Durómetro explicado: Evaluando la dureza de plásticos y elastómeros para ingenieros

Durante las etapas iniciales de cualquier proyecto, los ingenieros y equipos de producto deben tomarse el tiempo para entender las especificaciones mecánicas de cada material potencial. Esto incluye no solo las propiedades físicas, químicas y mecánicas que se encuentran en cualquier hoja de datos, sino también otros factores como qué tan bien el material rinde bajo ciertas condiciones ambientales o qué tan duradero es. Considerar estos y otros factores ayuda a los equipos de producto a crear un producto superior mientras optimizan la eficiencia de tiempo y coste.

Uno de los factores más importantes a considerar al fabricar con plástico es el durómetro o durómetro Shore, que habla de la dureza de un material dado. Aquí está todo lo que los ingenieros y equipos de producto deben saber sobre esta importante medición:

¿Qué es el durómetro?

El durómetro es una forma estandarizada de medir la dureza de materiales como caucho o plástico. La dureza es una medida de qué tan resistente es un plástico a la deformación causada por indentación mecánica o abrasión.

Los ingenieros pueden probar la dureza de un material usando un durómetro. El aparato parece un medidor de presión de neumáticos redondo y tiene una aguja en un resorte calibrado que se extiende desde un extremo. Para probar la dureza durométrica, un ingeniero coloca la aguja contra el elastómero o plástico y aplica presión. Una vez que la aguja ha penetrado el material todo lo que puede, la aguja de medición indica la dureza durométrica correspondiente en la escala apropiada.

Aunque el durómetro puede medirse en una escala de cero a 100, no es una unidad de medida. En realidad, es una medición adimensional, lo que significa que los números durométricos miden qué tan duro o blando es un material relativo a otros materiales medidos usando la misma escala durométrica. Números más bajos indican plásticos más blandos, mientras que números más altos indican plásticos más duros. Por ejemplo, tubería de poliuretano 90A es más dura que tubería de poliuretano 70A.

Se inventaron diferentes escalas de dureza Shore para que los ingenieros y equipos de producto pudieran discutir la dureza de materiales usando una referencia consistente, universal y reproducible. Las tres escalas de dureza Shore más comunes son Shore 00, Shore A y Shore D. Shore 00 solo se usa para medir la dureza de cauchos y geles extremadamente blandos, Shore A mide cauchos flexibles que pueden variar de muy blandos a duros, y Shore D solo se usa para medir cauchos y plásticos duros.

Los equipos de producto deben saber que la dureza durométrica no se correlaciona directamente con la flexibilidad de la pieza final. Más bien, es una medida indirecta de rigidez que los equipos pueden usar para entender mejor la sensación general de un material de un vistazo. Los equipos de producto también deben saber que no pueden comparar materiales que están en diferentes escalas de dureza Shore. Los números durométricos son relativos a los materiales en su escala específica, lo que significa que no hay relación directa entre la dureza en una escala durométrica y la dureza en otra.

Por ejemplo, un material con dureza durométrica de alrededor de 80 en una escala Shore 00 es tan duro como un borrador de lápiz, pero un material con una medición de 80 en la escala durométrica Shore D tiene la dureza de un casco duro. Claramente, estas mediciones no son equivalentes, aunque compartan el mismo número, así que los equipos de producto deben recordar solo comparar la dureza de materiales en la misma escala.

Haga clic aquí para descargar su copia del gráfico de durómetro a continuación.

Cómo la dureza durométrica influye en la selección de materiales

Al evaluar elastómeros o plásticos, los ingenieros y equipos de producto deben pensar en la aplicación final de su producto y los requisitos del proyecto. Estos factores ayudarán a reducir el grupo de materiales potenciales y darán a los equipos de producto una pista sobre en qué escala de dureza Shore deberían enfocarse. Si la pieza debe poder soportar mucho peso durante un período prolongado, por ejemplo, los equipos deberían omitir la escala Shore 00 por completo y solo considerar materiales entre el rango 70 y 100 en la escala de dureza Shore A y/o todo el rango de la escala de dureza Shore D.

Los ingenieros también deben equilibrar la dureza deseada con otras consideraciones como el coste para determinar qué compromisos están dispuestos a hacer. Por ejemplo, los metales más duros pueden ser más caros o difíciles de mecanizar. Para sortear esto, los ingenieros pueden usar tratamientos de endurecimiento post-proceso para lograr durómetros más altos manteniendo la facilidad de mecanizado.

Aun así, la dureza del material no es el único factor que importa, y la dureza no es necesariamente indicativa de otras propiedades como resistencia o resistencia a la corrosión. Las mediciones de rigidez y módulo de compresión darán una lectura más precisa sobre el rendimiento de sellado de un cierto caucho que su dureza durométrica.

Para hacer su debida diligencia y seleccionar el mejor material para sus requisitos específicos, los equipos de producto deben evaluar opciones contra una gama de propiedades mecánicas, incluyendo densidad, deflexión de fuerza de compresión, fuerza de aplicación y espesor, además de la dureza durométrica.

Consideraciones de durómetro para moldes de inyección

La dureza de los materiales es especialmente importante al trabajar con moldes. Los ingenieros deben elegir un caucho de molde que les permita extraer fácilmente el modelo original y cualquier fundición subsiguiente del molde una vez curado — y la dureza Shore tendrá un impacto directo en eso.

Por ejemplo, no sería prudente usar un elastómero de 70A durómetro para hacer un molde para una pieza con segmentos delgados que sobresalen en diferentes ángulos. Un caucho de 70A durómetro es tan duro como un neumático de coche y no ofrece la flexibilidad necesaria para extraer una pieza tan delicada sin romperla. Un elastómero con 30A dureza Shore o inferior probablemente sería lo suficientemente flexible para esta aplicación.

Consideraciones de durómetro para fabricación aditiva

También es importante que los equipos de producto consideren la dureza de los materiales al usar tecnologías de fabricación aditiva. Muchos equipos de producto no están tan familiarizados con los materiales de fabricación aditiva, pero si conoce el durómetro de un material aditivo, puede compararlo con el durómetro de plásticos más tradicionales usados en moldeo por inyección. Esto le dará una idea general de cómo rendirá el material aditivo y proporciona un marco de referencia.

Tenga en cuenta que algunos materiales aditivos tienen dos durómetros — un durómetro instantáneo y un durómetro a cinco segundos. Por ejemplo, una pieza producida usando el proceso Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™ probablemente no rinda como se espera hasta que haya sido curada. Los equipos de producto usando impresoras caseras o fabricando internamente notarán la diferencia, pero si trabaja con un socio de manufactura, no necesita preocuparse por el durómetro instantáneo de un material porque solo verá el producto final. Aun así, es bueno saber que algunos materiales requieren curado y post-procesado adicional para lograr su durómetro final, por lo que las mediciones iniciales están sujetas a cambio.

Comience con Fast Radius

Para resumir, el durómetro es una medición adimensional pero estandarizada usada para indicar la dureza de un elastómero o plástico relativo a otros elastómeros o plásticos en la misma escala. Los materiales con durómetros más altos son más duros, pero los equipos deben tener cuidado de no comparar materiales entre diferentes escalas porque no hay relación directa entre un número dado en una escala y el mismo número en otra.

Los ingenieros y equipos de producto deben considerar el durómetro durante la selección de materiales, especialmente si sus aplicaciones tienen requisitos específicos de dureza o blandura. Sin embargo, evaluar solo la dureza Shore es insuficiente. Los equipos deben considerar cuidadosamente todos los requisitos de diseño y rendimiento relevantes para seleccionar el material o materiales más adecuados. Un socio de manufactura experimentado puede simplificar la selección de materiales y agilizar todo el proceso de desarrollo de producto.

En Fast Radius, nos especializamos en ayudar a los equipos de producto a asegurar que sus productos finales cumplan sus necesidades. Sabemos lo crucial que es la selección de materiales, y asociarse con nosotros significa acceder a nuestros años colectivos de experiencia en manufactura, ingeniería y cadena de suministro. Al trabajar con un socio de manufactura experimentado como Fast Radius, los equipos de producto pueden hacer el proceso de selección de materiales simple y sin estrés, mientras aceleran los plazos del proyecto y mantienen los costes bajos. Contáctenos hoy para comenzar.

Para aprender más sobre trabajar con plásticos y mantenerse actualizado sobre las últimas noticias de la industria manufacturera, consulte todos los artículos recientes en el centro de recursos de Fast Radius.

¿Listo para fabricar sus piezas con Fast Radius?

Solicite su cotización