Dominar el moldeo por inyección de ABS:excelencia en materiales, procesos y diseño

El ABS es uno de los termoplásticos más comunes utilizados en la fabricación y ofrece un buen equilibrio entre dureza, resistencia al impacto y asequibilidad. Aunque el ABS se puede procesar de varias maneras, incluida la impresión 3D de estilo extrusión, el moldeo por inyección de plástico de ABS es un proceso de fabricación preferido debido al punto de fusión relativamente bajo y las buenas características de flujo del plástico.

Las piezas de ABS moldeadas por inyección se pueden encontrar en todas partes. Tableros de instrumentos de automóviles, carcasas para electrodomésticos e incluso ladrillos LEGO son sólo algunos de los artículos cotidianos fabricados con moldeo por inyección de ABS, que se benefician de las deseables propiedades mecánicas de este material de bajo costo. Se pueden encontrar más aplicaciones en una amplia gama de industrias, desde la atención médica hasta la construcción.

Este artículo repasa los conceptos básicos del moldeo por inyección de ABS, analizando los parámetros del proceso, las opciones de materiales y rellenos, las técnicas de acabado de superficies y más, aprovechando nuestros años de experiencia brindando servicios de moldeo por inyección a clientes satisfechos.

¿Qué es el ABS?

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), comercializado por primera vez en 1954 por Borg-Warner Corporation, es un polímero termoplástico común conocido por su resistencia al impacto, dureza y rigidez. Se elabora polimerizando estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno.

Los tres componentes del ABS aportan diferentes propiedades materiales:

• A El crilonitrilo confiere al material un nivel de resistencia química y estabilidad térmica.
• B El utadieno crea dureza y resistencia al impacto.
• S El tirono aporta rigidez y brillo.

En conjunto, el material es relativamente resistente, duradero y ligero. Y debido a que es un termoplástico, se puede fundir para darle forma y luego volver a fundirlo una y otra vez sin una degradación significativa. Esto lo hace adecuado para moldeo por inyección y otros procesos como moldeo por soplado, impresión 3D y extrusión de materiales.

Para el moldeo por inyección, el ABS se suministra en forma de gránulos de plástico. Se trata de gránulos pequeños y uniformes que se obtienen extruyendo el material en hebras largas y luego cortándolo en trozos más pequeños. Los gránulos de ABS cuestan solo unos pocos dólares por kilogramo (mucho menos que otras formas de materiales como el filamento para impresión 3D) y se pueden depositar fácilmente en la tolva de la máquina de moldeo por inyección para fundirlos.

El proceso de moldeo por inyección de ABS

El moldeo por inyección de ABS es un proceso de fabricación rápido y económico para fabricar piezas de plástico en grandes cantidades. Dado que las máquinas de moldeo por inyección son equipos grandes y costosos, el proceso normalmente lo lleva a cabo un fabricante exclusivo.

El proceso comienza con la adquisición de pellets de ABS, que se introducen en la tolva de la máquina de moldeo por inyección. Un tornillo recíproco fuerza los gránulos de resina termoplástica hacia un barril calentado, donde se funden a una temperatura de alrededor de 180 a 240 °C. Luego, el ABS fundido se inyecta bajo presión en la cavidad del molde, dando forma al material.

El ABS fundido se enfría y solidifica dentro del molde. Debido a que el plástico tiene buenas propiedades de fluidez, generalmente puede lograr detalles finos sin problemas. Esto hace que el moldeo por inyección de ABS sea muy adecuado para producir piezas complejas que requieren geometrías precisas y texturas superficiales detalladas. Después de la solidificación, se abre el molde y se expulsa la pieza mediante pasadores eyectores. Dependiendo del tamaño del molde y otros factores, los tiempos totales del ciclo de moldeo por inyección pueden variar desde aproximadamente 10 segundos hasta dos minutos.

Pros y contras del moldeo por inyección de ABS

El ABS es un termoplástico popular para moldeo por inyección, es bastante fácil de trabajar y ofrece buenas propiedades mecánicas. Las únicas desventajas notables del moldeo por inyección de ABS se relacionan con el material en sí, no con la combinación de material y proceso.

Ventajas

• Buenas propiedades de flujo
• Buenas propiedades mecánicas como resistencia y tenacidad
• Las características finas son posibles ya que el material puede llenar fácilmente las esquinas de la cavidad del molde
• Material de bajo coste
• No requiere temperaturas particularmente altas
• Fácil de posprocesar

Desventajas

• Resistencia al calor bastante baja
• Resistencia a los rayos UV bastante baja

Parámetros de moldeo por inyección de ABS

En comparación con otros termoplásticos, los parámetros de moldeo por inyección de ABS se sitúan en el rango medio, con temperaturas y presiones moderadas, lo que hace que el material sea más fácil de procesar que materiales como el policarbonato (PC) o el nailon reforzado. Sin embargo, los parámetros pueden variar según el grado del ABS, la geometría de la pieza y otros factores.

Cuando se trata de la temperatura de moldeo por inyección de ABS, tenga en cuenta que la temperatura de fusión real del ABS será ligeramente superior a la temperatura del cilindro. La temperatura de fusión se puede medir con un pirómetro.

• Temperatura del barril :180–240 °C, y el ABS de uso general generalmente requiere temperaturas ligeramente más bajas (180–230 °C) que el ABS resistente al calor (190–240 °C). Los grados retardantes de llama pueden requerir una temperatura ligeramente más baja. La temperatura será más alta en la parte delantera y más baja en la parte trasera del cañón.
• Temperatura del molde :50–80 °C, logrando un equilibrio entre las temperaturas más altas requeridas para un buen acabado superficial y las temperaturas más bajas que pueden producir tiempos de ciclo más rápidos. El control de la temperatura del molde es una buena manera de producir piezas de la manera deseada.
• Presión de inyección :10 000 a 20 000 psi, y se requieren presiones más altas para grados resistentes al calor o piezas con paredes delgadas y características finas.
• Tasa de inyección :Lento a moderado.
• Control de humedad :Los pellets de ABS son higroscópicos y deben almacenarse en un lugar seco. Para evitar problemas durante el moldeo, los pellets se pueden secar durante varias horas a una temperatura de unos 80 °C.

Materiales ABS para moldeo por inyección

El ABS está disponible en una variedad de grados y variedades para moldeo por inyección, con diferentes estructuras moleculares y aditivos que se adaptan a diferentes aplicaciones. En algunos casos se puede utilizar ABS reciclado.

• ABS de uso general ofrece un equilibrio entre dureza, rigidez y facilidad de procesamiento.
• ABS de alto impacto contiene caucho de butadieno adicional, lo que proporciona una mayor resistencia al impacto en piezas sometidas a altos niveles de tensión.
• ABS de alta temperatura tiene acrilonitrilo adicional, lo que mejora la estabilidad térmica y lo hace útil en industrias como la automotriz.
• ABS ignífugo utiliza aditivos para disminuir la inflamabilidad y se utiliza a menudo en dispositivos eléctricos.
• ABS transparente está diseñado para proporcionar un mayor nivel de transparencia para su uso en campos como la atención sanitaria.
• ABS chapado en metal es un grado modificado diseñado para adherirse bien a revestimientos metálicos, útil para artículos como cabezales de ducha.
• ABS de calidad sanitaria proporciona biocompatibilidad y puede esterilizarse; dichos materiales pueden contar con la aprobación de agencias como la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.
• ABS reciclado está fabricado principalmente con ABS reciclado y, a menudo, tiene un rendimiento comparable al del ABS virgen.

Algunos de los principales productores químicos de gránulos de moldeo por inyección de ABS incluyen LG Chem, SABIC y RTP Company.

Algunos gránulos de ABS se mezclan con agentes reforzantes. Estos pueden incluir fibras de vidrio , que añaden rigidez y estabilidad dimensional, y minerales  como el carbonato de calcio, que añaden rigidez y resistencia al calor. Se pueden fabricar grados de ABS ignífugos con la adición de compuestos halogenados , productos químicos a base de fósforo o compuestos inorgánicos como hidróxido de aluminio.

Las mezclas de ABS comunes incluyen PC/ABS , que tiene un mayor nivel de resistencia al calor que el ABS puro, y PVC/ABS , que ofrece una resistencia química mejorada. ABS/Nailon  Las mezclas pueden proporcionar una mayor resistencia al desgaste que el ABS puro.

Los gránulos de ABS también se pueden mezclar con pigmentos termoestables.  durante el moldeo para producir lotes de piezas de colores uniformes. Los concentrados de masterbatch producen mejores resultados que los pigmentos secos, aunque se pueden utilizar ambos.

Materiales de molde para ABS

Los moldes de inyección para la producción de ABS en grandes volúmenes generalmente se fabrican con aceros para herramientas endurecidos como P20, H13 o S7. Las tiradas más cortas son adecuadas para moldes de aluminio de bajo costo, aunque se desgastan más rápido que los de acero. Debido a las buenas propiedades de fluidez del ABS, los moldes pueden ser relativamente complejos y contener características finas, lo que permite la producción de piezas complejas con una precisión dimensional constante.

Acabado de superficies para molduras de ABS

Después de la expulsión, las molduras de ABS se pueden mejorar con pasos de posprocesamiento, comenzando con el recorte y el desbarbado para eliminar el exceso de material antes de continuar con los tratamientos de acabado para mejorar la calidad del acabado superficial de las piezas.

Se pueden utilizar diferentes métodos de acabado de superficies para lograr la rugosidad superficial deseada de las piezas de ABS, siendo el pulido de diamante ideal para brillo y el chorreado en seco preferido para texturas rugosas. Para lotes de piezas grandes o medianos, agregar textura al molde de metal suele ser más rentable que posprocesar las molduras de plástico individuales, ya que esto solo debe realizarse una vez.

Proceso Función Compatibilidad con ABS Lijado y pulidoSuaviza superficies y elimina marcasFácil de realizarSuavizado con vaporCrea un acabado brillante y selladoAcetona o MEKPintura y revestimientoAgrega color y puede agregar propiedades protectorasSe adhiere bien a la superficieGalvanoplastiaDecorativo o funcionalRequiere recubrimiento previoTampografíaAgrega logotipos o textoBuena adhesión de tinta

Guía de diseño de moldeo por inyección de ABS

Los ingenieros que desarrollan diseños de piezas para moldeo por inyección de ABS deben considerar las limitaciones del proceso de moldeo por inyección y, en menor medida, las capacidades específicas del plástico ABS dentro del contexto del proceso de moldeo. Los principios de diseño para fabricación (DFM) para ABS moldeado incluyen restricciones de espesor de pared y ángulos de inclinación.

Reglas de diseño

Espesor de la pared

1,1–3,5 mm

Todas las piezas moldeadas por inyección tienen un rango de espesor de pared recomendado. Si es demasiado fino, será difícil llenar el molde y la pieza será demasiado frágil; demasiado grueso y el material puede enfriarse a un ritmo desigual en toda la cavidad del molde. El ABS requiere paredes ligeramente más gruesas que otros plásticos como poliéster, acetal y acrílico, pero menos gruesas que el poliuretano.

Ángulo de salida

0,5–1°

Se incorpora un ángulo de salida en los diseños de moldeo por inyección para que las piezas puedan expulsarse fácilmente del molde. Como el tiro es esencial para todas las piezas de plástico moldeado, el ángulo recomendado aquí no es específico del ABS. La excepción son las piezas con superficies texturizadas; dado que introducen una mayor fricción con el interior del molde, se recomienda un ángulo de inclinación de 2 a 3°.

Radios

0,5–1 mm o 1/2 espesor de pared

No se recomiendan las esquinas afiladas para ninguna pieza moldeada por inyección, ya que pueden causar problemas de tensión y flujo, y el ABS es particularmente sensible debido a su naturaleza quebradiza. En cambio, una esquina interna y externa redondeada facilita un moldeado y expulsión efectivos. El radio mínimo debe ser aproximadamente un cuarto del espesor de la pared, aunque aumentar ese valor a la mitad del espesor de la pared proporcionará una resistencia superior.

Costillas

Altura de la nervadura hasta 3 veces el espesor de la pared; espesor de nervadura 1/2 espesor de pared

Las nervaduras son secciones delgadas elevadas que corren perpendiculares a la pared de una moldura. Se utilizan para aumentar la resistencia sin tener que engrosar las paredes, lo que normalmente requiere más material y puede provocar problemas de separación.

Jefes

Espesor de base 1/2 espesor de pared

Las protuberancias son elementos cilíndricos elevados en los que se puede colocar un sujetador como un tornillo sin dañar la pieza. Para piezas de ABS, el espesor máximo de la base del saliente no debe ser superior a aproximadamente la mitad del espesor de la pared de la pieza.

Tolerancia

0,1–0,3 mm

Para la mayoría de las molduras de ABS, las tolerancias no deben ser inferiores a aproximadamente 0,1 mm. Sin embargo, para piezas muy pequeñas o precisas, es posible especificar una tolerancia de 0,05 mm. En general, es una buena práctica indicar tolerancias estrictas solo cuando sea estrictamente necesario (para piezas entrelazadas, por ejemplo) para evitar costos excesivos de fabricación de moldes.

Puertas

Las puertas permiten que el material entre en la cavidad del molde. Al igual que con otros plásticos, es mejor colocar las puertas en secciones gruesas de la pieza. Las puertas de borde, las puertas de pasador y las puertas submarinas son comunes.

Respiraderos

0,02–0,05 mm

La ventilación de los moldes ayuda a prevenir las trampas de gas, una causa de quemaduras y huecos. Estos deben ser bastante pequeños, ya que el ABS tiene buenas propiedades de flujo y puede escapar fácilmente de agujeros más grandes.

Funciones de software útiles

Muchas herramientas CAD tienen características específicas de moldeo por inyección para facilitar el diseño de piezas de ABS. Estas características pueden incluir:

• D F Análisis M :Comprueba el espesor de la pared, los ángulos de salida, los cortes y la ubicación de la puerta para garantizar que el diseño propuesto sea moldeable.
• Análisis de procesos :Ciertos paquetes de software pueden ofrecer funciones avanzadas como análisis de flujo del molde, simulando cómo se comportará el ABS fundido en la cavidad del molde propuesta, así como otras funciones como predicción de contracción y análisis de elementos finitos (FEA).
• Creación de moldes :El software puede permitir al usuario generar automáticamente un molde de dos piezas basado en el modelo 3D de la pieza, completo con la colocación del pasador expulsor y otras funciones.
• Integración CAM :Algunas plataformas se integran con el software CAM que controla el equipo de fabricación, aunque esto es más relevante para los fabricantes que para los diseñadores.

Aplicaciones del moldeo por inyección de ABS

Como termoplástico muy versátil, el moldeo por inyección de ABS se utiliza en diversas industrias para fabricar una amplia gama de productos, desde juguetes hasta piezas de automóviles y materiales de construcción. Las aplicaciones típicas incluyen componentes automotrices, carcasas de electrónica de consumo, dispositivos sanitarios y piezas industriales. Aquí vemos algunos ejemplos de piezas moldeadas de ABS, clasificadas por industria.

• Automoción :Las piezas moldeadas de ABS se encuentran en muchos vehículos, especialmente en los acabados interiores. Se sabe que fabricantes de automóviles como Ford y Toyota utilizan ABS para piezas como paneles de tablero, guanteras y molduras de puertas, donde las piezas no están sujetas a calor intenso pero aún requieren un alto nivel de dureza y estabilidad dimensional, mientras que BMW ha usado mezclas de ABS/PC para guanteras. Entre 1968 y 1988, Citroën produjo un vehículo utilitario muy inusual llamado Mehari que presentaba una colorida carrocería exterior ABS. Una ventaja del moldeo por inyección de ABS en la industria automotriz es la facilidad para colorear, terminar y texturizar las piezas, particularmente para componentes interiores estéticos.
• Electrónica de consumo :Las empresas de electrónica suelen utilizar el moldeo por inyección de ABS para conseguir carcasas duraderas. Por ejemplo, Dell y HP han utilizado mezclas de ABS/PC para carcasas de portátiles y monitores de ordenador, combinando resistencia a los arañazos con tolerancia al calor, mientras que se sabe que Canon y Epson confían en ABS para carcasas de impresoras debido a su rigidez. Otro producto de electrónica de consumo popular que cuenta con una carcasa de ABS es la PlayStation 4. (La PlayStation 5 más nueva utiliza una mezcla de ABS y policarbonato). Las carcasas son adecuadas para el proceso de moldeo por inyección, ya que normalmente tienen paredes bastante delgadas.
• Bienes de consumo :Aparte de la electrónica, muchos bienes de consumo como juguetes (incluidos los ladrillos LEGO), equipos deportivos como kayaks de plástico e instrumentos musicales de plástico como grabadoras están hechos de ABS moldeado. Las carcasas para electrodomésticos y aspiradoras también son buenos candidatos para los materiales ABS. Se sabe que la empresa de aspiradoras Dyson utiliza el material para algunos de sus productos, ya que el calor generado por una aspiradora está muy por debajo de la temperatura de deflexión del calor del ABS (alrededor de 80 °C).
• Atención sanitaria :El ABS es popular en el sector sanitario para piezas como carcasas médicas y sistemas de administración, ya que puede esterilizarse, aunque no mediante autoclave, ya que las temperaturas involucradas son demasiado altas. Philips Healthcare utiliza ABS para las carcasas de los dispositivos de diagnóstico, como se ve en la unidad IntraSight. 3M emplea ABS para inhaladores y dispositivos respiratorios, aprovechando la calidad liviana del material. El ABS moldeado también se puede utilizar para sistemas de administración de fármacos.
• Construcción :En la construcción y en diversos campos industriales, se pueden utilizar grados de ABS resistentes al calor y retardantes de llama para piezas como placas de pared, interruptores eléctricos y carcasas. Las tuberías y accesorios de ABS también son comunes. En términos de equipos industriales, Stanley Black &Decker es una empresa notable que incorpora ABS moldeado en carcasas de herramientas y carcasas de equipos eléctricos.

Moldeo por inyección confiable con 3ERP

Los ingenieros y diseñadores de productos suelen utilizar empresas de moldeo por inyección de terceros para fabricar piezas o prototipos, dado el tamaño y el costo de la maquinaria de moldeo por inyección. Estas empresas también suelen ser especialistas en la fabricación de moldes; Es posible que los diseñadores de productos no necesiten conocimientos expertos en fabricación de moldes para realizar sus diseños en 3D.

Las empresas de moldeo por inyección suelen operar una flota de máquinas que varían en fuerzas de sujeción, según el tamaño del molde requerido.

Empresas como 3ERP pueden realizar una variedad de proyectos de moldeo por inyección de ABS, desde prototipos hasta producción en masa. Nuestra experiencia profesional nos permite manejar DFM, fabricación de moldes, producción y acabado de superficies, garantizando que los productos finales cumplan con los más altos estándares de calidad y precisión.

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Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cuánto duran los moldes de inyección de ABS?

Al moldear un material fácilmente procesable como el ABS, los moldes pueden durar mucho tiempo. Un molde de acero bien hecho puede durar cientos de miles o incluso un millón de ciclos, mientras que un molde de aluminio de bajo costo normalmente durará decenas de miles de ciclos, ideal para moldeo de bajo volumen.

¿Cuánto cuesta en promedio el moldeo por inyección de ABS?

Como ocurre con todos los materiales de moldeo por inyección, el mayor costo del moldeo por inyección de ABS es la fabricación del molde. Los moldes de aluminio simples cuestan unos pocos miles de dólares, mientras que los moldes de acero generalmente cuestan más de $10,000, o mucho más para moldes complejos de varias partes. Sin embargo, el coste por inyección de ABS es muy bajo. Espere pagar más por pieza en tiradas cortas que en producción en masa.

¿Cómo calcular la contracción en ABS para moldeo por inyección?

La contracción del molde de ABS es de aproximadamente 0,4 a 0,7 %. Los diseñadores de moldes deben aplicar este factor a las dimensiones de la cavidad para garantizar que las molduras finales no sean demasiado pequeñas.

¿Por qué los pellets de ABS deben estar secos?

El ABS es un material higroscópico, lo que significa que absorbe la humedad del aire. Si los gránulos de ABS han absorbido el exceso de agua antes del moldeo por inyección, el agua vaporizada provoca problemas como marcas de separación y huecos. Para evitar estos problemas, los gránulos se pueden secar a una temperatura moderada (alrededor de 80 °C) antes de su uso.

¿Cómo se pueden prevenir las molduras de ABS deformadas?

El moldeo por inyección de ABS no es especialmente difícil, pero la deformación se puede minimizar manteniendo una temperatura constante del molde, utilizando un espesor de pared uniforme y enfriando lentamente las molduras terminadas.

¿Se pueden utilizar piezas moldeadas de ABS en exteriores?

El ABS es un material razonablemente bueno para uso en exteriores y ofrece cierto grado de resistencia a la intemperie. Sin embargo, para aplicaciones en exteriores muy exigentes, se puede utilizar un grado ABS resistente a la intemperie. Dichos materiales están diseñados para proporcionar una resistencia superior a los rayos UV y, por lo tanto, no se degradarán con el tiempo cuando se expongan a la luz solar.

¿Por qué elegir el moldeo por inyección de ABS en lugar de la impresión 3D de ABS?

Ambas tecnologías tienen sus ventajas. La impresión 3D FDM de estilo extrusión es una excelente opción para crear prototipos rápidos y únicos, y las impresoras 3D de escritorio pueden funcionar en entornos no industriales. Por otro lado, el moldeo por inyección es la mejor opción para fabricar piezas delgadas pero resistentes con un excelente acabado superficial. En grandes cantidades, el moldeo por inyección también es significativamente más barato que la impresión 3D.

¿Qué pasa con el moldeo por soplado de ABS?

El moldeo por soplado es un proceso que se utiliza para fabricar piezas delgadas y simples, como botellas de plástico, utilizando una preforma dentro de un molde que se infla con aire hasta que se adhiere a las paredes del molde. El ABS se puede utilizar durante el moldeo por soplado y es adecuado para piezas como carcasas, tuberías y mangueras de componentes electrónicos. Sin embargo, carece de la transparencia de otros termoplásticos comunes de moldeo por soplado y es más caro que materiales como el polietileno de alta densidad (HDPE) y el polipropileno (PP).

¿Son tóxicas las molduras de ABS?

El ABS moldeado es estable y normalmente se considera no tóxico. Sin embargo, puede liberar vapores tóxicos si se quema. El ABS sin recubrimiento también es reciclable y el ABS reciclado se puede reutilizar durante el proceso de moldeo por inyección.