Reducir la sobrediseño: cambiar piezas metálicas a plásticos avanzados

Los ingenieros a menudo recurren a los metales para crear productos robustos porque son fuertes, típicamente resistentes a la corrosión, térmicamente estables y bastante bien comprendidos en la comunidad de ingeniería. Dados los avances en termoplásticos y termoestables de alto rendimiento, técnicas de fabricación y herramientas de diseño digital, los plásticos son más capaces de lo que podría imaginar. Es posible que esté sobrediseñando su pieza al fabricarla en metal y perdiéndose las muchas propiedades favorables de los plásticos.

Aspectos a considerar

Para decidir si su pieza es una buena candidata para la conversión de metal, es importante comprender los requisitos de rendimiento de su producto. ¿Cuáles son las condiciones de operación? ¿Cuáles son los casos de carga? ¿Cuánta fluencia/fatiga es aceptable? ¿Cuáles son las especificaciones en torno a la resistencia química y a los UV? Su pieza puede tener requisitos no negociables que la hagan inadecuada para la conversión, pero la amplia gama de propiedades de materiales y variedades de plásticos en el mercado hace que encontrar una alternativa adecuada sea más fácil que nunca.

Suficientemente resistente

Aunque los plásticos no tienen la resistencia del metal, ciertos plásticos son lo suficientemente fuertes para muchas aplicaciones. Por ejemplo, el Éster de Cianato, un polímero propietario fabricado para la tecnología Digital Light Synthesis (DLS) de Carbon®, tiene alta deflexión por calor, resistencia y rigidez. En particular, la rigidez es comparable a un nailon cargado de vidrio y se ha utilizado para reemplazar algunos componentes metálicos heredados donde el coste o el peso son consideraciones más importantes. Un rediseño cuidadoso que aproveche características estructurales complejas como nervios y refuerzos podría permitirle convertir su pieza de metal a plástico y seguir cumpliendo sus requisitos funcionales.

En algunos casos, las piezas de plástico pueden incluso rendir mejor que las de metal. Las piezas metálicas con geometrías complejas a veces requieren procesos secundarios como soldar componentes separados para lograr la geometría final. Las soldaduras introducen puntos de debilidad y corrosión potenciales, mientras que un componente de plástico puede producirse como una sola pieza sin estos defectos, como se ve en la imagen a continuación.

Ganancias de rendimiento

Los plásticos actuales también ofrecen una amplia gama de beneficios funcionales. Por ejemplo, los engranajes son buenos candidatos para la conversión, porque el plástico adecuado podría no requerir lubricación externa, lo que a menudo necesita el metal. Además, en un entorno altamente corrosivo, la pieza de plástico podría tener una vida útil más larga y, en última instancia, superar a su contraparte metálica.

Otros beneficios funcionales del plástico incluyen mejor sellado, amortiguación de vibraciones y sonido, y resistividad eléctrica y térmica. Los métodos de fabricación de plástico también logran tolerancias más altas que los componentes de chapa metálica o fundidos. Por último, los métodos de fabricación de plástico le dan más control sobre la estética de su producto, permitiéndole personalizar colores, añadir logotipos personalizados o aplicar texturas.

Ahorro de dinero y tiempo

Hay muchos ahorros de coste que descubrir mediante el rediseño de piezas metálicas. Un ejemplo obvio es el aeroespacial, donde la reducción de masa de meras onzas se traduce en dólares significativos. Otras áreas donde podría encontrar ahorros incluyen:

• Ahorro de material y tiempo al eliminar la necesidad de recubrimiento o pintura adicional requerida para muchas piezas metálicas
• Ahorro de coste por mayor eficiencia de material en procesos near-net-shape
• Reducción de costes de tiempo y mano de obra lograda mediante consolidación de ensamblaje posible con moldeo e impresión 3D

Aquí tiene un ejemplo real de ahorro de coste de nuestro negocio. Los conductos de aire son excelentes candidatos para la consolidación de piezas porque la geometría y el flujo de aire pueden optimizarse con fabricación aditiva. Fast Radius fabrica el conducto de refrigeración en la serie de impresoras HP 500/300 usando HP MJF. Al consolidar ocho piezas (principalmente metálicas) en una, HP pudo simplificar su cadena de suministro y reducir el coste del componente en un 30 por ciento.

¿Moldeo o impresión?

Muchos factores influyen en la decisión de qué proceso de fabricación de plástico utilizar. Los siguientes factores proporcionan orientación sobre cuándo considerar la fabricación aditiva frente a las técnicas de moldeo tradicionales.

• Plazo de entrega – Mientras que el utillaje para moldeo puede llevar meses, la fabricación aditiva reduce el plazo a días o semanas, lo que puede acelerar el lanzamiento de su producto.
• Punto de equilibrio – Muchos procesos de moldeo requieren altos volúmenes para tener sentido financiero debido a los altos costes de utillaje y configuración. En volúmenes bajos, la fabricación aditiva proporciona ahorros de coste significativos.
• Libertad de diseño – La fabricación aditiva hace posibles diseños previamente no fabricables, desbloqueando mucho valor. Añadir características estructurales complejas como celosías, geometrías orgánicas y personalización entre piezas.

Hágalo mejor

Solo porque algo funcione no significa que no deba intentar que funcione mejor. Convertir piezas o ensamblajes metálicos a plástico puede ser un excelente lugar para encontrar eficiencia y ahorro de coste en su lista de materiales (BOM). Aquí en Fast Radius, hemos ayudado a innumerables empresas a mejorar el diseño y rendimiento del producto convirtiendo de metal a plástico. Por ejemplo, convertimos el intercambiador de calor tradicional a Éster de Cianato y obtuvimos una mejora de 2x en la transferencia de calor. También ayudamos a Bastian Solutions a crear un brazo más ligero para su robot de manipulación de materiales fabricando una sola pieza aditivamente con PA 12 en lugar de un ensamblaje compuesto principalmente de metal.

Así que, la próxima vez que esté diseñando una pieza metálica, le desafiamos a detenerse y preguntarse: ¿podría esta pieza fabricarse mejor con plástico?

¿Quiere dejar de sobrediseñar sus piezas metálicas? Contacte a los expertos de Fast Radius, que pueden ayudarle a identificar piezas, rediseñarlas y fabricarlas de manera más eficiente.

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