Prototipado de elastómeros: Guía profesional para manufactura rápida y rentable

El prototipado es una fase clave del ciclo de vida de manufactura que típicamente vincula el final de la etapa de diseño con el inicio de la producción. El proceso permite a diseñadores e ingenieros refinar el diseño de la pieza, recopilar retroalimentación y obtener la aprobación de las partes interesadas.

Los prototipos pueden crearse de varias maneras diferentes. El prototipado rápido 3D, que usa métodos de manufactura aditiva para producir piezas, se ha vuelto una opción cada vez más popular para prototipado porque permite a los ingenieros identificar rápida y rentablemente problemas de diseño antes de que comience la producción. Esto ayuda a evitar revisiones de herramental potencialmente costosas o que consumen tiempo, mejora la calidad del producto y asegura que la producción se mantenga en línea con los cronogramas proyectados.

Sin embargo, ciertas aplicaciones de piezas y materiales no son buenos ajustes para el prototipado basado en 3D. Procesos como modelado por deposición fundida (FDM) producen piezas no isotrópicas que pueden ser más frágiles y reaccionar de manera diferente que las piezas de elastómero de producción, mientras que otros métodos aditivos pueden estar limitados por costo u opciones de material.

Esto puede presentar un desafío para el prototipado rápido de moldeo de elastómeros, sellos y otras piezas altamente elásticas con bajos durómetros, donde la flexibilidad es una característica de material deseable. Si bien los desarrollos en métodos de manufactura aditiva han permitido a los ingenieros imprimir goma, o productos "elastómeros", todavía hay limitaciones en lo que se puede hacer con la tecnología. Sin embargo, los componentes y prototipos de elastómero pueden fabricarse efectivamente con métodos de manufactura tradicionales.

Métodos para producir prototipos elastoméricos

Procesos como moldeo por compresión y moldeo por transferencia son métodos altamente eficientes para producir piezas de goma como juntas, sellos y anillos O, pero el herramental requerido para fabricar diseños de moldeo por compresión de goma tiende a venir con un alto precio. Los dos métodos tradicionales más comunes para prototipar piezas de goma son el vaciado de uretano y el troquelado (die-cutting).

El vaciado de uretano implica crear un molde de silicona alrededor de un patrón maestro con la geometría exacta de la pieza final deseada. El patrón maestro puede ser mecanizado por CNC o impreso en 3D, dependiendo de la aplicación y complejidad geométrica. Una vez que el molde fragua, puede cortarse y usarse para crear réplicas altamente precisas del patrón maestro en bajos volúmenes. Una ventaja significativa del vaciado de uretano es que el proceso permite más durómetros y colores que otros métodos de prototipado de elastómeros. El troquelado de láminas de stock elastomérico también es muy común para juntas y sellos.

El fresado CNC es un proceso de manufactura sustractivo que usa herramientas rotativas para cortar material de una pieza de trabajo sólida de manera rápida y eficiente, dando forma a la pieza deseada. Este método también puede usarse para crear diseños de goma, pero hay una limitación de diseño importante: intentar cortar material elástico y flexible con cualquier grado de precisión es increíblemente difícil. Por esta razón, solo gomas muy rígidas pueden fresarse efectivamente.

El prototipado de uretano vaciado es una forma más eficiente de crear piezas de goma blanda. Si por alguna razón el prototipo debe fresarse, los ingenieros deberían considerar colocar un collar justo encima de la fresadora para evitar que la pieza de trabajo de goma se mueva. Las piezas de trabajo de goma también pueden congelarse en nitrógeno líquido antes del fresado para aumentar su dureza.

Una de las principales ventajas de la impresión 3D de prototipos de goma es la velocidad. Una vez que el archivo CAD está finalizado, las piezas a menudo pueden fabricarse en menos de un día. Sin embargo, algunos métodos aditivos vienen con limitaciones de material, lo que significa que aunque pueden ser efectivos para probar el ajuste y la forma de los componentes, a menudo no son ideales para pruebas funcionales.

Algunas limitaciones de material varían según el proceso. Uno de los primeros métodos de prototipado de elastómeros impresos en 3D usó sinterizado selectivo por láser (SLS) con un material base elástico. Los prototipos creados a través de SLS muestran cierta elasticidad, pero aún exhiben rigidez relativa y son propensos a romperse después de flexiones repetidas. Estas piezas también a menudo tienen acabados de baja resolución.

El desarrollo de la tecnología PolyJet permitió a los ingenieros imprimir múltiples materiales en diferentes combinaciones desde la misma cabeza. Esto permite la producción de prototipos que simulan con precisión las diversas propiedades de la goma, incluyendo durómetros que van de 27 a 95 en la escala de dureza Shore. Desafortunadamente, muchos materiales PolyJet carecen de la resistencia de los verdaderos prototipos de goma, aunque algunos materiales más nuevos proporcionan resistencia y funcionalidad más comparables.

La tecnología Digital Light Synthesis (DLS) de Carbon también puede usarse para imprimir prototipos de elastómero, con una ventaja del proceso siendo que permite mayores propiedades isotrópicas. Este método tiene algunas limitaciones cuando se trata de propiedades de material, durómetro, color, complejidad de pieza y tamaño de pieza, pero puede usarse para crear prototipos de goma de calidad de producción.

Prototipado de piezas de goma eficientemente

Los avances tecnológicos han hecho mucho más fácil prototipar piezas de elastómero rápida y económicamente, y dejar que las especificaciones de material requeridas determinen qué proceso usan los fabricantes es clave para maximizar la eficiencia. Si el prototipo está destinado como prueba de concepto o para probar la forma y ajuste de componentes, entonces la eficiencia que brinda la impresión 3D es difícil de superar. Por otro lado, el vaciado de uretano tiene muchas menos limitaciones de material, lo que a menudo resultará más útil para el propósito de pruebas funcionales.

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