Colada caliente, ¿qué puede hacer por su proceso productivo?

La colada caliente es una técnica ampliamente utilizada en la industria del plástico debido a su eficiencia y versatilidad en la producción. Le contamos todo lo que debe saber sobre los sistemas de colada caliente y su impacto en los procesos de inyección.

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Un sistema de colada caliente, HRS (Hot Runner System, sigla en inglés), está compuesto por varias partes, encargadas de llevar el plástico fundido desde la válvula de inyección de la máquina hasta la compuerta de acceso de cada cavidad del molde. Así, este sistema que se instala dentro del molde, reduce o elimina la utilización de ramales o mazarotas, necesaria con los sistemas de colada fría.

¿Qué es un sistema de colada caliente?

Básicamente, un sistema de colada caliente consiste en un manifold o distribuidor y en un juego de boquillas, que mantienen la resina fundida desde su salida de la máquina inyectora hasta que entra en cada una de las cavidades del molde. El calor requerido para mantener la resina fundida es proporcionado mediante resistencias eléctricas.

En colada caliente, el manejo adecuado de la temperatura es un punto crítico, razón por la cual su funcionamiento debe ser apoyado por un controlador eficiente de temperatura.

Ventajas del uso de un sistema de colada caliente

El uso de sistemas de colada caliente, en comparación con los sistemas de colada fría, tiene un impacto directo sobre la reducción o eliminación de los desperdicios de resina, al evitar los ramales de las piezas de inyección, comenta Bob Ameel, gerente global de la unidad de negocio de sistemas de colada caliente de D-M-E. 

Así mismo, el ejecutivo señala que otro beneficio es la reducción de los tiempos generales de ciclo, lo cual redunda en menor consumo energético y mayor volumen de piezas producidas por ciclo de moldeo, cuando se utilizan moldes de múltiples cavidades. 

Jair Beleño, consultor corporativo de Noblesse (firma representante de Yudo, fabricante de sistemas de colada caliente en Chile, Perú y Colombia), comenta que otras ventajas de los sistemas de colada caliente incluyen: mayor tiempo de vida útil del molde, mayor eficiencia del desempeño de la máquina con respecto a su tamaño y mejor calidad del producto final.

“Uno de los grandes beneficios se ve reflejado en la reducción del tiempo de ciclo, lo que se traduce en eficiencia del proceso. El tiempo es igual a dinero, por lo que ahorrar tiempo le permitirá al fabricante amortizar pronto la inversión en el HRS”, agregó.

La mayor parte de moldes pueden ser adaptados para trabajar con sistemas de colada caliente. Las opciones son casi ilimitadas. Sin embargo, una gran ventaja es que los sistemas de colada caliente abren las opciones para trabajar con moldes no convencionales, como moldes apilados de múltiples niveles, moldes para sobremoldeo y familias de moldes, dice Jim Bott, gerente de ventas para Norteamérica de Incoe. La posibilidad de trabajar con tolerancias sumamente finas es otra cualidad.

Aplicaciones para los sistemas de colada caliente

Piezas de gran volumen, como autopartes, son ideales para esta tecnología. Sin embargo, la colada caliente ha encontrado terreno fértil en la exigente fabricación por volumen de piezas para la industria médica (dosificadores para jeringuillas de insulina o componentes para diálisis), para la industria farmacéutica (inhaladores o envases para comprimidos), para piezas que requieren inyección de pared delgada (envases para lácteos, envases IML o dosificadores), cierres (cierres de rosca para bebidas, cierres de bisagra o tapas de doble componente), así como aplicaciones especiales (carcasas de celular o camisas de cartuchos para copiadoras). 

Cualquier clase de producto final fabricado mediante moldeo por inyección puede obtener beneficios de los sistemas de colada caliente, ya sea que requieran para su fabricación resinas commodities o resinas de ingeniería, así como materiales con o sin relleno, asegura Bob Ameel, de D-M-E.

Todas las piezas inyectadas, sean técnicamente complicadas o no, reciben beneficios directos cuando se utiliza el HRS, afirma Jair Beleño, de Noblesse. De acuerdo con el ejecutivo, esto obedece básicamente a que se obtienen mayor consistencia en la calidad del producto, altos volúmenes de producción y múltiples ahorros.

Tipos de sistemas de colada caliente

Existen diferentes tipos de sistemas de colada caliente, a continuación se enumeran algunos:

• Sistema de Boquilla Central: En este sistema, la boquilla se coloca en el centro del molde. El calor se suministra a través de un canal calefactor central en la boquilla, que mantiene la temperatura del material de la pieza uniforme durante todo el proceso de inyección.

• Sistema de Manifold Caliente: En este sistema, el calor se suministra a través de un manifold que se coloca cerca de la base del molde. El material de la pieza se inyecta a través de una serie de canales calefactores que mantienen la temperatura uniforme en todo el molde.

• Sistema Valvulado: Este sistema utiliza válvulas para controlar la distribución de calor dentro del molde. Las válvulas se abren y cierran en momentos precisos para garantizar que el calor se distribuya de manera uniforme en toda la pieza.

Componentes de un sistema de colada caliente

Los sistemas de colada caliente constan de varios componentes que trabajan juntos para garantizar una producción de alta calidad y una eficiencia óptima. A continuación, se presentan algunos de los componentes comunes de los sistemas de colada caliente:

• Boquillas: permiten que el material fluya desde el cilindro de inyección hasta el molde.
• Unidad de control de temperatura: regula la temperatura de los canales calefactores dentro del molde.
• Sistema de calefacción: se encarga de calentar y mantener caliente el material de la pieza y los canales de inyección.
• Sensores: monitorean la temperatura y la presión en todo el proceso de inyección, asegurándose de que los parámetros de inyección sean correctos.
• Válvulas de cierre: regulan el flujo de material a través del sistema de colada caliente. Estas válvulas permiten una dosificación precisa del material, asegurándose de que la cantidad adecuada de material de inyección llegue al molde en cada ciclo.
• Manifold: las boquillas se montan en el colector, que se usa para canalizar el material a través del molde. El manifold garantiza que el material fluya de manera uniforme y constante a través del sistema de colada caliente.
• Piezas de conexión: son piezas que unen las diferentes partes del sistema, desde las boquillas hasta los sensores.
• Elemento de retención: un elemento de retención es un componente diseñado para evitar que el plástico fluya hacia la cavidad del molde hasta que se aplica presión suficiente, lo que ayuda a evitar problemas como rebabas o marcas en las piezas inyectadas.

¿Por qué implementar o no una colada caliente?

Cómo diseñar un sistema de colada caliente

A continuación, proporcionamos una descripción general de los elementos clave a considerar en el diseño de sistemas de colada caliente:

• Configuración del sistema de colada caliente: El diseño de sistemas de colada caliente comienza definiendo la configuración del sistema de colada caliente. Esto incluye determinar la ubicación y la forma de los canales de colada caliente, así como el número de puntos de inyección necesarios para la distribución adecuada del plástico fundido. La geometría de los canales de colada caliente y los puntos de inyección debe ser cuidadosamente diseñada para garantizar un flujo uniforme del material.

• Selección de componentes: La fase de diseño también implica seleccionar los componentes adecuados, como boquillas, válvulas y sistemas de control de temperatura. Estos componentes desempeñan un papel crucial en el control del flujo de material y en la distribución de la temperatura en el sistema de colada caliente. Es importante elegir componentes de alta calidad y compatibles con el tipo de material a utilizar.

• Distribución de temperatura: Un aspecto fundamental en el diseño de sistemas de colada caliente es la distribución de temperatura. Es esencial asegurar que la temperatura se mantenga uniforme a lo largo de todo el sistema de colada caliente para evitar problemas como la solidificación prematura del plástico o variaciones en las propiedades del material. El diseño debe considerar la implementación de sistemas de control de temperatura eficientes, como canales de enfriamiento y sistemas de calefacción regulables.

• Expulsión de aire: Otro aspecto a considerar es la expulsión de aire durante el proceso de inyección. La presencia de aire atrapado en el sistema de colada caliente puede afectar negativamente el flujo del material y la calidad de las piezas. Por lo tanto, es importante incorporar características de purga de aire en el diseño de las placas para garantizar una operación fluida.

Estos son solo algunos aspectos clave a considerar en el diseño de placas de sistemas de colada caliente. Es importante destacar que el diseño de sistemas de colada caliente puede ser complejo y requerir experiencia y conocimientos especializados. Colaborar con expertos en el diseño de moldes y sistemas de colada caliente es fundamental para asegurar un diseño óptimo que cumpla con los requisitos específicos del proceso de inyección.

Sistemas de colada caliente vs sistemas de colada fría

La elección entre un sistema de colada fría y un sistema de colada caliente depende de varios factores, como el tipo de producto a fabricar, los requisitos de calidad, el volumen de producción y el coste asociado. Los fabricantes deben evaluar cuidadosamente estas variables antes de seleccionar el sistema de colada más adecuado para sus procesos de inyección.

Sistemas de colada fría

Los sistemas de colada fría utilizan un sistema de canalización que no se calienta durante el proceso de inyección. Este sistema consta de un canal que conecta la entrada del material al molde y distribuye el plástico fundido a cada cavidad. Después de la solidificación del plástico, el corredor frío se desecha junto con las piezas de desecho, lo que puede resultar en desperdicio de material y un proceso de producción menos eficiente.

Moldes de colada caliente

En contraste, los moldes de colada caliente utilizan un sistema de canalización que se calienta constantemente durante todo el proceso de inyección. Este sistema consta de canales calentados que distribuyen el plástico fundido a cada cavidad del molde. El calentamiento constante del corredor evita la solidificación prematura del plástico y permite una mayor eficiencia en la producción al eliminar o reducir los desperdicios de material.

Los sistemas de colada caliente suelen ser más costosos que los de colada fría, pero pueden ofrecer beneficios como una mejor calidad de la pieza acabada, la reducción de marcas de flujo y rebabas, la reducción de tiempos de ciclo y una mayor precisión dimensional.

Sin embargo, en algunos casos, los sistemas de colada fría pueden ser más adecuados, como cuando se requiere que la pieza tenga una temperatura más baja para evitar la deformación, por ejemplo. En general, se recomienda evaluar cuidadosamente las necesidades de producción antes de tomar una decisión sobre el tipo de sistema de colada a utilizar.

Diferencia de sistemas de colada caliente valvulado o convencional

La principal diferencia entre los sistemas de colada caliente valvulados y los convencionales es que los sistemas valvulados incluyen una estructura metálica integrada que permite controlar el flujo de material en cada boquilla, lo que garantiza una dosificación más precisa del material en la cavidad del molde y también permite configurar sistemas con mayor número de salidas.

Además, los sistemas de colada caliente valvulados pueden reducir los tiempos de ciclo y mejorar la calidad de las piezas inyectadas al minimizar marcas de flujo y rebabas.

Por el contrario, los sistemas de colada caliente convencionales utilizan canales calefactores no valvulados y no permiten un control tan preciso del flujo de material. Es importante evaluar las necesidades de producción específicas antes de determinar si un sistema de colada caliente valvulado o convencional es la mejor opción para un proyecto en particular.

Mercado de sistemas de colada caliente en América Latina

Bob Ameel, de D-M-E, comenta que la tecnología de colada caliente ofrecida por la empresa ha sido exitosamente transferida a clientes en México, Costa Rica, Brasil, Colombia, Argentina, Chile, Uruguay, Paraguay y Ecuador, donde la compañía tiene representación comercial.

Jair Beleño, de Noblesse, señala que si bien la tecnología de colada caliente lleva varios años en el mercado, su aplicación se había visto limitada. Sin embargo, esta tendencia ha cambiado a medida que los precios son cada vez más asequibles y permiten una pronta amortización de la inversión. En la región, Noblesse ofrece desde hace diez años este tipo de sistemas, en conjunto con socios de alta capacidad tecnológica como Mastip, de Nueva Zelandia y Yudo, de Corea del Sur.

Por su parte, Synventive menciona que tiene varios sistemas instalados en México, Centroamérica y Suramérica. "Hay varios transformadores de autopartes que utilizan nuestros sistemas para aplicaciones demandantes. Así mismo, tenemos sistemas en funcionamiento con moldes apilados en México para producir piezas electrónicas. En general, creemos que América Latina está utilizando ampliamente estos sistemas", comentó John Roggenburk.

Jim Bott, de Incoe, menciona que una prueba del crecimiento de la adopción de esta tecnología en América Latina es la alta tasa de compañías europeas y norteamericanas fabricantes de moldes especializados que han manifestado en los últimos años interés por ofrecer sus productos en países latinoamericanos.

Opciones de sistemas de colada caliente en el mercado

Yudo Hot Runner Systems, de Corea, fabrica sistemas colada caliente, que incluyen manifold, boquillas y controladores de temperatura. Igualmente, les ofrece a los fabricantes HRS instalados en sus placas, de tal manera que en el momento de ensamble con la placa de cavidades, solo se realice dicho proceso. Yudo ofrece soluciones flexibles con sus líneas especializadas. Una de sus líneas técnicas más importantes, que permite el cambio de color y una purga de forma rápida, es el YUEN System. Esta línea se caracteriza por ser idónea en aplicaciones como productos de ingeniería, múltiples cavidades, materiales con fibra de carbón o reforzados con talco.

D-M-E ofrece un amplio rango de sistemas de válvulas y compuertas térmicas para colada caliente. Así mismo, comercializa una línea de productos compatibles, denominada Hot Runner Bushings, diseñada para aplicaciones de colada caliente que forman partes empleando una boquilla única. A comienzos del 2009, D-M-E lanzó al mercado el sistema "Eco Smart" manejo con PLA, que provee la posibilidad de obtener perfiles térmicos adecuados para proteger una resina tan sensible, con puntas de boquillas que minimizan el calor generado por el esfuerzo cortante.

Por su parte, Incoe ofrece soluciones completas para los sistemas de colada caliente: boquillas, sistemas de distribución, tecnología para la actuación de válvulas y compuertas, controladores de temperatura, controladores de secuencia de válvulas y compuertas, componentes, sistemas integrados, sistemas parciales y análisis de flujo. La compañía destaca la tecnología de administración de la distribución de flujos OPTi-flo, especialmente útil en los moldes de cavidades múltiples de una cara y en los moldes apilados. Para estos últimos moldes están disponibles también las tecnologías Multi-axis MAX.

Arico lanzó al mercado su nueva serie de controladores para sistemas de colada caliente, TC5M, que cuenta con funciones como: Módulos para zonas simples que pueden controlar dos temperaturas de referencia, indicador de corriente y nuevo controlador de temperatura tipo Fuzzy PID, entre otras.

Gammaflux L.P., proveedor de sistemas de control de temperatura para colada caliente, presenta una nueva línea de productos diseñada para aplicaciones con manejo secuencial de las compuertas de las válvulas. Los fabricantes de piezas que son grandes, complejas o difíciles de llenar, con frecuencia emplean los sistemas de colada caliente con compuertas de válvulas actuadas secuencialmente. Con ello se obtienen numerosos beneficios: control de la línea de confluencia, menor deformación dimensional y piezas más livianas. Los nuevos sistemas de control de compuertas de válvulas secuenciales para colada caliente SVGC, de Gammaflux, ofrecen ventajas como mayor velocidad de operación, exactitud y precisión.

Synventive ofrece un rango completo de sistemas de colada caliente para aplicaciones de piezas pequeñas y grandes, así como para una variedad de materiales. Tanto los sistemas de compuerta térmica como los de válvula están disponibles, así como los de aplicación para materiales múltiples, moldes apilables y otras aplicaciones especiales. Recientemente, la empresa lanzó al mercado su válvula 03C, para aplicaciones en piezas pequeñas pero fabricadas en moldes de cavidades múltiples. Los sistemas vienen disponibles hasta con 128 válvulas tanto para moldes convencionales como para los apilables. Estas válvulas se atornillan directamente en los distribuidores de flujo de los moldes apilables, por lo que eliminan fugas en la entrada del molde.

Otras compañías que ofrecen sistemas de colada caliente son Hasco, Ewikon,  Mold Hotrunner Solutions, MoldMaster y MHT, entre otras.