pequeña serie de copias de la maqueta deseada, con la ineludible ventaja de construirlas con un material plástico definitivo.
Las propiedades generales de los moldes-prototipo obtenidos en cobre-poliamida son conductividad térmica 1,28 W/mºC, Resistencia a compresión de 88 MPa, Dureza Shore "D": 75. Las medidas máximas que se procesan en AIJU son: 340 x 280 x 300 mm.
Conclusiones
Rapidez de obtención de los moldes-prototipo, versatilidad en la elección de materiales para su construcción, adecuados a los requerimientos de transformación de los plásticos deseados junto con unas excelentes características mecánicas y térmicas son ventajas que justifican la elección del sistema de Sinterizado Selectivo por Láser para la fabricación de moldes-prototipo.
Finalmente reseñar que AIJU cuenta con la infraestructura y experiencia necesaria en este campo, que permiten alcanzar los objetivos marcados por las empresas en el desarrollo rápido de producto con el consiguiente aumento de competitividad. Con la aplicación de estos servicios, AIJU dispone de los medios apropiados para llevar a cabo el desarrollo integral de un producto: Diseño en 3D, Software para reparación de ficheros en formato STL, equipo de Sinterizado Selectivo por Láser, e incluso máquina de inyección para la realización de copias con estos moldes-prototipo.
Carlos Valiente
Santiago Ferrándiz
AIJU
Area CAE y prototipos
E-mail: prototipos@aiju.es
www.aiju.es
