La simulación en rotomoldeo permite ahorrar tiempo y dinero

La simulación en rotomoldeo permite ahorrar tiempo y dinero

Comunicate con el proveedor:

Contactar

!noticia guardada!

En los últimos años el rotomoldeo abarca mercados tan exigentes como juguetes, autopartes, piezas técnicas, mobiliario, artículos deportivos, etc. Para impulsar a las empresas a desarrollar productos rotomoldeados de geometrías complejas y de mayor valor agregado para nuevas aplicaciones, es necesario contar con tecnologías confiables que permitan lograrlo a costos competitivos. Normalmente, los desarrollos de esta clase de productos se asisten mediante prueba y error, acarreando inconvenientes que implican un mayor costo asociado a las modificaciones y a las pérdidas generadas por las demoras de salida al mercado.

La anticipación a posibles problemas es la clave para que los plazos finales no se alarguen indefinidamente en correcciones y modificaciones. La simulación numérica, desde fases tempranas del diseño, permite reducir el tiempo de desarrollo y sus costos.

Taisho, consultora con sede en Mar del Plata (Argentina), que brinda servicios de ingeniería aplicados al diseño y desarrollo de productos plásticos, ha desarrollado una herramienta computacional que permite reducir las incertidumbres asociadas a la fabricación de piezas complejas mediante rotomoldeo. La empresa utiliza los métodos numéricos como un pilar fundamental dentro de su proceso de diseño; de esta manera, ofrece el potencial de esta herramienta a sus clientes, integrándola a las etapas de desarrollo de sus productos. La comunicación digital le permite desarrollar proyectos a distancia, atendiendo a clientes en diferentes partes del mundo.

Diseño en rotomoldeo

En el diseño de cualquier producto es de vital importancia establecer las exigencias de uso a las cuales estará sometido para conferirle la resistencia estructural adecuada. Particularmente, para productos rotomoldeados, los diseñadores y/o ingenieros de desarrollo plantean una determinada cantidad de material para lograr “a priori” un espesor que asegure dicha resistencia. Sin embargo, se desconoce por completo cómo ese material quedará distribuido en la pieza y más aún cuando ésta es de geometría compleja.

Este problema, muy común en la industria del rotomoldeo, conlleva, entre otras cosas, a la adición de material para lograr mayor espesor en zonas débiles o a precalentar dichas zonas antes de cada ciclo de proceso, o incluso hasta reevaluar el diseño de la pieza, modificando o rehaciendo la matricería. Cualquiera de estas acciones repercute en un mayor costo del producto final, asociado a materia prima, mano de obra, tiempos de procesamiento y de desarrollo. Además, la adición de material genera la aparición de defectos en zonas de acumulación en las que el espesor es excesivo.

Por otro lado, las contracciones y deformaciones que sufrirá la pieza luego de su etapa de enfriamiento son una incertidumbre a la hora de diseñar productos para rotomoldeo. Por lo tanto, poder predecir mediante simulación esta serie de incógnitas cobra un papel fundamental en la etapa de diseño y desarrollo.

Errores frecuentes en simulaciones

En muchos casos los resultados obtenidos de las simulaciones carecen de exactitud debido a que los datos ingresados al modelo no son correctos o no son representativos de la realidad. En otras palabras, una simulación es una aproximación cuya precisión depende del grado de conocimiento y experiencia de quien la lleve a cabo. El usuario de un programa de FEM debe comprender la naturaleza del problema y el método numérico de resolución para poder preparar un modelo adecuado, verificar la validez de los parámetros de entrada y juzgar la calidad de los resultados. Conocer las formulaciones matemáticas de los métodos numéricos que utiliza el software, como motor de cálculo, es más importante de lo que se cree.

Para el caso puntual del rotomoldeo, cuando se realizan simulaciones para determinar la respuesta mecánica de una pieza, se asumen espesores constantes en la misma, con lo cual los resultados obtenidos difieren mucho de la realidad.

Otro error muy común es tomar valores de propiedades mecánicas de resinas dadas por ficha técnica. Estos valores generalmente son determinados a partir de ensayos en placas moldeadas por compresión. Sin embargo, las propiedades mecánicas, luego del proceso de rotomoldeo, disminuyen significativamente gracias a las características del proceso.

Herramienta de simulación de rotomoldeo

La simulación de rotomoldeo que realiza Taisho comienza con la generación de la malla de Método de Elementos Finitos (FEM, por su sigla en inglés) de la pieza, bajo una plataforma de pre y pos procesamiento. El motor de cálculo es un código de FEM desarrollado en C++.

Para llevar a cabo el proceso de simulación, se deben ingresar al sistema  diferentes parámetros de procesamiento, tales como rampa de calentamiento, velocidades de giro, tiempos de proceso, tipo de enfriamiento, posición de la pieza en máquina, tipo de máquina, cantidad y tipo de materia prima, material y espesor de la matriz, etc.

Como primera etapa se realiza un cálculo térmico en donde se determina el gradiente de temperaturas en el exterior del molde.

La segunda etapa consiste en el cálculo de la reología del polvo dentro del molde junto con el cálculo térmico de la fase de calentamiento, que determina la distribución de espesores con una exactitud del orden del 90%.

En una tercera etapa se realiza el cálculo térmico del enfriamiento y desmolde de donde se determinan contracciones, deformaciones y tensiones residuales.

En la cuarta etapa se escriben los resultados para su análisis. Los mismos pueden ser exportados en diversos formatos de software comerciales de Ingeniería Asistida por Computador (CAE, por su sigla en inglés). De esta manera pueden ser utilizados para las siguientes etapas de simulaciones mecánicas.

Etapas para un desarrollo seguro

El proceso de desarrollo comienza en el modelado 3D de la pieza en Dibujo Asistido por Computador (CAD, por su sigla en inglés). Luego se lleva a cabo la etapa de simulación de rotomoldeo descrita anteriormente. Una vez que se obtienen los parámetros de procesamiento de la pieza para una distribución adecuada de espesores, los resultados asociados a esa malla son utilizados como datos de entrada para una simulación mecánica, que determinará la respuesta estructural de la misma bajo las condiciones de carga a la cual estará expuesta en su uso cotidiano.

Para este tipo de análisis la empresa ha desarrollado un modelo matemático con base en ensayos experimentales, con lo cual se ajustan las propiedades mecánicas según el tipo de resina.

Muchas veces este procedimiento necesita varias iteraciones hasta lograr un resultado óptimo. El proceso de desarrollo continúa con la fase de construcción de la matricería.

La utilización de esta tecnología ha logrado reducir el tiempo de desarrollo de productos hasta un 50%. Además permite reducir costos mediante el ahorro de hasta un 20% en materia prima.

Existen desarrollos complejos en los que se requieren varias instancias de simulación diferentes. Tal es el caso del diseño de kayaks, en donde además de las simulaciones antes descritas, son necesarias simulaciones mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por su sigla en inglés), en donde puede determinarse qué parámetros del diseño son necesarios modificar para mejorar la navegabilidad y flotabilidad del mismo. Además, al tratarse de piezas grandes, la fundición en aluminio de la matriz es un tema que no puede dejarse librado al azar, con lo que una simulación de la colada puede asegurar el éxito de la misma, determinando cuál es la mejor posición de la pieza, opciones de ataque y parámetros de material fundido.

Así como nadie supondría que es posible arriesgarse a poner en el aire un avión sin antes analizar el diseño en un simulador, también cada vez más desarrolladores de productos plásticos recurren al modelado y simulación para poder determinar las características finales de la pieza a partir de las condiciones de proceso. De esta manera se reduce el riesgo en el proceso de desarrollo de nuevos productos, disminuyendo su costo y haciéndolo más rápido y eficiente.

Las nuevas tecnologías están al alcance, no hay excusas para seguir trabajando a prueba y error.

Artículo proveniente de la revista impresa con el código TP3102-rotomoldeo.

Te podría interesar...

Lo más leído

plastico-reciclado-en-automoviles-noticia.png.
Sostenibilidad

Las empresas automotrices muestran cada vez más su compromiso de incorporar material recic...

Verónica Alcántara・Ago 16, 2022
Bioplásticos mercado Noticia
Bioplásticos

La industria mundial de bioplásticos le apuesta a abastecer un 2% de la demanda mundial de...

Dr.-Ing. Laura Flórez・Jun 1, 2023
Fuerte repunte en el comercio de plásticos de Estados Unidos con países latinoamericanos con TLCs
Máquinas y equipos para reciclaje

Países de América Latina que gozan de TLCs con Estados Unidos han visto un crecimiento del...

・Dic 6, 2022
Moldeo por inyección: todo lo que necesita saber
Máquinas de inyección

En la industria del plástico, el moldeo por inyección es uno de los términos más comunes. ...

David Ricardo Muñoz, periodista de Tecnología del Plástico・Mar 8, 2023

Notas recomendadas por el editor

01/02/2014

2x1: ¡Invite a un colega al 4to. Simposio y Exp...

Usted y su colega podrán interactuar con figuras representativas que presentarán avances en los procesos de manufactura de autopartes plásticas y metálicas.

LEER MÁS »

19/02/2014

Nueva gama de control de temperatura en acero i...

Disponer de una refrigeración eficaz del molde es uno de los aspectos más importantes en el proceso de inyección de piezas pl&aac

LEER MÁS »

01/04/2015

Nuevo sistema de peletizado para productos farm...

Basados en su amplia experiencia en el diseño y la fabricación de sistemas de peletizado para termoplásticos, y en su liderazgo

LEER MÁS »