Guía para la creación de prototipos de elastómeros

La creación de prototipos es una fase clave del ciclo de vida de fabricación que normalmente vincula el final de la etapa de diseño con el inicio de la producción. El proceso permite a los diseñadores e ingenieros perfeccionar el diseño de piezas, recopilar comentarios y obtener la aceptación de las partes interesadas.

Los prototipos se pueden crear de varias maneras diferentes. La creación rápida de prototipos en 3D, que utiliza métodos de fabricación aditivos para producir piezas, se ha convertido en una opción cada vez más popular para la creación de prototipos porque permite a los ingenieros identificar problemas de diseño de manera rápida y rentable antes de que comience la producción. Esto ayuda a evitar revisiones de herramientas potencialmente costosas o que consumen mucho tiempo, mejora la calidad del producto y garantiza que la producción se mantenga al día con los plazos previstos.

Sin embargo, ciertas aplicaciones y materiales de piezas no son adecuados para la creación de prototipos basados ​​en 3D. Procesos como el modelado por deposición fundida (FDM) producen piezas no isotrópicas que pueden ser más frágiles y reaccionar de manera diferente a las piezas de elastómero de producción, mientras que otros métodos aditivos pueden verse limitados por el costo o las opciones de materiales.

Esto puede presentar un desafío para la creación rápida de prototipos de elastómeros, sellos y otras piezas altamente elásticas con durezas bajas, donde la flexibilidad es una característica deseable del material. Si bien los desarrollos en los métodos de fabricación aditiva han permitido a los ingenieros imprimir productos de caucho o "elastómero", todavía existen limitaciones en lo que se puede hacer con la tecnología. Sin embargo, los componentes y prototipos de elastómero se pueden fabricar eficazmente con métodos de fabricación tradicionales.

Métodos para producir prototipos elastoméricos

Los procesos como el moldeo por compresión y el moldeo por transferencia son métodos altamente eficientes para producir piezas de caucho como juntas, sellos y juntas tóricas, pero las herramientas necesarias para fabricar diseños de moldes de compresión de caucho tienden a tener un precio alto. Los dos métodos tradicionales más comunes para crear prototipos de piezas de caucho son la fundición de uretano y el troquelado.

La fundición 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 se puede mecanizar con CNC o imprimir en 3D, según la aplicación y la complejidad geométrica. Una vez que el molde fragua, se puede abrir y usar para crear réplicas de alta precisión del patrón maestro en pequeños volúmenes. Una ventaja significativa de la fundición de uretano es que el proceso permite más durómetros y colores que otros métodos de creación de prototipos de elastómeros. El troquelado de láminas elastoméricas también es muy común para juntas y sellos.

El fresado CNC es un proceso de fabricación sustractivo que utiliza herramientas giratorias para cortar material de una pieza de trabajo sólida de manera rápida y eficiente, dando así forma a la pieza deseada. Este método también se puede usar 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 este motivo, solo se pueden fresar con eficacia gomas muy rígidas.

La creación de prototipos de uretano fundido es una forma más eficiente de crear piezas de goma blanda. Si por alguna razón se debe fresar el prototipo, los ingenieros deben considerar colocar un collar justo encima del molino para evitar que la pieza de trabajo de caucho se mueva. Las piezas de trabajo de caucho también se pueden congelar en nitrógeno líquido antes del fresado para aumentar su dureza.

Una de las principales ventajas de la impresión 3D de prototipos de caucho es la velocidad. Una vez que se finaliza el archivo CAD, las piezas a menudo se pueden fabricar en menos de un día. Sin embargo, algunos métodos aditivos vienen con limitaciones materiales, lo que significa que si bien pueden ser efectivos para probar el ajuste y la forma de los componentes, a menudo no son ideales para las pruebas funcionales.

Algunas limitaciones materiales varían según el proceso. Uno de los primeros métodos de creación de prototipos de elastómeros impresos en 3D utilizó la sinterización selectiva por láser (SLS) con un material base elástico. Los prototipos creados a través de SLS muestran cierta elasticidad, pero aún exhiben una rigidez relativa y son propensos a romperse después de flexiones repetidas. Estas piezas también suelen tener acabados de baja resolución.

El desarrollo de la tecnología PolyJet permitió a los ingenieros imprimir múltiples materiales en diferentes combinaciones desde el mismo cabezal. Esto permite la producción de prototipos que simulan con precisión las diversas propiedades del caucho, incluidos 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 caucho, aunque algunos materiales más nuevos brindan una resistencia y funcionalidad más comparables.

La tecnología de síntesis de luz digital (DLS) de Carbon también se puede utilizar para imprimir prototipos de elastómeros, y una de las ventajas del proceso es que permite mayores propiedades isotrópicas. Este método tiene algunas limitaciones en lo que respecta a las propiedades del material, la dureza, el color, la complejidad de la pieza y el tamaño de la pieza, pero se puede utilizar para crear prototipos de caucho con calidad de producción.

Prototipado eficiente de piezas de caucho

Los avances tecnológicos han hecho que sea mucho más fácil crear prototipos de piezas de elastómero de forma rápida y económica, y dejar que las especificaciones de material requeridas determinen qué fabricantes de procesos es clave para maximizar la eficiencia. Si el prototipo pretende ser una prueba de concepto o probar la forma y el ajuste de los componentes, la eficiencia que ofrece la impresión 3D es difícil de superar. Por otro lado, la fundición de uretano tiene muchas menos limitaciones de material, lo que a menudo resultará más útil para las pruebas funcionales.

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