5 consejos de diseño expertos para un moldeo por fundición de uretano (urethane casting) exitoso

El moldeo por fundición de uretano (urethane casting) es un proceso de fabricación tradicional versátil que utiliza un patrón maestro impreso en 3D y un molde de silicona para crear piezas de plástico de uso final. Durante el proceso de fundición de uretano, el patrón maestro se coloca dentro de una caja sellada, se cubre con silicona líquida y luego se cura. Después de que la silicona ha fraguado, un fabricante la corta por la mitad para liberar el patrón maestro; en este punto, el molde de uretano fundido está listo para usar.

Para crear piezas personalizadas de uretano fundido, los ingenieros vierten resina de fundición de uretano, típicamente un material de poliuretano que puede imitar las propiedades físicas del plástico utilizado en el moldeo por inyección, en el molde y lo curan en un horno. La pieza final generalmente requiere poco o ningún post-procesado.

Menos costoso y lento que el utillaje duro (hard tooling), la fundición de uretano es ideal para prototipado rápido y series de producción de volumen bajo a medio de construcciones complejas. Para obtener el máximo provecho de este proceso de fabricación, los equipos de producto deben diseñar para la fabricabilidad y optimizar el diseño del molde desde el principio para agilizar el proceso de producción y mantener los costes bajos. Aquí hay cinco consejos de diseño esenciales para crear piezas personalizadas de uretano fundido limpias y funcionales:

5 mejores consejos de diseño para fundición de uretano

1. Dar espesor de pared uniforme

Muchos ingenieros prefieren la fundición de uretano sobre el moldeo por inyección porque el primer proceso permite una mayor variación en los espesores de pared, pero sigue siendo importante asegurar que un diseño de molde de uretano dado presente paredes uniformes. Las paredes uniformes reducen el riesgo de deformación durante el curado, aseguran que el molde se llenará completa y precisamente, y mitigan otros problemas de diseño.

Se recomienda un espesor de pared mínimo de 0,040" (1 mm), pero hay casos en los que las paredes pueden ser tan delgadas como 0,020" (0,5 mm) en piezas pequeñas. Para piezas más grandes, el espesor de la pared siempre debe aumentar en proporción al tamaño de la pieza para garantizar que las paredes puedan proporcionar un soporte adecuado.

2. Tener en cuenta la contracción (shrinkage)

Cuando dos paredes con diferentes espesores se cruzan en un diseño de molde de uretano, puede ocurrir contracción. Dado que las paredes más gruesas se solidifican más lentamente que las más delgadas, el área a la que están unidas en la pared nominal se contraerá a medida que la proyección —una nervadura (rib) o un boss— se contrae. Esto causa un área hundida en la pared nominal. Para minimizar la contracción y prevenir áreas hundidas, los ingenieros deben asegurar que el espesor de la nervadura esté entre el 50 % y el 60 % de las paredes a las que están unidas.

Aun así, a veces las piezas de uretano fundido se contraen por razones distintas a un defecto de diseño del molde de uretano. Las dimensiones finales de una pieza de uretano fundido dependen de la precisión del patrón maestro y el molde, la geometría de la pieza, así como de los materiales de fundición de uretano. Una tasa de contracción del 0,15 % se considera aceptable, pero los ingenieros deberían revisar su diseño de molde de uretano si la tasa de contracción supera este umbral.

3. Emplear nervaduras (ribs)

Añadir nervaduras a un diseño de molde de uretano puede aumentar la fuerza y rigidez de la pieza final sin añadir espesor. Para usar las nervaduras correctamente, los ingenieros deben adherirse a las siguientes directrices:

Altura

Las nervaduras más largas proporcionan mayor refuerzo, pero fundir una nervadura larga puede dificultar el moldeo de la pieza. Por esta razón, una nervadura no debe exceder una altura que sea tres veces su espesor. Para evitar el problema de la altura por completo, los ingenieros pueden usar múltiples nervaduras cortas en lugar de una larga para aumentar la rigidez de la pieza.

Ancho

El ancho de la nervadura en la intersección con la pieza debe ser del 40 % al 60 % del espesor de la pieza. Si se incluye un radio de filete en el diseño, debe ser de al menos el 25 % del espesor de la pieza. Estos parámetros ayudan a hacer la nervadura lo más fuerte posible.

Ángulo de desmoldeo (Draft Angle)

Los ingenieros deben diseñar una nervadura para reducir la posibilidad de hundimiento. Los ángulos de desmoldeo para cada lado deben estar entre 0,25 y 0,5 grados y el ángulo de desmoldeo de cada lado debe ser igual. Para superficies texturizadas, añada un grado de desmoldeo adicional de 1,0 por cada 0,025 (0,001 pulgada) de profundidad de textura.

Espaciado

Los ingenieros deben establecer nervaduras consecutivas al menos dos veces el espesor de distancia entre sí para distribuir uniformemente el peso de la pieza a través de todas las nervaduras.

Orientación

La orientación de la nervadura determina cómo y dónde la pieza experimenta estrés, por lo que los ingenieros deben tener cuidado de organizar las nervaduras de una manera que maximice la rigidez a la flexión de la pieza. Si las nervaduras se colocan en la posición incorrecta, no tendrán ningún impacto positivo en la fuerza de la pieza.

Los equipos de producto también deben ser conscientes de las intersecciones y hundimientos al trabajar con nervaduras. En el punto donde una nervadura intersecta con la pieza, una nervadura pesada puede hacer que la pieza se hunda. Para evitar el hundimiento en la intersección de la nervadura, los ingenieros pueden usar filetes para aliviar el estrés en la superficie de la pieza y reducir el hundimiento en el lado opuesto de la pieza. Los radios de los filetes deben ser de al menos un cuarto del espesor de la pieza. Además, el vaciado (coring) o el aligeramiento (lightweighting) de la pieza reduce la cantidad de material utilizado y ayuda a mantener un espesor de pared uniforme en toda la pieza.

Las nervaduras pueden mejorar drásticamente el rendimiento de una pieza final, pero los ingenieros y los equipos de producto no deberían dejarse llevar. Las nervaduras solo son útiles cuando la pieza requiere refuerzo adicional. En situaciones donde este no es el caso, las nervaduras a menudo se colocan incorrectamente y hacen poco para mejorar la fuerza o rigidez de la pieza. Además, las nervaduras innecesarias aumentan el peso y el precio de la pieza, causan problemas de moldeo y contribuyen al desperdicio de material. Los ingenieros y los equipos de producto deben tener en cuenta estas consideraciones al decidir si su diseño de molde de uretano requiere una nervadura.

4. Considerar ángulos de desmoldeo y entalladuras (drafts and undercuts)

Los ángulos de desmoldeo y las entalladuras no son una preocupación con la fundición de uretano porque la silicona líquida puede tomar la forma de cualquier molde. Sin embargo, si un ingeniero está usando la fundición de uretano para construir un prototipo que eventualmente se fabricará usando un proceso diferente, como el moldeo por inyección, deberían crear el diseño como se pretende para la producción de uso final. Esto podría incluir la incorporación de ángulos de desmoldeo y entalladuras. Las características de desmoldeo cero largas conllevan un ligero riesgo de rotura de la pieza al extraerla del molde, por lo que un ligero ángulo puede ser útil, especialmente para series de producción más grandes.

5. Incluir suficiente espacio entre letras y logotipos

Con la fundición de uretano, es fácil para los diseñadores moldear letras y logotipos en relieve o hundidos de alta calidad en piezas personalizadas de uretano fundido. Para asegurarse de que las letras sean lo más bonitas y legibles posible, los diseñadores deben tener en cuenta la altura o profundidad de la característica, el ancho de la característica, los radios en la característica y el espacio entre características.

Los equipos de producto deben dejar al menos 0,050" entre características, aunque esto puede variar dependiendo de los detalles del diseño. Todos los radios deben ser al menos iguales a la mitad de la altura de la característica, pero los radios más grandes son aún mejores. Finalmente, el ancho de todos los logotipos o letras debe ser el doble de su altura.

Optimice sus piezas de uretano fundido

Con la fundición de uretano y el diseño para la fabricabilidad, unas pocas pequeñas alteraciones de diseño marcan una gran diferencia. Los ingenieros y diseñadores deben buscar mantener espesores de pared uniformes, tener en cuenta la contracción y asegurarse de que están usando las nervaduras de manera efectiva. Los equipos de producto pueden optimizar aún más la fabricabilidad creando diseños como se pretenden para la producción de uso final y asegurándose de dejar suficiente espacio entre letras y logotipos para mejorar la estética.

Un socio de fabricación experimentado como Fast Radius puede ayudar a los equipos de producto a simplificar el diseño para la fabricabilidad. Somos apasionados por desarrollar productos que una vez se consideraron imposibles de fabricar, y nos esforzamos por mantenernos al día con las últimas tecnologías de diseño digital.

Los equipos de producto que buscan desarrollar una aplicación revolucionaria u optimizar un diseño de molde de uretano existente pueden beneficiarse de los años de experiencia de nuestro equipo de diseño en procesos de fabricación. Contáctenos hoy para comenzar con sus piezas personalizadas de uretano fundido.

Para más consejos de diseño e información sobre fundición de uretano, consulte los artículos relacionados en el centro de aprendizaje de Fast Radius.

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