¿Qué debe saber sobre micromoldeo?

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Con el micromoldeo, el reto para los transformadores de plásticos es hacer piezas de alta precisión con un peso individual comparable al de un sólo pellet. Tal como lo oye: se moldean, en un sólo paso, piezas de menos de 1 miligramo de peso, con paredes de una centésima de milímetro de espesor y tan precisas que sus tolerancias dimensionales están por debajo 0.01 mm. ¿Qué pasa con la calidad? Pues los procesos más avanzados aseguran que los defectos estén por debajo de 50 en un millón de piezas.

Las piezas que se pueden fabricar mediante este proceso son generalmente las que están asociadas con microingeniería, como microinterruptores o piezas de interconexión para partes electrónicas, componentes de fibra óptica, catéteres para exploración médica, sensores, lentes e inclusive empaques de muy pequeño diámetro y de muy bajo espesor. Además de los desafíos que implica lograr tamaños tan pequeños, este tipo de aplicaciones exigen formas complicadas, huecos para pasadores, canales y seguros que encajan en ranuras.

De macro a micro
Para hacer micromoldeo, se deben cambiar algunos paradigmas universalmente aceptados en el moldeo tradicional. Para empezar, los sistemas de alimentación del plástico a la cavidad representan 75% o más de la cantidad inyectada en un ciclo. Y las condiciones de inyección son muy distintas: la velocidad de inyección es mucho más alta que en el moldeo tradicional para que la viscosidad se reduzca significativamente y el material pueda fluir por canales y toberas diminutos. Además, la presión que se busca obtener dentro del molde puede llegar a 40.000 psi.

Todo esto combinado con que los tornillos tradicionales no sirven, porque su alto volumen implica tiempos de residencia muy prolongados que se traducirían en sobrecalentamiento y degradación de la resina dentro de ellos. Las máquinas que hacen piezas por micromoldeo tienen fuerzas de cierre no superiores a 20 toneladas.

En conjunto, estos nuevos requerimientos hacen necesaria una nueva generación de máquinas, tanto desde el punto de vista del diseño, como de los controles para asegurar la repetibilidad de la operación. Las operaciones que hay que hacer en la planta después de inyectar, como la inspección, el empaque o el simple manejo de piezas muy pequeñas, hacen necesario que se tengan precauciones adicionales.

Hay que impedir que existan corrientes de aire en las áreas de control de calidad y de empaque. Las condiciones de estática deben controlarse de manera estricta para impedir que las piezas se aglomeren al momento de contarlas o de empacarlas.

Por supuesto, los equipos de control de calidad, en especial los que sirven para determinar las dimensiones, tienen que ser de muy alta sensibilidad y precisión (libres de estática). A este respecto se debe recordar la sencilla regla de aseguramiento de la calidad: para mantener una tolerancia  X, se debe estar en capacidad de determinar la dimensión con una precisión de X/10. En términos prácticos, si la pieza se garantiza con tolerancia de una centésima de milímetro (±0.01 mm), el elemento de medición debe estar graduado en micras (0.001 mm).

Para que, aún después de lo anterior, no se diga que el micromoldeo es fácil, se debe tener en cuenta que estas piezas se fabrican con resinas de ingeniería, como poliamida-imida, polímeros de cristal líquido, polieterimida, PEEK, PPS, aunque, para alivio de los moldeadores tradicionales, también se usan algunas veces materiales como ABS, nylon y acetal.

En muchas piezas se debe rellenar con fibras de refuerzo como PTFE, Kevlar y fibras de carbón.

Si se decide a entrar en ese mercado, la mentalidad de venta local debe cambiarse por una de competencia mundial y aceptar los dictados del mercado, así como estar atentos a sus cambios en tendencias y la aparición de nuevos jugadores. Sin embargo, los retos y los costos están más que justificados con el retorno de la inversión. Sólo para pensar, ¿cuánto puede ser el precio en el mercado de un piñón de plástico que pesa 0.25 g? Y si usted lo sabe, le pregunto, ¿a cuánto resulta vendido el kilogramo de plástico contenido en esa piecita?

Para no perder de vista
La estabilidad dimensional de las micropiezas moldeadas es quizás la característica de mayor relevancia en el desempeño de un sistema de micromoldeo, una vez que se han asegurado las propiedades físicas del producto mediante la selección del polímero y de sus aditivos, lo mismo que las condiciones operativas del sistema. El encogimiento de las piezas plásticas una vez salen del molde, y análogamente su alabeo, dependen casi exclusivamente de una propiedad, aparentemente fácil de determinar: el volumen específico del material a inyectar. En las nociones de física, se aprende que el volumen específico es una propiedad de la materia, numéricamente igual al inverso de la densidad. Hasta aquí puede parecer muy sencillo conocer su valor para la resina que se moldea. Y de hecho cualquier suministrador de resina la mide y entrega el dato en la hoja técnica con la que acompaña el despacho del material. Entonces, ¿por qué entonces, se le da tanta importancia en el micromoldeo? Fundamentalmente, porque cualquier defecto dimensional es crítico en piezas tan pequeñas y que hacen parte de ensambles conformados por varias decenas de piezas.

La aparición de microgrietas, la falta de paralelismo en las caras del objeto, el encogimiento desigual en sectores cercanos a la pared del molde, y la aparición de problemas de ajuste en el ensamble final son todos defectos que se pueden atribuir a encogimiento que no se pudo predecir con precisión.

Las piezas que se fabrican por micromoldeo tienen dos características que no se pueden perder de vista: es muy grande la superficie total expuesta en relación con el volumen de polímero moldeado y, por definición, sus dimensiones finales son muy pequeñas. Estas condiciones hacen que el polímero esté sometido a muy altas velocidades de enfriamiento y a elevados valores de esfuerzo de corte. Y estos dos parámetros afectan significativamente el valor final del volumen específico.

Los proveedores de sistemas integrales de micromoldeo frecuentemente acompañan al cliente en la elección de las resinas y en la selección de formulaciones. Es importante que este factor esté incluido entre las ofertas de los sistemas, puesto que la experiencia recogida por los proveedores les da acceso a información que muy difícilmente estaría al alcance de un cliente. 

Los ensayos que se pueden desarrollar conjuntamente entre proveedor y cliente incluyen pruebas en laboratorio como moldes de placas de ensayo, ensayos de microflujo en espiral y ensayos de resistencia a la tensión. Todos están dirigidos a asegurar que se alcance el objetivo final del montaje de un sistema de micromoldeo: la manufactura rentable de piezas muy pequeñas, de las especificaciones requeridas por el mercado, en condiciones de proceso que sean conocidas y replicables.

Las apuestas son altas, pero así mismo es el salto que puede dar una compañía para insertarse en esta tendencia que cada día tiene más influencia en el mercado.

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