Refrigeración conformada en el moldeo por inyección: reducción del tiempo de ciclo y mejora de la calidad de las piezas.

Gracias a los avances en la fabricación aditiva, la creación de inserciones metálicas complejas para canales de refrigeración se ha simplificado. La refrigeración conformada, un concepto de diseño en la tecnología de moldeo por inyección, se implementó con el objetivo de mejorar la calidad de las piezas de plástico, reducir el consumo de energía y los costos de producción.

Por qué el tiempo de enfriamiento es importante en el moldeo por inyección

Fondo

El enfriamiento y el tiempo de mantenimiento representan entre el 50 % y el 75 % del tiempo total del ciclo en el moldeo por inyección. El enfriamiento es un proceso crítico para los moldes de inyección de plástico, ya que afecta tanto al tiempo del ciclo como a la calidad de la pieza final. Existen maneras viables de optimizar el tiempo total de enfriamiento, lo que se traduciría en un beneficio comercial directo al reducir el tiempo total del ciclo y mejorar la calidad de los componentes.

Refrigeración de moldes

Fundamentalmente, el molde de inyección actúa como una unidad de transferencia de calor. Durante el moldeo por inyección, todo el calor o la energía térmica del plástico fundido se disipa del molde mediante el medio de enfriamiento. La temperatura del molde es muy importante, ya que controla la velocidad de transferencia de calor. Factores como:

1. Diseño del canal de refrigeración
2. medio refrigerante
3. Presión
4. Caudal

desempeñan un papel fundamental para mantener una temperatura constante del molde y contar con un sistema de refrigeración eficiente.

Limitaciones de los canales de refrigeración convencionales en moldes de inyección

Dentro del molde, existen canales de refrigeración convencionales, formados mediante la perforación de orificios en líneas rectas que se cruzan. Además, se añaden tapones y deflectores para dirigir el flujo de agua hacia donde se necesita refrigeración. Si bien estos canales de refrigeración convencionales cumplieron su función durante muchos años, lo hicieron a costa de un mayor tiempo y consumo de energía (presión y caudal de agua). En muchas ocasiones, dependiendo del diseño del componente y de la herramienta, estos canales de refrigeración resultan ineficientes y no logran disipar el calor, lo que genera puntos calientes.

¿Qué es la refrigeración conformada y cómo funciona?

Sin embargo, gracias a los avances en la tecnología de moldeo por inyección, los fabricantes y diseñadores han descubierto las ventajas de desarrollar canales de refrigeración que se ajustan con precisión a los contornos de la superficie del núcleo o las inserciones de la cavidad, en comparación con los canales convencionales que permiten una refrigeración más cercana a la superficie de la pieza. Este concepto de diseño se conoce como refrigeración conformada en la tecnología de moldeo por inyección. La eficacia de este diseño permite una refrigeración rápida y uniforme de toda la superficie de moldeo, lo que se traduce en una mejor calidad de las piezas de plástico, tiempos de ciclo de moldeo más cortos, etc.

Teniendo en cuenta el diseño del componente plástico, el diseñador de herramientas debe evaluar la viabilidad de incorporar el canal de refrigeración conformado, que requiere la fabricación de insertos especiales, considerando la complejidad del diseño y los desafíos que plantea el mantenimiento preventivo.

Ventajas de la refrigeración conformada en moldes de inyección

Reducción del tiempo de ciclo y aumento de la productividad

Con esta tecnología, la posición y la trayectoria de los canales de refrigeración se pueden optimizar con el tamaño y la forma de sección transversal deseados. Según un estudio realizado por Stratasys, la refrigeración conformada puede reducir el tiempo de ciclo de los cierres Fliptop hasta en un 40 %, además de mejorar significativamente la calidad de las piezas.

Un menor tiempo de enfriamiento equivale a un ciclo de producción más rápido, consume menos energía y proporciona componentes de mejor calidad.

Mejora de la calidad de las piezas y de la estabilidad dimensional.

Aquí hay algunos consejos para mejorar la calidad de las piezas:

1. 1. Reduzca la deformación y la distorsión manteniendo una distribución uniforme de la temperatura en todos los insertos.
   2. Acabado superficial mejorado: al reducir la probabilidad de que se produzcan puntos calientes o fríos en la superficie del molde, se consigue un acabado más liso y uniforme en las piezas de plástico finales.
   3. Mayor precisión dimensional: los insertos metálicos con refrigeración conformada ayudan a reducir las variaciones en las dimensiones de las piezas, lo que da como resultado componentes de plástico con tolerancias más estrictas y una mayor precisión dimensional.

Función de la fabricación aditiva (DMLS) en la refrigeración conformada

Tecnología de fabricación aditiva para refrigeración conformada

La industria ha adoptado ampliamente las técnicas de sinterización láser directa de metales (DMLS), también conocida como sinterización láser selectiva, para fabricar estos insertos especiales para canales de refrigeración conformados. DMLS es un tipo de proceso de fabricación aditiva (AM) de metales. En este proceso, se deposita polvo metálico fusible por láser en capas para formar la forma deseada de los canales de refrigeración. Esta técnica utiliza el mismo principio que la estereolitografía (SLA), un proceso comúnmente utilizado en la tecnología AM que produce prototipos de plástico con resina, mientras que DMLS utiliza polvo metálico.

Primer plano de un proceso de impresión 3D que utiliza sinterización láser directa de metales para fabricar una pieza mecánica metálica detallada con tecnología de fabricación avanzada.

Con esta tecnología, se puede optimizar la posición y el recorrido de los canales de refrigeración, logrando el tamaño y la forma de sección transversal deseados.

Aplicación práctica: Ejemplo de carcasa con inserto de refrigeración conformada

En este caso, actualizamos el diseño del canal de refrigeración convencional a insertos con refrigeración conformada, ya que nos enfrentábamos a problemas de contracción y el tiempo de refrigeración era considerablemente mayor. Claramente, con el diseño de la línea de refrigeración convencional, la extracción de calor cerca del contorno circular del acero era insuficiente debido a las limitaciones de espacio. Al implementar el diseño del canal de refrigeración conformada en el inserto de la compuerta, pudimos extraer el calor de los puntos calientes y observamos una mejora significativa en el tiempo de refrigeración de 8 segundos.

Consideraciones de diseño y mantenimiento para canales de refrigeración conformados

Factores clave para insertos refrigerados de forma conformada mediante tecnología de fabricación aditiva.

1. Opciones de materiales

En la industria actual, existen limitaciones en cuanto a las opciones de grados de acero inoxidable disponibles para la fabricación de insertos refrigerados mediante tecnología de fabricación aditiva. Sin embargo, las innovaciones en materiales han dado lugar a la disponibilidad de más de 32 aleaciones diferentes compatibles con la tecnología de sinterización láser. Estas se pueden utilizar en moldes e insertos para producciones de bajo a alto volumen sin comprometer la vida útil de la herramienta ni el período de garantía del fabricante. No obstante, el fabricante de moldes debe tomar precauciones adicionales durante las operaciones y el mantenimiento.

2. Diseño conceptual

Numerosas plataformas de software de diseño, como Fusion 360 y otras, ofrecen una amplia variedad de funciones que permiten desarrollar diseños regenerativos con mínima tensión y adaptados a aplicaciones reales. Esto demuestra la conveniencia de implementar esta tecnología tanto en el diseño como en la fabricación. Este enfoque de diseño regenerativo puede aplicarse a nuestros moldes de inyección para que coincidan con la forma de una característica específica del componente plástico. Estos diseños orgánicos conceptuales ayudan a extraer el calor de las zonas de mayor temperatura, reduciendo así el tiempo de enfriamiento.

3. Tamaño del canal de refrigeración

La siguiente tabla resume el rango general de tamaños y las observaciones basadas en nuestra experiencia en la ejecución de proyectos con canales de refrigeración tanto convencionales como conformados.

Para obtener resultados eficaces con el sistema de refrigeración conformada, el fabricante debe cumplir con altos estándares de calidad del agua. Esto significa un bajo contenido de sólidos disueltos totales (TDS) y un pH inferior a 8. Además, el fabricante debe utilizar un sistema de filtración específico para los moldes de inyección con refrigeración conformada.

Los problemas más comunes que se observan son las obstrucciones en las tuberías de agua con refrigeración controlada, incluso cumpliendo con los estándares de calidad del agua mencionados anteriormente, por lo que es necesario implementar actividades de limpieza adicionales durante el programa de mantenimiento preventivo.

Conclusión: ¿Merece la pena implementar la refrigeración conformada?

La implementación de la refrigeración conformada en moldes de inyección mediante el proceso de sinterización láser no reemplaza el proceso de fabricación de moldes existente, sino que lo complementa en términos de costo, calidad y tiempo. Existen numerosos ejemplos en la industria del moldeo por inyección donde la incorporación exitosa de la refrigeración conformada con tecnología DMLS se ha amortizado rápidamente y ha generado ahorros adicionales gracias a la reducción de los índices de desperdicio.

Efficient Innovations ha trabajado con éxito en proyectos que incorporan insertos refrigerados de forma conformada, estableciendo procesos sistemáticos y garantizando el cumplimiento de todos los protocolos pertinentes para minimizar los riesgos y mejorar el rendimiento de los activos de nuestros clientes.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es el enfriamiento conformado en el moldeo por inyección?

La refrigeración conformada es un diseño avanzado de refrigeración de moldes en el que los canales de refrigeración siguen los contornos de la cavidad o el núcleo del molde. A diferencia de los canales tradicionales perforados rectos, los canales conformados tienen una forma que permite que se mantengan más cerca de la superficie de la pieza, lo que facilita una disipación del calor más rápida y uniforme, y mejora el rendimiento del molde.

2. ¿En qué se diferencia la refrigeración conformada de los canales de refrigeración convencionales?

Los canales de refrigeración convencionales se perforan en línea recta y a menudo presentan dificultades para refrigerar geometrías complejas de manera uniforme. Los canales de refrigeración conformados, que generalmente se fabrican mediante manufactura aditiva, se adaptan con mayor precisión a la forma de la pieza, lo que garantiza una extracción de calor uniforme y minimiza los puntos calientes dentro del molde.

3. ¿Por qué es importante la refrigeración conformada para el rendimiento del molde de inyección?

El enfriamiento representa una parte significativa del tiempo del ciclo de moldeo por inyección. El enfriamiento conformado mejora el control de la temperatura dentro del molde, reduce los desequilibrios térmicos y aumenta la eficiencia general. Esto se traduce en ciclos más cortos, menor consumo de energía, mayor productividad y una calidad de pieza más uniforme.

4. ¿Cómo ayuda la refrigeración conformada a reducir el tiempo de ciclo?

Al colocar los canales de refrigeración más cerca de la superficie del molde y de los puntos calientes, la refrigeración conformada acelera la transferencia de calor del plástico fundido. Una refrigeración más rápida y uniforme acorta la fase de enfriamiento, lo que reduce directamente el tiempo total del ciclo y aumenta la producción.

5. ¿Qué impacto tiene la refrigeración conformada en la calidad de las piezas y la precisión dimensional?

La distribución uniforme de la temperatura reduce la deformación, las variaciones de contracción y las tensiones internas. Esto se traduce en un mejor acabado superficial, tolerancias dimensionales más estrictas y una mayor consistencia de las piezas. La refrigeración conformada ayuda a los fabricantes a obtener componentes de mayor calidad con menos rechazos y menos retrabajo.

6. ¿Qué tipos de piezas moldeadas por inyección se benefician más de la refrigeración conformada?

Las piezas con geometrías complejas, secciones gruesas, núcleos profundos o formas circulares son las que más se benefician de la refrigeración conformada. Estos diseños suelen generar zonas de calor desiguales que la refrigeración convencional tiene dificultades para gestionar, lo que hace que la refrigeración conformada sea ideal para aplicaciones de precisión y alto rendimiento.

7. ¿Qué papel desempeña la fabricación aditiva en la tecnología de refrigeración conformada?

Las tecnologías de fabricación aditiva, como la sinterización láser directa de metales (DMLS), permiten crear canales de refrigeración complejos que se adaptan al contorno y que no se pueden perforar mediante métodos convencionales. Este enfoque de fabricación permite a los diseñadores optimizar la ubicación y la geometría de los canales para lograr la máxima eficiencia térmica.

8. ¿Existen desafíos o limitaciones asociados con la refrigeración conformada?

La refrigeración conformada requiere conocimientos especializados de diseño, capacidades de fabricación aditiva y una cuidadosa selección de materiales. También es necesario gestionar aspectos de mantenimiento, como la calidad del agua y la posible obstrucción de los canales, para garantizar un rendimiento y una fiabilidad a largo plazo.

9. ¿Es posible implementar la refrigeración conformada en los diseños de moldes de inyección existentes?

Sí, la refrigeración conformada a menudo se puede integrar reemplazando insertos específicos dentro de los moldes existentes. Sin embargo, la viabilidad depende del diseño de la pieza, el espacio disponible y las consideraciones de costo. Es fundamental realizar una evaluación técnica detallada antes de adaptar soluciones de refrigeración conformada.