Cómo elegir el proceso ideal de fabricación de plástico para su proyecto

Los plásticos son una familia de materiales de fabricación altamente versátiles —algunos son blandos y flexibles; otros son rígidos y resistentes al impacto. Esta amplia gama de propiedades físicas garantiza que, independientemente de la aplicación, la fabricación de piezas de plástico sea generalmente eficiente en tiempo y costo.

Independientemente del uso final —ya sea que las piezas se usen para crear diseños innovadores de sillones, componentes de herramientas eléctricas o extremidades prostéticas— es importante que diseñadores e ingenieros sepan cómo seleccionar el proceso de fabricación adecuado para sus necesidades.

Tipos de fabricación de productos plásticos

Dado que los plásticos vienen en diferentes formas, tamaños, durabilidades y colores, no debería sorprender que existan una variedad de procesos de fabricación que permiten la producción de piezas de plástico. Aquí hay un resumen rápido de algunos de los más comunes.

Impresión 3D

Este proceso usa diseños y modelos CAD para crear piezas tridimensionales añadiendo una capa del material de producción a la vez hasta que la pieza se forma completamente. La ventaja principal de la impresión 3D es que, comparada con otros procesos de fabricación, tiene muchas menos limitaciones de diseño, lo que la hace un método especialmente económico para crear piezas con geometrías complejas.

A diferencia del mecanizado CNC, por ejemplo, donde los ingenieros pueden necesitar considerar cómo la cabeza de la fresa alcanzará puntos estrechos, así como el tamaño de las herramientas necesarias para crear detalles finos en la geometría de la pieza, la impresión 3D permite crear características de diseño complicadas —como canales internos curvos— sin utillaje.

La fabricación aditiva es capaz de diseños intrincados que son difíciles o imposibles de hacer eficientemente con otros procesos de fabricación. También permite crear una pieza como una sola pieza sólida, en lugar de como múltiples componentes que se ensamblan posteriormente.

Mecanizado CNC

Este proceso implica usar herramientas de corte controladas por computadora como fresadoras, tornos y taladros en tándem con rotación para crear piezas de plástico.

A diferencia de los procesos de fabricación aditiva, el mecanizado CNC es un proceso sustractivo, lo que significa que el material se elimina gradualmente del bloque que eventualmente se convertirá en la pieza terminada, llamada pieza de trabajo. Hay dos categorías amplias de mecanizado CNC: fresado, que usa herramientas giratorias y una pieza de trabajo fija; y torneado, que usa herramientas fijas y una pieza giratoria.

El mecanizado CNC puede ser una alternativa efectiva para crear piezas difíciles de moldear o que requieren tolerancias ajustadas, lo que hace que el método sea ideal tanto para prototipado como para crear ciertos productos de uso final, incluyendo bujes y engranajes. Sin embargo, la complejidad de la pieza puede aumentar rápidamente el costo por pieza al usar procesos de mecanizado, y ciertas formas geométricas —como canales internos curvos— pueden ser difíciles o imposibles de crear usando fabricación sustractiva.

Moldeo por inyección

Como su nombre sugiere, este proceso implica inyectar material termoplástico fundido a presión en moldes de acero endurecido o aluminio. Estos moldes, que pueden ser geométricamente complejos, resultan en piezas con tolerancias ajustadas, precisión iterativa y acabado superficial de alta calidad —todo lo cual hace que el moldeo por inyección sea un proceso efectivo para tiradas de producción de alto volumen.

Si bien el moldeo por inyección es costoso para utillar y comenzar a funcionar —crear los moldes puede ser costoso y tomar varios meses— ningún otro proceso de fabricación de productos plásticos puede igualar su capacidad para producir rápidamente tiradas de producción de alto volumen, lo que reduce drásticamente el costo por pieza.

Moldeo por extrusión

El proceso de moldeo por extrusión es similar al moldeo por inyección en que requiere plásticos fundidos para crear piezas. Sin embargo, en lugar de inyectar el material fundido en un molde, los sistemas de extrusión fuerzan el plástico a través de una matriz que le da al plástico una forma fija.

Tuberías de plástico, pajitas, canaletas, marcos de puertas, mangueras y otras piezas simétricas pueden fabricarse eficientemente con sistemas de extrusión. Debido a sus formas más simples, las piezas hechas por extrusión a menudo tienen bajos costos de producción y utillaje.

Fundición de uretano

El proceso de fundición de uretano implica crear un molde de silicona a partir de un patrón maestro del diseño finalizado de la pieza. Una vez que el molde ha fraguado y se ha retirado el patrón maestro, el molde puede usarse para producir copias individuales de la pieza con altos niveles de precisión y exactitud, así como buen acabado superficial.

Los moldes de silicona de uretano fundido son menos duraderos que los de acero endurecido usados para moldeo por inyección, pero pueden crearse mucho más rápida y rentablemente. Esto hace que la fundición de uretano sea una buena opción para producción de bajo a mediano volumen con plazos de entrega ajustados.

Termoformado al vacío

El termoformado al vacío usa un vacío para empujar láminas de plástico calentado y maleable a través de moldes de una sola superficie. Comúnmente usado con termoplásticos como láminas de poliestireno de alto impacto, este proceso se usa para crear productos duraderos en una variedad de formas, incluyendo cubiertas protectoras, señales de tráfico y envases para productos sensibles al gusto u olor.

Rotomoldeo

El proceso de moldeo rotacional implica rotar un molde hueco lleno de resina en polvo mientras el molde se calienta y enfría, asegurando que las paredes se recubran uniformemente y libres de hundimientos o deformaciones. Es un método efectivo para crear piezas altamente estables con espesores de pared uniformes, como tanques y contenedores de plástico, que no suelen requerir acabado superficial adicional.

Factores a considerar al fabricar piezas de plástico

Debido a que hay una amplia gama de procesos de fabricación disponibles, es importante elegir el más adecuado para la pieza. Aquí hay algunas consideraciones a tener en cuenta.

Material

La aplicación de la pieza es una consideración principal al seleccionar un material viable, y determinar las características físicas más beneficiosas para la pieza en cuestión puede ayudar a reducir las opciones de material.

Sin embargo, es importante notar que algunos materiales son más adecuados para procesos de fabricación específicos. Por ejemplo, piezas de poliuretano elásticas de bajo durómetro son fáciles de producir con fundición de uretano, pero extremadamente difíciles de trabajar en impresión 3D. En algunos casos, las características de material deseadas incluso pueden mejorarse seleccionando estratégicamente un método de fabricación.

Forma

Factores como requisitos de tolerancias ajustadas, características internas únicas o un alto nivel de complejidad geométrica ayudarán a determinar qué procesos de fabricación son más económicos y eficientes. Si la pieza demanda un proceso específico, hacer revisiones de diseño para fabricabilidad (DFM) puede ser necesario para optimizar la rentabilidad de la producción.

Plazo de entrega

Las fechas límite del producto final ayudarán a determinar el mejor método de fabricación, ya que los tiempos de producción pueden variar significativamente entre procesos. Dependiendo de la pieza y la máquina, algunas impresoras 3D pueden producir piezas completadas y viables en unas pocas horas. En el otro extremo del espectro, aunque el proceso real de moldeo por inyección es muy rápido —en muchos casos capaz de lograr tiempos de ciclo de menos de un minuto— el utillaje de los moldes puede tomar meses en finalizar, lo que extiende el cronograma de producción.

Volumen y costo

Un último factor importante a tener en cuenta es el volumen de producción requerido. Los sistemas de moldeo por inyección demandan costos iniciales elevados, lo que tiende a hacerlos económicos para tiradas de alto volumen pero ineficientes en costo para prototipado. Otros procesos, como el mecanizado CNC, tienen costos iniciales más bajos pero pueden costar más por pieza fácilmente dependiendo de la cantidad de mano de obra manual involucrada. Encontrar el equilibrio correcto entre volumen de producción y rentabilidad es clave.

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La variedad de procesos de fabricación de plásticos disponibles habla de la versatilidad del plástico. El proceso adecuado para cualquier pieza dada dependerá de varios factores, incluyendo la aplicación de la pieza, diseño, volumen de producción y plazo de entrega.

En Fast Radius, trabajamos estrechamente con nuestros clientes para asegurar que sus piezas se fabriquen con el proceso más efectivo y eficiente. Si tiene preguntas sobre cómo trabajamos, o si está listo para comenzar la producción, contáctenos hoy.

Aprenda más sobre fabricación de plásticos y los otros servicios que ofrecemos en nuestro centro de recursos. Allí también puede leer sobre los diferentes tipos de plásticos disponibles, desde poliuretano multipropósito resistente y biocompatible hasta poliuretano elastomérico flexible y gomoso, y más.

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