Optimización de termoformado usando diseño de experimentos

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Adaptación del artículo presentado en ANTEC 2006.
Divulgación autorizada por la Sociedad de Ingenieros Plásticos, SPE.

El tiempo de retardo es el parámetro más importante para obtener buena calidad en las piezas termoformadas, según este estudio acerca de la influencia de los parámetros de procesamiento sobre las propiedades finales de piezas fabricadas por termoformado. Para ello se empleó un Diseño de Experimentos (DOE) tipo factorial fraccionado 24-1, una técnica eficiente que permitió determinar las variables significativas del proceso de termoformado con un menor número de ensayos. Las variables de proceso estudiadas fueron: temperatura de la lámina, presión de vacío, tiempos de ciclo y de retardo.

La forma tradicional que se utilizaba en la experimentación para el estudio de los factores que afectan los procesos y cuya influencia puede estar oculta por la variabilidad de los resultados, se basaba en analizar los factores uno a uno, es decir, variar los niveles de un factor manteniendo fijos los demás. Esta metodología presenta grandes inconvenientes. En primer lugar, es necesario un gran número de pruebas, por lo que las conclusiones obtenidas en el estudio de cada factor tienen un campo de validez. Tampoco es posible estudiar la existencia de interacción entre los factores y no es viable, en muchos casos, por problemas de tiempo o costo.

Una de las técnicas empleadas para el DOE es el diseño factorial. Éste es ampliamente usado en experimentos que involucran gran cantidad de factores donde es necesario estudiar el efecto de unir a estos factores en una respuesta. Este diseño permite experimentar con todas las combinaciones de factores de diferentes valores que pueda tomar cada uno de estos. Permite acercarse al óptimo y estimar interacciones entre factores. Su principal inconveniente es que requiere de múltiples experimentos. Sin embargo, este inconveniente se soluciona utilizando dos niveles para cada variable o bien utilizando diseños de experimentos factoriales fraccionados [1].

En los últimos años, algunas publicaciones [2 -- 5] han tratado acerca del estudio de la influencia de las variables del proceso de termoformado sobre la distribución de espesores en el artículo final, así como también sobre la importancia del uso de las técnicas estadísticas como el DOE, que otorgan posibilidades de optimización del proceso, disminuyendo el número de experimentos a realizar. Las variables estudiadas son: índice de fluidez, temperatura de la lámina, geometría, temperatura y forma del pistón, profundidad de penetración de la lámina y tiempo de presión de vacío. Dichos estudios han sido en materiales como el PP y el PEAD.

Para este trabajo se utilizó el diseño factorial fraccionado para disminuir el número de experimentos a realizar. Publicaciones acerca de la aplicación del DOE en el proceso de termoformado arrojan como resultado que existen variables significativas en el proceso de formado de vasos, tales como la temperatura de la lámina, y la temperatura y forma del molde [2-4], de las cuales la temperatura de la lámina fue la única tomada como variable para este trabajo. Ésta se encuentra relacionada directamente con el tiempo de ciclo y la potencia de los calentadores de la máquina. Por lo tanto, se utiliza este método tomando como variable a confundir (multiplicación de las variables de interés) la potencia de los calentadores, escogiendo esta variable por ser la más difícil de manipular, debido a los problemas encontrados en el funcionamiento de las resistencias del horno de la máquina termoformadora.
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