Moldeo por inyección: todo lo que necesita saber

 

¿Qué es el moldeo por inyección?

El moldeo por inyección es una técnica de fabricación usada para crear objetos de plástico a gran escala. Este método se utiliza para producir piezas de alta calidad y precisión en grandes volúmenes. El proceso comienza con una matriz de plástico fundido que se inyecta en un molde específico. Una vez que el plástico se enfría y solidifica, el molde se abre para dejar salir la pieza.  

El moldeo por inyección se ha convertido en una herramienta indispensable para la fabricación a gran escala, gracias a su amplia gama de aplicaciones. Desde el diseño de prototipos hasta la producción de productos finales, el moldeo por inyección es una herramienta poderosa para satisfacer las necesidades industriales.

¿Cómo es el proceso de moldeo por inyección?

El moldeo por inyección implica la inyección de una cantidad medida de plástico líquido en un molde. Esto se logra mediante la extrusión de una cantidad de plástico líquido a gran presión a través de una boquilla hacia el molde. El plástico es entonces forzado a llenar los huecos del molde por la presión del líquido. Una vez que el plástico se enfría y se endurece, el molde se abre para dejar salir el artículo terminado.

Elección del material de molde adecuado

Los moldes de aluminio no son los más adecuados para la producción de grandes volúmenes o piezas con tolerancias dimensionales estrechas, ya que tienen propiedades mecánicas inferiores y pueden ser propensos al desgaste, la deformación y los daños debidos a las fuerzas de inyección y sujeción. Aunque los moldes de acero son más duraderos, hay que tener en cuenta que son más costosos que los de aluminio.

Creación del molde

El molde es la parte más crítica del proceso de moldeo por inyección, ya que define la forma del producto final. Los moldes, que generalmente están hechos de metal, se mecanizan con precisión para adaptarlos a las características del producto que van a fabricar. Es necesario utilizar equipos y técnicas especializadas para fabricar el molde según las especificaciones exactas.

Preparación del material

Esto implica seleccionar el material adecuado para la pieza y prepararlo para la inyección. El material suele estar en forma de gránulos y hay que secarlo para eliminar la humedad que pueda afectar a la calidad del producto final. A continuación, los gránulos se cargan en una tolva que introduce el material en la máquina de moldeo por inyección.

Inyección

Una vez preparado el material, se introduce en la máquina de moldeo por inyección. La máquina tiene dos mitades: la unidad de inyección y la unidad de cierre. La unidad de inyección funde el material y lo inyecta en el molde, mientras que la unidad de cierre mantiene el molde cerrado durante la inyección. La unidad de inyección consta de un tornillo que funde y mezcla el material y una boquilla que inyecta el material fundido en el molde.

Envasado

Una vez inyectado el material en el molde, se envasa a alta presión para garantizar que el material llene completamente el molde. Esta presión se mantiene durante un breve periodo para permitir que el material se enfríe y solidifique.

Enfriamiento

Una vez envasado el material, se enfría para que se solidifique por completo. El proceso de enfriamiento puede acelerarse utilizando líneas de refrigeración por las que circula agua o aceite a través del molde. La temperatura del medio de refrigeración se controla para garantizar que la pieza se enfría de manera uniforme, evitando que se deforme.

Expulsión

Una vez que la pieza se ha enfriado y solidificado, se abre el molde y se expulsa mediante pines eyectores. Los pines empujan la pieza fuera del molde y la depositan en un contenedor de recogida o en una cinta transportadora.

Control de calidad

A lo largo de la fase de producción, se realizan comprobaciones de control de calidad para garantizar que las piezas cumplen las especificaciones requeridas. Estos controles pueden incluir la medición de las dimensiones de la pieza, la inspección de la superficie en busca de defectos y la comprobación de las propiedades mecánicas de la pieza.

Tipos de materiales usados en el moldeo por inyección

El moldeo por inyección se puede realizar con una variedad de materiales, incluidos metales, vidrio, elastómeros y, más comúnmente, polímeros termoplásticos y termoendurecibles.

Los termoplásticos como el PE, PP, PET, PVC y PS son los plásticos más utilizados en el moldeo por inyección debido a sus propiedades químicas. Por ejemplo, el PP es resistente al calor y a los productos químicos, mientras que el PS son materiales ligeros, resistentes al impacto y a la temperatura.

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Sin embargo, existen otras resinas plásticas que también se pueden procesar a través del moldeo por inyección, entre los que se incluyen:

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

Es un popular plástico de ingeniería conocido por su bajo punto de fusión, lo que facilita su moldeado. Este polímero opaco puede teñirse de varios colores y moldearse con diferentes texturas y acabados superficiales. Su contenido en butadieno proporciona una dureza excepcional incluso a bajas temperaturas, mientras que su contenido en estireno confiere un acabado brillante y atractivo a las piezas moldeadas por inyección.

Nailon

El nailon es una poliamida sintética (PA) conocida por su dureza, resistencia al calor y alta resistencia a la abrasión. Este material versátil se utiliza ampliamente en diversas industrias debido a sus excelentes propiedades, como una buena resistencia a la fatiga y la amortiguación del ruido.

Aunque el nailon no es intrínsecamente resistente a las llamas, existen versiones ignífugas. Del mismo modo, aunque puede degradarse con la luz solar, la adición de un estabilizador UV puede mejorar significativamente su rendimiento en exteriores.

El nailon viene en cuatro grados principales, y cada uno tiene propiedades mecánicas ligeramente diferentes:

• Nailon 11: se utiliza en aplicaciones de exterior y tiene mayor resistencia a los cambios dimensionales.
• Nilon 12 tiene el punto de fusión más bajo de los cuatro grados y resiste la absorción de agua.
• Nylon 46 tiene la temperatura de funcionamiento más alta.
• Nylon 66 tiene un alto punto de fusión y resiste los ácidos utilizados en el procesamiento químico.

Polioximetileno (POM)

También conocido como acetal, es un popular plástico de ingeniería que ofrece una combinación única de rigidez, estabilidad térmica, bajo coeficiente de fricción y buena resistencia química. Este material plástico opaco es naturalmente de color blanco y tiene una baja absorción de agua.

En el mercado existen dos tipos de plásticos acetales: los homopolímeros y los copolímeros de POM. Los homopolímeros ofrecen mayor dureza y resistencia a la tracción, mientras que los copolímeros ofrecen mejor resistencia al impacto y tenacidad. Sin embargo, ninguno de los dos materiales puede considerarse ignífugo según una norma como la UL 94, y ambos experimentan una contracción relativamente alta durante el moldeo por inyección.

Plástico acrílico PMMA

El plástico acrílico, también conocido como PMMA o poli (metacrilato de metilo), es un termoplástico versátil que ha ido ganando popularidad en diversos sectores. Su resistencia y claridad lo convierten en un sustituto adecuado del vidrio, mientras que sus propiedades de ligereza y resistencia a la rotura lo convierten en una opción más segura.

Elastómero Termoplástico TPE

El elastómero termoplástico (TPE) es un material único que combina las propiedades del plástico y el caucho. Se procesa como un plástico, pero su rendimiento es similar al del caucho. El TPE también se conoce como caucho termoplástico (TPR), y puede estirarse hasta alcanzar alargamientos moderados y volver a su forma original al eliminar la tensión. Una de las ventajas significativas del TPE es que puede reciclarse repetidamente.

En comparación con el caucho de silicona líquida (LSR), el TPE es más fácil y menos costoso de moldear. Los TPE se utilizan en diversas aplicaciones, como calzado, dispositivos médicos, piezas de automoción y productos para mascotas.

¿Qué diferencia hay entre el moldeo por inyección y el de extrusión?

Aunque ambas técnicas son similares en muchos aspectos, hay algunas importantes diferencias entre ellas:

1. El moldeo por inyección requiere un molde cerrado para formar los productos, mientras que el moldeo por extrusión se puede realizar usando un molde abierto.
2. El moldeo por inyección generalmente se usa para producir productos de una sola pieza, mientras que el moldeo por extrusión se usa para productos de varias piezas.
3. El moldeo por inyección requiere una presión y temperatura más altas que el moldeo por extrusión, por lo que los productos producidos por inyección son generalmente más duraderos y resistentes.
4. En términos de costos, el moldeo por inyección es más costoso que el moldeo por extrusión
5. El moldeo por inyección es adecuado para la fabricación de productos tridimensionales, mientras que el moldeo por extrusión solo es adecuado para la fabricación de productos bidimensionales.

Aspectos clave de las inyectoras de plástico vertical

¿Qué debe tener en cuenta antes de realizar un proceso de moldeo por inyección?

Existen ciertos aspectos esenciales del diseño que deben tenerse en cuenta para agilizar al máximo el proceso y evitar problemas una vez que el proyecto llegue a producción. Estas son algunas cosas que hay que tener en cuenta a la hora de producir un diseño para un proyecto de moldeo de inyección.

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Radios y ángulos de inclinación

Los radios son necesarios para llenar correctamente un molde y garantizar la resistencia estructural. Estos puntos de intersección suavizan las esquinas y permiten que el material fluya y rellene las pequeñas cavidades, reduciendo el riesgo de que los factores de tensión erosionen o agrieten las características de una pieza. Los ángulos de desmoldeo anticipan la contracción durante el proceso de enfriamiento. Cuando se desmolda una pieza, los ángulos de desmoldeo reducen la fricción entre las paredes de la pieza y el molde, lo que permite un desmoldeo limpio.

Esto evitará que la pieza se dañe por la tensión superficial al salir del molde, algo que suele ocurrir con las piezas mal diseñadas. La cantidad de ángulo de desmoldeo necesaria vendrá determinada por el diseño de la pieza y la selección del material. Las necesidades de ángulo de desmoldeo deben determinarse al principio del diseño para evitar posibles problemas costosos una vez que el proyecto llegue a producción.

Grosor de la pared

El grosor de las paredes de una pieza es un detalle crucial a la hora de diseñarla para una fabricación óptima. El grosor de las paredes también ayuda a controlar los aspectos estéticos de las piezas, así como su resistencia, peso y coste.

El tipo de resina que se utilice puede determinar la cantidad aceptable de espesor. Si no está seguro de las correlaciones adecuadas entre el grosor de pared y el tipo de resina, en el siguiente enlace encontrará una tabla oficial que detalla los grosores de pared sugeridos para una variedad de materiales

El diseño estructuralmente sólido de una pieza requiere más que paredes gruesas. De hecho, las paredes gruesas pueden debilitar una pieza. Después de vaciar una pieza, implementar costillas de soporte y refuerzos son estrategias de diseño esenciales que beneficiarán estructuralmente y estéticamente a su pieza.

Enfoque de núcleo y cavidad

Un enfoque de núcleo y cavidad es una técnica de diseño que puede disminuir los costos de fabricación, el consumo de tiempo y mejorar la estética general de una pieza. El núcleo y la cavidad representan las mitades separadas de un molde. En este enfoque de diseño, las paredes exteriores e interiores de ambas mitades se inclinan paralelamente en lugar de inclinarse profundamente en una mitad. Esta técnica de inclinación no solo facilita la expulsión y mejora la resistencia, sino que también ayuda a mantener el grosor de la pared y ahorrar en los costos de fabricación.

Expulsión y puerta de moldeo

En el moldeo por inyección, la puerta es necesaria para la inyección de plástico en la cavidad del molde. Es la característica en su molde que permite que la resina fluya hacia él. Los pines de expulsión también son necesarios para que las piezas se puedan quitar fácilmente del molde sin crear daños.

Existen varios tipos de puertas, como las puertas de lengüeta, sub-puertas, puertas de punta caliente y puertas de boquilla directa. Todas tienen beneficios específicos para diferentes tipos de diseños, pero las de boquilla directa tienden a ser las menos utilizadas porque presentan un diámetro grande que agrega una operación adicional para eliminar el exceso de material.

Con un excelente diseño para el moldeo, es posible aumentar la rentabilidad del proyecto al reducir el tiempo y la complejidad de la fabricación.

¿Cuánto cuesta el moldeo por inyección?

El costo del moldeo por inyección puede desglosarse en varios componentes, que incluyen:

• Materiales
• Diseño
• Proceso y beneficio
• IVA
• Costes de prueba
• Costes de embalaje y envío

Para calcular el costo del moldeo por inyección, hay que tener en cuenta los factores anteriores y utilizar la siguiente fórmula:

Precio del molde = Costo de los materiales + Diseño + Proceso y beneficio + IVA + Costos de prueba + Costos de embalaje y envío

Los materiales y las piezas representan aproximadamente el 15-30 % del costo total, mientras que el proceso y el beneficio suponen el 30-50 % del costo. Por lo tanto, es importante comprender el impacto que cada uno de estos factores puede tener en el coste total del moldeo por inyección.

Otros factores que afectan los costos del moldeo por inyección son:

Tamaño y complejidad del molde

El tamaño y la complejidad del molde son factores cruciales para determinar el coste del moldeo por inyección. Los moldes de inyección pequeños de una sola cavidad pueden costar entre 1.000 y 5.000 dólares, mientras que los moldes más grandes o complejos pueden costar hasta 80.000 dólares o más. Por término medio, un molde típico cuesta unos 12.000 dólares.

Materiales utilizados

El tipo de material utilizado para el moldeo por inyección también puede influir. Los distintos materiales tienen costos y propiedades diferentes que pueden afectar el valor total de producción. Por ejemplo, los termoplásticos suelen ser más baratos que los termoestables.

Diseño

El diseño de la pieza moldeada también influye en el precio. Los diseños complejos requieren más tiempo y recursos para su producción, lo que se traduce en un mayor coste. Además, el número de cavidades del molde influye en el coste, ya que las cavidades múltiples requieren más tiempo y materiales.

Ventajas del moldeo por inyección

El proceso de moldeo por inyección de plásticos ofrece muchas ventajas a los fabricantes, como una producción rápida, costos bajos, grandes cantidades de producto y una gran variedad de materiales. Además, el hecho de que los moldes sean reutilizables significa que los fabricantes pueden crear una variedad de productos y todavía obtener una excelente calidad de producción.

Precisión

El moldeo por inyección de plásticos es ideal para producir piezas complejas e intrincadas. En comparación con otros métodos, el moldeo por inyección permite incorporar múltiples características con tolerancias extremadamente pequeñas. El proceso permite crear geometrías complejas e integrar componentes en una sola pieza.

Volumen

Se pueden fabricar productos idénticos repetidamente. Una herramienta de moldeo bien diseñada puede durar mucho tiempo, siempre que reciba un buen mantenimiento por parte de los operarios de la máquina de moldeo.

Bajo costo

Aunque la inversión inicial en la herramienta de moldeo puede ser elevada, el coste por pieza es relativamente bajo. El moldeo por inyección puede completar varias operaciones, como el pulido, de una sola vez, a diferencia de otros métodos de transformación del plástico, que requieren varias operaciones.

Rapidez

Los tiempos de ciclo en el moldeo por inyección pueden ser de tan solo diez segundos. El proceso permite una producción en masa de piezas rápida y eficaz. El uso de herramientas de moldeo por inyección multi-impresión aumenta aún más la velocidad de producción, y se pueden fabricar muchos productos en poco tiempo.

Acabados superficiales

El moldeo por inyección permite crear piezas con diversos acabados especiales, como aspecto de cuero, tacto suave o alto brillo. Además, las piezas pueden grabarse con texto o logotipos, y hay varias tintas disponibles para imprimir sobre plástico.

Mínimos residuos de plástico

El moldeo por inyección produce muy pocos residuos, incluso los bebederos y los canales (los trozos de plástico sobrantes producidos por los “túneles” a través de los cuales el material plástico llega al molde propiamente dicho) pueden volver a triturarse y reutilizarse. 

Desventajas del moldeo por inyección

El moldeo por inyección de plásticos también ofrece desventajas significativas. El costo inicial de un molde puede ser alto, así como los costos de mantenimiento. Además, los moldes no pueden ser usados para el moldeo de plásticos de grado alimenticio.

Coste inicial elevado

Es necesario diseñar y modelar antes de fabricar la herramienta de moldeo por inyección. La herramienta es una pieza intrincada que requiere mano de obra, material y muchas horas de mecanizado para su creación. Representa el coste más importante en la producción de moldes de inyección. Sin embargo, una vez realizada, el coste por pieza es bajo y la repetitividad es alta para cientos de miles de moldes.

Plazo de entrega inicial

Desde la concepción del producto hasta la pieza final, pueden pasar meses de diseño, pruebas y fabricación de herramientas. Sin embargo, si el diseño ya está establecido, las piezas moldeadas acabadas pueden fabricarse en seis semanas. Una vez creado el utillaje, se tarda muy poco tiempo en producir las piezas moldeadas, especialmente con un utillaje para moldes de impresión múltiple.

Diseño cuidadoso

Los moldes de plástico requieren un diseño cuidadoso para evitar problemas de utillaje, como socavados, elementos bloqueados y un ángulo de desmoldeo insuficiente. El diseño de las paredes debe tener en cuenta el material y la temperatura para garantizar que su apariencia se ajuste a las necesidades.

Productos fabricados a través de moldeo por inyección

La inyección de moldeo se utiliza para fabricar una amplia variedad de productos, desde productos electrónicos y dispositivos mecánicos hasta piezas de plástico. Aquí hay una lista de productos fabricados con moldeo por inyección, organizados por categoría:

Piezas de plástico más comunes

• Juguetes
• Herramientas
• Contenedores
• Empaques

Productos electrónicos

• Teclados
• Ratones
• Controles de televisión
• Cajas de conexión
• Conectores

Dispositivos mecánicos

• Componentes de motores
• Engranajes ejes
• Imanes

Artículos para el hogar

• Utensilios de cocina
• Macetas
• Lazos de alambre
• Ambientadores

Piezas para automóviles

• Parachoques
• Salpicaderos
• Controles para radio
• Portavasos

Construcción Comercial

• Conductos para Vigas de Hormigón
• Aisladores
• Paneles de suelo elevados

Construcción residencial

• Ventilación de tejados
• Juntas de Barandilla
• Sujetadores de cubierta

Componentes médicos

• Cubos de basura y soportes de pared
• Bandejas de medicación

Se estima que el mercado mundial de productos de plástico moldeados por inyección crecerá un 8,4% anualmente durante los próximos años, llegando a un valor de alrededor de USD$ 420 mil millones en 2026. El plástico proporciona una solución rentable para la fabricación de productos de alta calidad, y el moldeo por inyección sigue siendo la técnica de fabricación más utilizada en todo el mundo