Los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección son cada vez más populares en la industria manufacturera. Son una gran incorporación a la cartera de moldeo por inyección y ofrecen una alternativa competitiva a los materiales de moldeo por inyección tradicionales.
En este artículo veremos qué es un molde de inyección impreso en 3D y sus tipos, ventajas y limitaciones. Al final, también ofrecemos algunos consejos y trucos útiles para diseñadores e ingenieros de moldes. ¡Vamos a empezar!
¿Qué es un molde de inyección?
Los moldes de inyección son probablemente el componente más importante de los sistemas de moldeo por inyección. El molde es un conjunto de varias piezas con una cavidad interna que es una réplica exacta de la geometría del producto final.
Un sistema de inyección bombea la materia prima fundida hacia esta cavidad, donde se enfría y toma su forma definitiva. Un mecanismo de inyección, también situado en el molde, expulsa la pieza terminada. El molde de inyección se utiliza principalmente para dar forma a la pieza y expulsarla.
Un molde de inyección de alta calidad debe tener numerosas propiedades. Debe tener buena estabilidad térmica para minimizar la expansión térmica, alta resistencia para soportar presiones de sujeción y buena resistencia al desgaste para garantizar una larga vida útil.
Molde de impresión 3D vs. molde de aluminio
Tradicionalmente, el aluminio es el material estándar para producir moldes de inyección de pequeño y mediano volumen. Sin embargo, los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección están ganando terreno rápidamente debido a numerosos beneficios, como ahorro de costos y flexibilidad de diseño.
La principal diferencia entre un molde impreso en 3D y un molde de aluminio es el método de fabricación. El principal proceso de fabricación de moldes de aluminio es el mecanizado CNC. Las formas impresas en 3D, por otro lado, obviamente se producen mediante el proceso de impresión 3D.
Esto puede parecer una diferencia insignificante, pero en realidad es bastante significativa y merece una discusión sobre los moldes de impresión 3D versus los moldes de aluminio.
Pero primero, veamos los dos tipos principales de moldes de inyección impresos en 3D.
Forma reforzada con estructura metálica.
Este tipo de molde de inyección utiliza elementos de molde de aluminio y moldes impresos en 3D. La estructura interna básica, incluidas la cavidad y los canales, se fabrica mediante impresión 3D. Luego, esta impresión 3D se instala en un marco de aluminio para una mayor estabilidad y durabilidad.
El marco de aluminio reforzado permite presiones más altas del molde y extiende su vida útil. Los ingenieros también pueden reemplazar fácilmente los componentes del molde impresos en 3D si se producen cambios de diseño o desgaste.
Formularios independientes
Los moldes independientes se fabrican íntegramente mediante impresión 3D. A medida que la impresión 3D se vuelve cada vez más robusta, los moldes de impresión 3D independientes se están volviendo cada vez más populares en la industria del moldeo por inyección.
Una gran ventaja de los moldes independientes es que brindan a los ingenieros flexibilidad de diseño adicional para características como puertos de inyección, compuertas, etc.
Ventajas de los moldes de inyección impresos en 3D
Los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección ofrecen numerosas ventajas sobre sus homólogos metálicos. Destacaremos algunos de los principales beneficios de utilizar un molde impreso en 3D.
Costo beneficio
No es ningún secreto que la gestión de costes es una parte importante de una fabricación eficiente. Un molde impreso en 3D es significativamente más económico que los moldes de metal.
Las máquinas herramienta CNC suelen ser caras y requieren un mantenimiento exhaustivo. Las impresoras 3D, por otro lado, son máquinas más baratas y más fáciles de mantener. El coste de las materias primas para la impresión 3D también es menor que el de los metales moldeados por inyección.
Los costos laborales también difieren entre los dos métodos. Las máquinas CNC son dispositivos complejos y requieren un maquinista calificado para operarlas. Si bien las impresoras 3D no son nada fácil, siguen siendo más accesibles para un grupo más amplio de técnicos.
Ahorrar tiempo
Otro aspecto importante de la alta productividad en la fabricación es la gestión del tiempo. Una gran ventaja de utilizar un molde impreso en 3D en lugar de un molde de aluminio es el importante ahorro de tiempo en la fabricación del molde.
El mecanizado CNC es un proceso que requiere mucho tiempo. A veces se necesita hasta una semana para producir por completo un molde de inyección complejo. El proceso de impresión 3D es mucho más rápido e implica menos pasos que el mecanizado. El tiempo medio para producir un molde es de sólo unas pocas horas, lo que supone una clara ventaja para los moldes impresos en 3D.
Flexibilidad de diseño
La impresión 3D es conocida por sus capacidades rápidas de creación de prototipos. Es rápido, económico y permite a los ingenieros probar diferentes iteraciones de diseño.
La misma lógica se aplica también a los moldes de impresión 3D para moldeo por inyección. Los diseñadores de moldes pueden corregir rápidamente errores o debilidades en el diseño del molde. Además, también es muy conveniente incorporar mejoras del producto en la línea de producción; todo lo que se requiere es una simple reimpresión.
Este tipo de libertad de diseño no es accesible con el mecanizado CNC, ya que incluso una sola producción supone una enorme presión para el presupuesto.
Adecuado para moldeo por inyección en pequeñas cantidades.
Los moldes impresos en 3D son adecuados para la producción de lotes pequeños. Como veremos en breve, aunque poseen propiedades mecánicas notables, tienden a desgastarse más rápidamente con el tiempo que sus homólogos metálicos.
Esto los hace ideales para tiradas de producción que producen cantidades pequeñas y medianas. En estas configuraciones, invertir en un costoso molde metálico es ineficiente porque el molde queda infrautilizado al final de la producción.
Además, la producción de bajo volumen implica, en promedio, más desarrollo y pruebas de productos. El diseño puede cambiar a mitad de producción si se necesita una actualización o se encuentra un error. En este escenario, un molde impreso en 3D es ideal ya que la actualización es rentable y ahorra tiempo.
Limitaciones de los moldes de inyección impresos en 3D
Ventajas y desventajas van de la mano. Por tanto, esta discusión quedaría incompleta si ignoramos las desventajas de un molde de inyección para impresión 3D.
Baja integridad estructural
La impresión 3D está evolucionando muy rápidamente, pero en algunos aspectos todavía está por detrás de los métodos de fabricación tradicionales, como el mecanizado CNC. Tiene varios problemas de calidad inherentes, como la porosidad y la falta de unión, que reducen la integridad estructural de los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección.
En general, un molde impreso en 3D tiene menor resistencia, dureza y resistencia al desgaste (de ahí la necesidad de refuerzos de aluminio). Suelen fallar a temperaturas y presiones extremas que a veces se requieren para producir productos moldeados por inyección de alta calidad.
Por este motivo, en algunos casos, los moldes impresos en 3D no son un sustituto adecuado de los moldes de aluminio fundido/forjado.
Desgaste superficial
Los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección no son tan resistentes al desgaste como los moldes de metal. La calidad de su superficie se deteriora más rápidamente que la del aluminio bajo las altas temperaturas y presiones del moldeo por inyección. Esto también se transfiere a la superficie del producto.
Además, la impresión de moldes 3D es un proceso de fabricación capa por capa. Por esta razón, los moldes de inyección impresos en 3D tienen un patrón de superficie ondulado (también conocido como efecto escalera), lo que aumenta la rugosidad de la superficie de las piezas moldeadas por inyección.
Una solución común es utilizar métodos de acabado de superficies como lijado, esmerilado o tratamiento químico para mejorar la calidad de la superficie del molde. Sin embargo, resulta complicado realizar estas operaciones en una forma pequeña con una geometría compleja, como suele ser el caso de las formas impresas en 3D.
Ciclo de producción largo
El tiempo de enfriamiento representa una gran parte del ciclo de producción del moldeo por inyección. Debido a que los metales generalmente tienen una conductividad térmica más alta que los materiales plásticos utilizados para los moldes impresos en 3D, la materia prima fundida tarda más en solidificarse en un molde impreso en 3D que en un molde de aluminio.
Por este motivo, recomendamos a los fabricantes de moldes que calculen el tiempo de enfriamiento previsto para sus diseños de moldes de inyección antes de decidirse por un proceso de fabricación.
Contracción y deformación
La contracción y la deformación son dos defectos comunes de la impresión 3D que afectan la calidad de un molde de inyección impreso en 3D. Los plásticos son muy sensibles al calor y tienden a deformarse (deformarse) durante el moldeo por inyección.
A medida que el propio molde se deforma, la forma de su cavidad cambia, afectando las dimensiones finales de la pieza.
En la mayoría de los casos, los diseñadores de moldes pueden mitigar este problema creando tolerancias de contracción adecuadas en sus moldes. Sin embargo, para las formas impresas en 3D, estas tolerancias son difíciles de predecir debido al comportamiento no uniforme de las estructuras impresas en 3D.
Consejos y trucos para moldes de inyección impresos en 3D
Esperamos que la información anterior sobre moldes de inyección impresos en 3D para moldeo por inyección haya aumentado sus conocimientos sobre este tema.
En esta sección, le brindaremos algunos consejos y trucos útiles de nuestros expertos en diseño que lo ayudarán a mejorar sus habilidades de diseño de moldes.
Mejorar la conductividad térmica con materiales compuestos.
La alta conductividad térmica mejora el tiempo de enfriamiento durante el moldeo por inyección. En el mercado se encuentran disponibles diversos aditivos que mejoran la conductividad, como grafeno, nitruro de boro, cargas metálicas (polvo de cobre, escamas de aluminio), etc.
Revestimiento de la superficie
Una gran desventaja de los moldes de impresión 3D es su baja resistencia al desgaste. Los revestimientos superficiales adecuados, como metal o cerámica, son muy útiles para mejorar las propiedades superficiales de los moldes de inyección impresos en 3D.
Evite estructuras de soporte en superficies interiores críticas
La mayoría de los procesos de impresión 3D utilizan estructuras de soporte para sostener la pieza durante el proceso de impresión. Dejan marcas en la pieza después de que el finalizador las retira. Asegúrate de que ninguno de estos soportes esté sobre las superficies que forman la cavidad del molde, ya que sus huellas también serán visibles en la pieza.
Reduzca el espesor de la capa y la velocidad de impresión para un mejor acabado superficial
El acabado superficial de un molde impreso en 3D depende del espesor de la capa y de los parámetros de velocidad de impresión de la impresora 3D. Mantenga estos ajustes bajos para obtener un acabado de superficie de impresión 3D más fino.
Los ángulos de salida son ligeramente más altos que los de los moldes de aluminio.
Debido a las diferentes propiedades de los materiales, las estructuras impresas en 3D requieren mayores ángulos de inclinación en el molde. Los expertos recomiendan prever un ángulo de inclinación medio de 3° para las superficies verticales del molde de inyección.
La ventilación es esencial
A menudo se forman bolsas de aire en las cavidades del molde, lo que afecta la calidad de la superficie. Para evitar este problema, se recomienda tener aberturas de ventilación poco profundas justo debajo de la superficie de las cavidades.
Métodos de impresión 3D y materiales para hacer moldes.
En esta sección final, presentamos brevemente algunas técnicas de impresión 3D y materiales adecuados para la impresión de formas 3D.
Procesos comunes de impresión 3D
- Estereolitografía (SLA)
- Modelado por deposición fundida (FDM)
- voladura de materiales
- Sinterización selectiva por láser (SLS)
Materiales comunes de impresión 3D
- ABS (acrilonitrilo butadieno estireno)
- PETG (tereftalato de polietileno)
- PP (polipropileno)
- nylon
- Elastómeros termoplásticos (TPE)
Titulación Universitaria
Con esto concluye nuestra discusión sobre el interesante tema de los moldes impresos en 3D para moldeo por inyección. Los moldes impresos en 3D son una nueva alternativa a los moldes de aluminio, que ofrecen ventajas como ahorro de costos y tiempo, así como flexibilidad de diseño, y son ideales para producción de bajo volumen.
Sus desventajas incluyen una menor integridad estructural y resistencia al desgaste en comparación con los moldes metálicos, pero existen soluciones especiales para eliminar estos problemas.
Preguntas frecuentes
¿Qué tan caros son los moldes impresos en 3D en comparación con los moldes de metal?
Los moldes de impresión 3D son relativamente baratos en comparación con los moldes de metal. Normalmente, un molde impreso en 3D cuesta menos de 200 dólares. Un molde de metal fácilmente cuesta más de 5.000 dólares. Para la producción de lotes pequeños, los moldes impresos en 3D son una opción clara.
¿Qué impresión 3D común es mejor para moldes de inyección?
Si solo comparamos FDM, SLS y SLA, recomendamos utilizar SLA para fabricar moldes de inyección. Los productos SLA son robustos, suaves y precisos. Los moldes FDM tienen problemas de desmoldeo y no son tan suaves como los moldes SLA. Comúnmente se informan problemas similares con los productos SLS.
¿Cómo mejorar el tiempo de enfriamiento de un molde de inyección impreso en 3D?
Los moldes impresos en 3D no se enfrían tan rápido como los moldes de metal debido a su baja conductividad térmica. Un buen consejo es utilizar aire comprimido para aumentar la transferencia de calor por convección o utilizar baterías reemplazables.
