Piezas elastoméricas:silicona moldeada por inyección frente a materiales flexibles de impresión 3D

Desde juntas industriales hasta las suelas de sus zapatos, las piezas elastoméricas son omnipresentes y únicas. Hecho de elastómeros, un grupo de polímeros similares al caucho , estos componentes flexibles, elásticos y amortiguadores son fáciles de fabricar y se pueden producir de varias formas.

Una de las formas de producir piezas elastoméricas es el moldeo por inyección. No el moldeo por inyección de termoplásticos, sino el moldeo por inyección de termoestables como el caucho de silicona líquida:este material se inyecta en su estado líquido y luego se cura para volverlo sólido. Pero hoy existe una gran alternativa al moldeo por inyección de silicona líquida, y es la impresión 3D de materiales flexibles como TPE y TPU. Ya no son materiales especiales, TPE y TPU ahora se pueden imprimir en 3D en impresoras FDM de bajo costo.

Este artículo analiza los conceptos básicos de las piezas elastoméricas:sus propiedades, sus aplicaciones y si debe optar por el moldeo por inyección o la impresión 3D.

¿Qué es un elastómero?

Un elastómero se define como un polímero con un módulo de Young bajo , una tensión de falla alta , y viscoelasticidad — una combinación de viscosidad y elasticidad. A veces denominado simplemente como cauchos , los elastómeros son en realidad una categoría más amplia que incluye materiales no vulcanizados.

En términos sencillos, los elastómeros (polímeros elásticos) son materiales que son, en diversos grados, elásticos, elásticos, flexibles o deformables a temperatura ambiente. Esto se debe a sus enlaces intermoleculares débiles . Todo esto hace que los elastómeros sean increíblemente útiles. Dado que se pueden doblar y estirar sin romperse, se usan en muchas aplicaciones en las que un material más rígido fallaría en su propósito.

Los elastómeros pueden ser termoestables (no se derrite cuando se calienta) o termoplásticos (se derriten cuando se calientan), y algunos de los elastómeros más comunes incluyen:

• Caucho natural
• Caucho de butadieno
• Caucho de estireno-butadieno
• Monómero de etileno-propileno

Sin embargo, dado que este artículo se centra en la creación de prototipos y dos procesos de fabricación en particular, prestaremos mayor atención a la silicona , elastómero termoplástico (TPE) y poliuretano termoplástico (TPU). La silicona es un termoestable, mientras que el TPE y el TPU son termopolímeros y, por lo tanto, pueden extruirse con una impresora 3D.

Ejemplos de piezas elastoméricas

Los elastómeros son increíblemente comunes y se pueden encontrar en objetos cotidianos simples y ensamblajes industriales complejos. Aquí analizamos varias piezas elastoméricas clasificadas por industria, así como algunas aplicaciones específicas del material.

1. Automoción

Para neumáticos y mucho más, los elastómeros son esenciales para la producción de muchos componentes automotrices.

• Neumáticos
• Equipo amortiguador de vibraciones
• Limpiaparabrisas
• Componentes de suspensión
• Sellos y juntas

2. Industriales

Los elastómeros son ampliamente utilizados en la industria, especialmente para sellos y juntas para ensamblajes estancos y herméticos.

• Sellos y juntas
• Aislamiento eléctrico
• Cintas transportadoras
• Correas de transmisión
• Mangueras y tubos

3. Petróleo y gas

Los elastómeros, especialmente los sintéticos, se encuentran en la industria del petróleo y el gas, donde a menudo sirven para evitar fugas de aceite.

• Sellos hidráulicos
• Limpiaparabrisas
• Copas empacadoras
• Mangueras

4. Bienes de consumo

Una gran cantidad de productos de consumo están hechos de elastómeros, desde balones de fútbol hasta gomas de borrar.

• Calzado, incluidas las suelas
• Impermeables
• Esponjas
• Borradores de lápiz
• Artículos deportivos, incluidos balones
• Contenedores de alimentos

Ejemplos de materiales específicos

Dado que este artículo se centra en el caucho de silicona líquida moldeable por inyección y el filamento de TPE y TPU imprimible en 3D, estos son algunos usos comunes de estos tres materiales:

• Silicona :Equipos médicos biológicamente compatibles, prótesis, dispositivos aptos para alimentos como bandejas de cubitos de hielo, sellos y juntas, componentes sobremoldeados
• TPE :Sellos y juntas, revestimientos de tapas de botellas, orugas para motos de nieve, componentes médicos, incluidos catéteres, mangos de herramientas, casquillos de suspensión, componentes sobremoldeados
• PU :Cajas electrónicas, ruedas giratorias, componentes médicos, correas de transmisión, calzado, artículos inflables, revestimiento de cables y tubos

Elastómeros moldeados por inyección

Existen numerosas formas de fabricar piezas elastoméricas, pero una de las más confiables, especialmente en grandes cantidades, es el moldeo por inyección.

El moldeo por inyección es el proceso de fabricación de piezas de plástico por inyección , a presión, un material líquido en un molde de metal , generalmente de acero o aluminio. Durante el proceso, la máquina de moldeo por inyección alimenta la materia prima al molde, cuya geometría es una impresión en negativo de la pieza final y que normalmente consta de dos secciones con una cavidad entre ellas.

El moldeo por inyección es compatible con elastómeros termoestables como silicona líquida , y esta es una excelente manera de fabricar piezas flexibles, resistentes a impactos y resistentes a la temperatura en grandes cantidades. Antes del moldeo, se mezcla una solución de silicona de dos partes, la mitad de la cual contiene un catalizador de platino que permite que la silicona se cure hasta convertirse en un sólido.

El moldeo por inyección de silicona líquida puede producir piezas como juntas, equipos médicos, equipos de cocina, secciones sobremoldeadas de ensamblajes de materiales múltiples y más.

Ventajas

Hay varias ventajas para el moldeo por inyección de silicona, incluida la producción rápida de grandes volúmenes, un alto nivel de detalle, buenas propiedades del material y un bajo costo por pieza en ciertas cantidades medias a altas.

Contras

Las limitaciones del moldeo por inyección de silicona líquida incluyen los altos costos de las herramientas de metal y las restricciones geométricas inherentes al proceso de moldeo, incluidas las paredes delgadas y las esquinas redondeadas.

Elastómeros de impresión 3D

Una alternativa al moldeo por inyección de silicona líquida es la impresión 3D de filamentos flexibles como TPE y TPU. Aunque estos materiales también se pueden moldear por inyección, la impresión 3D ofrece una alternativa más radical que puede ser adecuada para diferentes tipos de proyectos, incluidos prototipos únicos.

Una de las mayores ventajas de la impresión 3D de elastómeros como TPE y TPU es que estos materiales son termoplásticos. y, por lo tanto, se puede convertir en un filamento de impresión 3D FDM adecuado para fusión y extrusión. FDM es la forma más barata de impresión 3D, tanto en términos de máquina como de costos operativos, y esto significa que cualquier persona puede fabricar piezas elastoméricas de alta calidad.

Los filamentos de TPE y TPU tienen sus usos. El TPU es un material más duro, más denso y más rígido que el TPE, con mejor resistencia a la abrasión y menos posibilidades de encogimiento. Sin embargo, es menos flexible que el TPE, que se puede usar para fabricar piezas tan flexibles como las bandas elásticas.

Aunque se debe tener cuidado al imprimir elastómeros en 3D, especialmente TPE (las velocidades de impresión deben ser lentas y las extrusoras de accionamiento directo funcionan mejor que las Bowden), prácticamente cualquier impresora FDM puede procesar estos materiales.

Las piezas elastoméricas impresas en 3D comunes incluyen entresuelas de calzado de TPU y dispositivos electrónicos portátiles, y manijas, mangueras y fundas para teléfonos inteligentes de TPE.

Ventajas

Las ventajas de los filamentos flexibles de impresión 3D incluyen costos muy bajos incluso para pequeñas cantidades, sin costos de herramientas y geometrías casi ilimitadas (internas y externas). Esto hace que el proceso sea muy adecuado para la creación de prototipos elastoméricos.

Contras

Las limitaciones de la impresión 3D de piezas elastoméricas de TPE y TPU incluyen la precisión y el nivel de detalle (en comparación con el moldeo por inyección), la velocidad de producción y la escalabilidad, ya que no existe una economía de escala en términos de ahorro de costos o tiempo.

Conclusión

El moldeo por inyección de silicona líquida y la impresión 3D FDM son formas excelentes de producir piezas elastoméricas. El moldeo por inyección es el favorito en lo que respecta a la calidad y la escalabilidad de las piezas, pero la impresión 3D es una opción cómoda y asequible para los prototipos, especialmente los únicos.

Al fabricar piezas elastoméricas o prototipos, debe considerar factores como el presupuesto, la cantidad de unidades, las propiedades requeridas del material y las necesidades futuras de producción antes de decidir su próximo curso de acción, una decisión con la que 3ERP puede ayudarlo.

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