Guía experta: Optimización del moldeo por inyección de paredes delgadas para calidad y eficiencia de costos

El moldeo por inyección es un proceso de manufactura popular y versátil que permite a las empresas producir tiradas de producción de alto volumen a un costo por pieza relativamente bajo sin sacrificar calidad. Es altamente repetible y capaz de producir componentes fuertes que cumplen con requisitos mecánicos y dimensionales estrictos.

Cuando las empresas necesitan producir una pieza de plástico con paredes delgadas, como ciertas piezas de automóvil o fundas de teléfonos móviles, pueden recurrir al moldeo por inyección de paredes delgadas. Sin embargo, deberá tener especial cuidado al diseñar productos con paredes delgadas, ya que el moldeo por inyección de paredes delgadas introduce nuevos desafíos. En este artículo, repasaremos los conceptos básicos del moldeo por inyección de paredes delgadas, sus aplicaciones comunes y algunos consejos de diseño para moldeo por inyección para que pueda comenzar con el pie derecho.

¿Qué es el moldeo por inyección de paredes delgadas?

El moldeo por inyección de paredes delgadas es una forma especializada de moldeo por inyección que permite a los fabricantes crear piezas más delgadas y ligeras sin sacrificar la integridad estructural. Al optar por el moldeo por inyección de paredes delgadas sobre el moldeo por inyección tradicional, las empresas pueden ahorrar material, aumentar la productividad, lograr un costo por pieza menor y reducir el consumo de combustible y emisiones de carbono relacionadas con el envío.

Dado que las piezas de plástico de paredes delgadas tienen menos material para enfriar, los tiempos de ciclo son mucho más rápidos, reduciendo los plazos de entrega. De hecho, una reducción significativa en el espesor de pared a veces puede reducir los tiempos de ciclo a la mitad, ayudando a las empresas a llevar productos a las manos de los clientes más rápido y ahorrando en costos operativos. Además, dado que paredes más delgadas significan menos plástico, las empresas pueden ahorrar dinero en materiales y, en el caso de contenedores y empaques, dejar más espacio vacío para el producto.

Sin embargo, el moldeo por inyección de paredes delgadas viene con algunos desafíos. Por un lado, el proceso de inyección es más complicado. Se necesita mayor presión y velocidades de moldeo más rápidas para llenar todas las cavidades delgadas con material fundido, evitar el congelamiento prematuro y asegurar que la pieza salga como se pretende. Por ejemplo, mientras un componente con paredes estándar puede llenarse en dos segundos, esa misma pieza con paredes un 25 % más delgadas puede necesitar llenarse en solo un segundo. Además, puede necesitar dar pasos adicionales y diseñar cuidadosamente las compuertas para facilitar la eyección de la pieza.

Usos comunes del moldeo por inyección de paredes delgadas en manufactura

Los fabricantes a menudo recurren al moldeo por inyección de paredes delgadas cuando se trata de empaques plásticos, ya que puede usarse para crear desde empaques aptos para alimentos hasta empaques de dispositivos médicos. Otros usos comunes incluyen componentes de teléfonos móviles, tapas y contenedores plásticos, carcasas electrónicas, jeringas y componentes de dispositivos médicos. Incluso las industrias automotriz, de construcción, electrodomésticos y aeroespacial usan moldeo por inyección de paredes delgadas para piezas y ensamblajes de componentes.

Consejos y trucos de diseño para moldeo por inyección de paredes delgadas

Las paredes delgadas a menudo conducen a problemas de flujo de material, que pueden causar áreas sin formar. Otros problemas comunes asociados con paredes delgadas incluyen enfriamiento desigual, deformación (warping), grietas, inconsistencias de textura cosmética y líneas de soldadura (knit lines) débiles o puntos de fractura.

Para evitar estos problemas y crear la mejor pieza posible:

Preste atención a su material

La elección del material es siempre importante para el moldeo por inyección, pero es esencial al crear piezas con paredes delgadas. Algunos materiales, como el policarbonato (PC), son pegajosos, lo que dificulta el llenado de moldes con paredes delgadas. Sin embargo, ciertos termoplásticos fluirán más fácilmente a través de secciones estrechas de un molde, como polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE), nailon (PA) y polipropileno (PP). El caucho de silicona líquido (LSR) también se llena fácilmente, aunque puede aumentar el riesgo de rebaba (flash) a lo largo de las líneas de partición de su molde.

No hay un material único para el moldeo por inyección de paredes delgadas, así que considere la geometría y las necesidades de aplicación de su pieza al comparar materiales. Además, intente elegir un material que no acelere el desgaste del molde cuando se inyecta a altas velocidades.

Considere su material de molde

Además de pensar en el material de su producto, deberá considerar cuidadosamente el material de su molde. Aunque el acero P20 se usa a menudo en aplicaciones convencionales de moldeo por inyección, puede no ser lo suficientemente fuerte para soportar las altas presiones, desgaste y erosión asociados con el moldeo por inyección de piezas con paredes delgadas. En su lugar, necesitará un material más robusto, como 718, H-13, D-2 u otro acero resistente.

Es importante notar que puede terminar pagando un 30 %–40 % más por una herramienta hecha de material robusto comparado con una hecha de P20. Sin embargo, ese costo adicional puede compensarse fácilmente con el mayor rendimiento y longevidad de la herramienta.

Tenga espesor de pared uniforme

Si es posible, asegúrese de que su diseño tenga espesor de pared uniforme en todo momento. Esto permitirá un enfriamiento uniforme y ayudará a prevenir deformación, marcas de hundimiento (sink marks), líneas de flujo y llenados incompletos (short shots). Para mejores resultados, mantenga su espesor de pared en un mínimo de 0,9 mm (0,0354") o mayor.

Añada nervios (ribs) o refuerzos (gussets)

Puede incluir nervios en el diseño de su pieza si necesita fortalecerla o aumentar su rigidez. Aunque los nervios generalmente tienen la mitad del espesor de la pared que soportan, sus nervios pueden ser tan gruesos como su pared si esta es menor a 1 mm. Sin embargo, marcas de hundimiento y transparencia (read through) pueden ser visibles donde el nervio intersecta la pared.

Nervios mal diseñados pueden resultar en deformación, marcas de hundimiento, vacíos y rotura, causando más problemas de los que valen. Para evitar estos problemas, diseñe nervios al 60 % del espesor de pared o menos, mantenga radios de base pequeños, separe los nervios tres veces el espesor de pared, e incluya 1° de ángulo de desmoldeo (draft) o mayor.

Si desea reforzar su pared delgada sin hacer los nervios más gruesos, añada refuerzos (gussets o nervios de soporte cruzado) y siga el mismo conjunto de pautas.

Incluya radios

Las esquinas agudas nunca son buenas en el moldeo por inyección, ya que pueden causar que las piezas se peguen a la herramienta durante el proceso de eyección. También requieren más presión para llenar y pueden resultar en vacíos si no hay presión suficiente, por lo que es importante incluir radios y redondear esquinas y bordes internos y externos. Dado que la cavidad del molde es increíblemente estrecha en el moldeo por inyección de plástico de paredes delgadas, evitar esquinas y bordes agudos es aún más crítico para asegurar un flujo suave de material y una eyección limpia.

Preste atención a la temperatura

La temperatura del molde es clave para el proceso de moldeo por inyección y puede afectar drásticamente cómo se ve y siente el producto final. Un molde más cálido permite que el plástico inyectado fluya más fácilmente, resultando en mejor calidad de superficie.

En cuanto al enfriamiento, coloque líneas de enfriamiento sin bucles directamente en sus bloques de núcleo y cavidad para mantener la temperatura de la superficie del molde lo más consistente posible. Además, intente aumentar la cantidad de flujo de refrigerante a través de su herramienta, en lugar de disminuir la temperatura del refrigerante, y asegúrese de que la diferencia de temperatura entre su refrigerante de entrada y retorno sea menor a 10 °F.

Diseñe compuertas (gates) con cuidado

Dado que el moldeo por inyección de paredes delgadas implica velocidades y presiones de inyección más altas, las compuertas deben ser más grandes que las paredes de la pieza para ayudar a minimizar el desgaste de la compuerta y el corte del material (material shear). Esto también ayudará a prevenir o eliminar el congelamiento prematuro (freeze-off) antes de que se logre el empaquetado (packing). Si su compuerta se conecta a una pared delgada con un punto de aguja (pinpoint), gota caliente (hot-drop) o canal principal (sprue), puede reducir el estrés en la compuerta y mejorar el proceso de llenado incluyendo un pozo de compuerta (gate well).

También puede querer aumentar los ángulos de desmoldeo de nervios de refuerzo, bordes y bosses, ya que las piezas de plástico de paredes delgadas experimentan contracción mínima.

Creación de piezas de paredes delgadas con Fast Radius

El moldeo por inyección de paredes delgadas no solo ayuda a las empresas a reducir el peso de la pieza y el consumo de material, sino que también puede ayudar a reducir costos y tiempos de ciclo. Sin embargo, deberá seguir estos consejos y trucos para evitar problemas de flujo de material, enfriamiento desigual y otros problemas.

Un socio de manufactura experimentado como Fast Radius puede ayudarle a través del proceso de moldeo por inyección, desde el diseño hasta la producción. Cuando trabaja con nosotros, podemos ayudarle a diseñar herramientas de moldeo por inyección y fabricar piezas de calidad rápida y rentablemente. Además, al cargar su archivo de pieza en nuestro sitio web, su diseño pasará por un análisis DFM instantáneo para identificar problemas potenciales de fabricabilidad. Cree una cuenta y cargue sus diseños de piezas o contáctenos hoy para comenzar su próximo proyecto de moldeo por inyección.