Inyección: velocidad, productividad y precisión (primera parte)

Entre el 20 y el 27 de octubre se llevó a cabo en Düsseldorf, Alemania, la feria K 2004, la más grande e importante para el sector plástico en el mundo; contó con la participación de 2.914 expositores provenientes de más de 50 países y con la asistencia de 231.000 visitantes. En ella, proveedores del sector mostraron los nuevos desarrollos en máquinas inyectoras, moldes, periféricos e integración de otros procesos. Se exhibieron además algunas tecnologías que fueron novedad en ferias anteriores, pero que ahora han alcanzado un grado de madurez mucho mayor.

Para ser exitosos en un mercado globalizado, es necesario tener procesos altamente productivos, confiables, y productos novedosos de alta calidad. Las máquinas inyectoras de alta velocidad y precisión, los procesos en paralelo, el diseño de moldes de alta productividad, la inyección multi-componente integrada con el ensamble de piezas en el molde, la micro-inyección y las celdas de manufactura (fabricación de las diferentes partes de un producto en el mismo molde y ensamble posterior a través de un robot en la misma máquina) fueron el común denominador de lo presentado en la feria K 2004 por los fabricantes de maquinaria.

En este primer artículo se hará énfasis en los desarrollos presentados en materia de inyección de pared delgada, máquinas eléctricas e hidráulicas, microinyección, decoración interna en el molde e inyección multicomponente.

Inyección de pared delgada 
La disminución de los costos de producción es factor clave del éxito para los procesadores. Las piezas son cada vez más delgadas y se requieren ciclos de producción más cortos. Los desarrollos de resinas de alto índice de fluidez, inyectoras y robots de alta velocidad y precisión, sumados a controles más exactos, han logrado productividades increíbles, como la mostrada en la feria por Engel, en donde se inyecta un recipiente para margarina en polipropileno en tan sólo 2,9 segundos. La empresa emplea un molde de dos cavidades, una máquina totalmente hidráulica MacPAC 330/125 (con 125 kN de fuerza de cierre), una velocidad de inyección de hasta 1.000 mm/s y extracción con robot.

Para optimizar los tiempos en el proceso de inyección es necesario realizar movimientos simultáneos durante el ciclo. El diseño modular de la máquina, que prácticamente todos los fabricantes ofrecieron en la feria, hace que sea posible expulsar durante la apertura del molde, ya que cada movimiento tiene un accionamiento independiente. Herzog presentó una tecnología para plastificar mientras se abre, expulsa y cierra el molde con el uso de boquillas cerradas ("shut off valves") en la unidad de plastificación, y Ferromatik Milacron presentó la opción de plastificar mientras tiene lugar la fase de sostenimiento (pospresión) a través de su "Pack Pressure Device", el cual, mediante el uso de un pistón auxiliar en la punta de la unidad de plastificación, permite realizar la pospresión en forma simultánea a la plastificación, tal como se esquematiza en la figura 1.

Para aumentar la velocidad de desplazamiento, las máquinas hidráulicas hacen uso de acumuladores hidráulicos y válvulas de alta velocidad de respuesta. Las máquinas eléctricas, por su parte, se soportan en motores de alta velocidad y torque, como los 1FW3 de Siemens, que desarrollan un torque de 20.000 N-m y son empleados por Krauss Maffei y Negri Bossi, entre otros. También es necesario disponer de sistemas de control altamente precisos para mantener el proceso estable y confiable en el tiempo. Nissei ofrece los controles TACT usados en la máquinas serie NEX, que tienen una velocidad de barrido de 100 microsegundos (1/10.000 s); esto les permite reaccionar en 0,013 segundos al detectar un cuerpo extraño durante el cierre del molde. Por otra parte, los controles son cada vez más sencillos y amigables con el usuario, empleando plataformas tipo Windows y pantallas sensibles al tacto. Entre sus novedades, por ejemplo, Husky mostró el sistema de monitoreo de planta Smartlink, con conectividad remota vía internet.

Equipo eléctrico e hidráulico
La oferta de máquinas totalmente eléctricas fue amplia, contando con máquinas desde 5 hasta 850 Ton. Arburg presentó dos máquinas totalmente eléctricas de la serie A, de 50 y 160 Ton de fuerza de cierre. En la de 160 Ton, se inyectó un recipiente (cuerpo y tapa) con un peso de 2,8 g y un tiempo de ciclo de 3 segundos. Ferromatik Milacron presentó dos inyectoras de la serie Elektra, de 30 y 160 Ton. Engel exhibió la E-Motion 740/280T, una máquina sin barras totalmente eléctrica. Mitsubishi debuta con la serie MEII, con dos modelos de 385 y 495 Ton de fuerza de cierre; Demag Plastics Group presentó dos máquinas de 50 y 150 Ton de la serie IntElect, Toshiba exhibió la serie EC, con equipos desde 5 hasta 850 Ton, Netstal ofreció la serie Elion, con fuerzas de cierre entre 50 y 175 Ton, y Negri Bossi mostró la serie VE con máquinas entre 70 y 850 Ton.

Las máquinas con accionamiento hidráulico en la unidad de cierre y en la de plastificación, se hacen presentes con sistemas de medición de desplazamiento basados en sensores ultrasónicos libres de mantenimiento, con válvulas altamente dinámicas de alta velocidad de respuesta y precisión. Las máquinas hidráulicas con unidad de cierre de dos placas con columnas retráctiles (ver figura 3) permiten la extracción lateral con robot y están acondicionadas con transductores en cada barra, que aseguran una aplicación de fuerza simétrica. Este tipo de máquinas combina las ventajas de un equipo de columnas en cuanto a paralelismo, y las de las máquinas sin barras por el gran espacio disponible para el montaje de moldes y extracción de piezas.

Entre los fabricantes que presentaron sistemas de dos placas se encuentran Stork (la T 10000-8600) Engel (Duo 7050/1100), Krauss Maffei (serie CX), Negri Bossi (Bi-Power VH1800), Demag (Titan 1100/1570-9500), Battenfeld (Serie HM) y Ferromatik Milacron (Máxima 800).

En cuanto a máquinas híbridas, los fabricantes de tecnología de inyección dan la opción al comprador de configurar su equipo a la medida de sus necesidades y presupuesto, con unidad de cierre hidráulica y de plastificación eléctrica, o viceversa.

Microinyección
La necesidad de componentes cada vez más pequeños en los sectores médico, automotriz, electrónico, de computadores y de telecomunicaciones, entre otros, han jalonado los avances en la fabricación de piezas plásticas con pesos inferiores a 1,0 g.

En la feria se evidenció el auge de la microinyección, en donde prácticamente todos los fabricantes de maquinaria ofrecen equipo para este proceso. Boy, por ejemplo, fabricó un piñón de 0,0009 g en un molde de dos cavidades, inyectado en una máquina de 12 Ton de fuerza de cierre con un husillo de 12,0 mm (que es, hasta ahora, el husillo más pequeño que se ha usado en inyección). La pieza se puede observar en la figura 4.

El desarrollo de la microinyección va de la mano con la inyección de piezas en cuartos limpios, requerido especialmente en la inyección de componentes médicos, ópticos y electrónicos. Battenfeld presentó la última versión de la Microsystem 50, una máquina totalmente eléctrica, más dinámica y precisa, con control óptico de las piezas inyectadas y un sistema que permite empacarlas dentro de la máquina para asegurar la asepsia requerida. Otras empresas que presentaron microinyectoras son Babyplast, Battenfeld (Microsystem 50), Arburg (Allrounder 320 s500-60/60), Nissei (Elject EP5) y Ferromatik Millacron (Elektra Evolution 30).

Decoración dentro del molde 
La decoración interna en el molde sigue siendo una excelente alternativa para la producción de artículos inyectados, decorados mediante películas (IML) o láminas preimpresas (IMD). Esta tecnología ha visto grandes avances en el desarrollo de tintas de alta resistencia a la temperatura, que permiten inyectar directamente sobre la película impresa previamente, sin tener corrimiento del estampado.

Los adelantos en la decoración interna en el molde van de la mano con los adelantos en los nuevos robots de alta velocidad y aceleración (hasta 30G). Un ejemplo son los robots con servo motores o motores lineales que a la vez que insertan la decoración en el molde, extraen la pieza del mismo. Husky y Hekuma exhibieron en la feria un ejemplo, a través de un sistema compacto para la producción de vasos de 300 ml decorados con etiqueta preimpresa, en una máquina Husky Hylectric 120 (1.200 kN) RS40/32, con un molde de 2 cavidades y un ciclo de 3,5 s.

Inyección multicomponente
La combinación de materiales rígidos y blandos, o de diferentes colores, no sólo atiende a intereses de mercadeo; también a la flexibilidad en el diseño de productos en donde se aprovechan las propiedades de diferentes materiales (rígidos y blandos) para múltiples aplicaciones: sello, amabilidad al tacto, amortiguamiento de vibraciones, etc. En la feria los fabricantes de maquinaria ofrecen diversas alternativas para la configuración de máquinas de inyección multicomponente. Igualmente, se evidenciaron grandes avances en la fabricación de moldes para esta tecnología.

Arburg fue una de las empresas que más ampliamente expuso el proceso de inyección multicomponente en la feria: la inyección de una raqueta de ping-pong es un claro ejemplo en donde se combina la rigidez del ABS con la flexibilidad de un termo-elastómero, que facilita un golpe suave de la pelota y una superficie tersa para el tacto. La inyección de este producto se efectuó en un molde rotatorio de tres estaciones. En la primera estación se inyecta el ABS, posteriormente el molde gira 120 grados para la inyección del TPE y en la tercera estación un robot se encarga de extraer la pieza con el molde cerrado (lo cual representa un ahorro en tiempo de ciclo), para luego colocarla en una máquina de ultrasonido que se encarga de hacer la soldadura de las dos mitades, obteniendo un producto liviano y de excelente aspecto en tan sólo 28 segundos.

La utilización de varias tecnologías como la microinyección y la inyección multicomponente, sumada al ensamble de las piezas en el molde antes de ser expulsadas, fue otro de los ejemplos mostrados por Arburg en la inyección de un sistema planetario de piñones inyectado en PBT/POM, con un peso total de 0,147 g y un tiempo de ciclo de 15 segundos. Igualmente, Arburg inyectó un maletín en ABS gris con un logotipo blanco (figura 5), en donde todas las piezas del maletín son inyectadas en el mismo molde, para posteriormente ser removidas y ensambladas con un robot, en un tiempo de ciclo de 49 segundos.

Entre otras empresas que mostraron ejemplos de inyección multicomponente, se encuentra Sandretto, quien exhibió la inyección de una rejilla de ventilación para aire acondicionado de un vehículo; la rejilla estaba fabricada en tres materiales diferentes y se ensamblaba dentro del molde. Battenfeld, por su parte, exhibió la manufactura de una carcasa para un atornillador de batería, que se compone de una primera preforma de polipropileno y un componente blando de TPE. Demag inyectó una bandeja con tres componentes: PP azul / TPE / PP blanco.

Los proveedores de maquinaria ofrecen unidades de plastificación que se pueden acondicionar a los equipos existentes, en configuraciones horizontal o vertical, para convertir una máquina convencional en una de inyección multicomponente. Un ejemplo lo constituye la unidad Multi Plug 200 L, ofrecida por Demag, o la Unidad Autónoma de Inyección ofrecida por Babyplast (UAI – Babyplast 6/10), que cuenta con unidad hidráulica y electrónica independiente de la inyectora donde se utilice. Esta unidad de plastificación viene con capacidades entre 3 y 25 cm3, y puede ser instalada directamente sobre el molde.

Igualmente, en la feria se mostraron otros procesos, como la inyección asistida con agua (Engel), la inyección-compresión para aplicaciones de reemplazo de vidrio por policarbonato (Battenfeld y Krauss Maffei), el proceso X-Melt para la inyección de piezas de pared delgada, alcanzando espesores hasta de 0,17 mm (Engel) y otras tecnologías que serán ampliadas en la segunda parte de este artículo.

Vea la segunda parte de este artículo