Introducción: El moldeo por inyección es un proceso de fabricación muy utilizado para producir piezas de gran volumen con una calidad constante. Esta tecnología consiste en inyectar plástico fundido en la cavidad de un molde metálico para determinar la forma final del producto.

Sin embargo, los métodos convencionales para fabricar estos moldes pueden llevar mucho tiempo y ser costosos, sobre todo para series pequeñas o personalizadas. Entra en escena la impresión 3D, una solución rentable que permite a los fabricantes producir rápidamente moldes con geometrías intrincadas y detalles finos que antes eran inalcanzables con las técnicas de fabricación tradicionales.

En este artículo nos adentraremos en el proceso de creación de moldes impresos en 3D para moldeo por inyección.

Aspectos a tener en cuenta antes de elegir un molde de inyección para impresión 3D

El éxito del proceso de moldeo por inyección depende en gran medida de la calidad del molde impreso en 3D. Factores como la cantidad de impresión y el ángulo de inclinación desempeñan un papel crucial en el resultado, como se explica a continuación:

Tiradas: Es importante tener en cuenta que los moldes de inyección impresos en 3D, aunque rentables y eficientes para la producción de bajo volumen, tienen una integridad estructural inferior en comparación con los moldes de metal. Normalmente, estos moldes son viables para entre 30 y 100 tiradas, lo que los hace ideales para la creación rápida de prototipos. Para volúmenes de producción mayores, pueden ser más adecuados los moldes tradicionales de aluminio o acero.

Ángulo de tiro: Incorporar el ángulo de desmoldeo correcto en el diseño del molde es esencial para desmoldar sin problemas la pieza moldeada por inyección después de la producción. Un ángulo de desmoldeo recomendado de 20 grados facilita el desmontaje de las piezas moldeadas, garantizando un proceso de fabricación sin problemas.

Tamaño y forma: Comprender las dimensiones de la pieza moldeada por inyección es crucial a la hora de seleccionar el tamaño y la forma adecuados del molde. En particular, los moldes impresos en 3D difieren de los moldes mecanizados por CNC en términos de tamaño, siendo normalmente más pequeños. Esta diferencia de tamaño influye en la gama de piezas moldeadas por inyección que pueden producirse con moldes impresos en 3D en comparación con sus homólogos mecanizados por CNC.

Completado impecablemente: En ocasiones, la integridad de la superficie de los moldes impresos en 3D es inferior a la de los moldes de inyección de metal debido al efecto perjudicial de las altas temperaturas de moldeo por inyección en el rendimiento del molde. En consecuencia, estos moldes no son la elección óptima para proyectos que requieren un acabado refinado. Optar por un molde de inyección de aluminio o acero es una alternativa superior.

Alternativamente, el empleo de un revestimiento de blindaje compuesto de materiales como la cerámica en el molde impreso puede mitigar la degradación térmica y ayudar a obtener un acabado pulido.

Crear un diseño CAD

El paso inicial en la creación de un molde impreso en 3D para moldeo por inyección es diseñar el molde utilizando software de diseño asistido por ordenador (CAD). Los factores que deben tenerse en cuenta durante el proceso de diseño incluyen la geometría de la pieza, el material de moldeo, la ubicación de la compuerta y los canales de refrigeración.

Para aliviar los retos de diseño al crear un molde de impresión 3D, varios consejos pueden ser beneficiosos. En primer lugar, es fundamental seleccionar el material adecuado para el molde. Es esencial asegurarse de que el material elegido es lo suficientemente robusto y rígido como para soportar la presión generada durante el proceso de inyección. Además, el punto de fusión del molde debe superar el punto de fusión del material de moldeo por inyección.

En segundo lugar, el diseño meticuloso del molde es imprescindible para que la fabricación del molde tenga éxito. La superficie interior del molde debe colocarse de forma que se evite el contacto con el soporte de impresión. La incorporación de respiraderos en el diseño del molde puede ayudar a eliminar el aire atrapado durante el proceso de moldeo por inyección, reduciendo así defectos como las piezas porosas. Además, la integración de canales de refrigeración en el diseño del molde facilitará una reducción del tiempo de enfriamiento.

Al diseñar su pieza, considere también la posibilidad de incorporar un ángulo de desmoldeo. Garantizar un grosor de pared uniforme en las piezas conformadas y evitar las esquinas afiladas son factores cruciales que hay que tener en cuenta. Otra consideración importante es la rebaba en el moldeo por inyección, que se produce cuando el material sobrante sale por la línea de apertura de la matriz de extrusión. Para eliminar las rebabas, se recomienda incluir un sistema de canales en el diseño del molde. Además, pueden realizarse ajustes posteriores al diseño, como aumentar la fuerza de cierre y/o reducir la presión de inyección.

Molde de diseño

Opciones de material: Para crear un molde mediante impresión 3D, hay que tener en cuenta varios factores, como los materiales, los componentes, los defectos del moldeo por inyección, etc.

Se pueden utilizar numerosos materiales para producir moldes de inyección para impresión 3D, como PETG, ABS, nailon, PP y acetal. Al seleccionar el material para su molde de plástico para impresión 3D, es fundamental tener en cuenta los dos aspectos siguientes:

Fuerza y rigidez: Los polímeros plásticos adecuados para la impresión 3D de moldes de inyección deben presentar resistencia y rigidez tras la impresión. Estas cualidades son vitales para que el molde pueda soportar la tensión generada durante el proceso de inyección.

Resistencia a la temperatura: Dado que el moldeo por inyección funciona a temperaturas elevadas para facilitar el flujo óptimo del plástico fundido, es imprescindible que el material plástico elegido para la creación del molde posea un punto de fusión superior al del moldeo por inyección material.

Diseño del molde: Esforzarse por mejorar la precisión dimensional teniendo en cuenta los márgenes de mecanizado en el molde para su posterior procesamiento y redimensionamiento. Genere una serie de moldes para evaluar las discrepancias dimensionales e incorpore estas variaciones al modelo CAD de los moldes.

Aumente la longevidad del molde abriendo la compuerta para aliviar la presión dentro de la cavidad del molde. Asegúrese de que un lado del molde apilado es plano mientras utiliza el otro lado para sujetar los componentes del diseño. Esta estrategia ayuda a mitigar la desalineación de los bloques del molde y la posibilidad de desbordamiento.

Incorpore un orificio de ventilación considerable desde el borde de la cavidad del molde hasta el borde del molde para un escape eficaz. Esto ayuda a que el material fluya hacia el interior del molde, disminuye la presión y evita que se inunde la zona de la compuerta, reduciendo así los tiempos de ciclo. Evite las secciones transversales demasiado finas, ya que las superficies con un grosor inferior a 1-2 mm son susceptibles de deformarse por el calor.

Perfeccione su proceso de impresión ajustando la parte posterior del molde para reducir el uso de material. Reduzca el tamaño de la sección transversal de las zonas de soporte de la cavidad no moldeada para reducir los gastos de resina y disminuir la probabilidad de defectos o deformidades de impresión. Introducir un chaflán puede facilitar la extracción de la pieza de la plataforma de construcción. Emplee pasadores de centrado en las esquinas para alinear eficazmente las dos impresiones.

Orientación de la cara interna: Coloque la cara interior del molde de forma que evite cualquier contacto con los soportes, mejorando la calidad de la superficie de impresión al minimizar o eliminar las marcas de los soportes. Esta orientación también reduce la necesidad de postprocesado.

Respiraderos poco profundos: La incorporación de respiraderos en el diseño del molde facilita la eliminación del aire atrapado durante el proceso de moldeo por inyección. Los orificios de ventilación poco profundos recomendados, de aproximadamente 0,05 mm de tamaño, ayudan a reducir la probabilidad de que se produzcan defectos como el fogonazo de inyección.

Utiliza los canales: Integre canales en el diseño del molde para moldes destinados a 20 o más tiradas. Esto permite incluir varillas y tubos metálicos, reduciendo eficazmente los defectos del moldeo por inyección, como el alabeo. Además, la utilización de canales contribuye a reducir el tiempo de enfriamiento.

Altura de la capa: Optar por una altura de capa inferior mejora la suavidad del molde impreso y minimiza la visibilidad de las líneas impresas.

Diseño de piezas: La calidad del proceso de moldeo por inyección depende en gran medida del molde de impresión 3D utilizado. Por lo tanto, deben tenerse en cuenta varios factores durante la fase de diseño de la pieza para garantizar el éxito y la eficacia del producto impreso, incluida la incorporación de un ángulo de desmoldeo. Un ángulo de desmoldeo recomendado de 20 simplifica la extracción de la pieza moldeada por inyección del molde de inyección impreso.

Selección de materiales: La elección del material para el molde impreso en 3D es fundamental. Debe ser capaz de soportar las elevadas temperaturas y presiones del proceso de moldeo por inyección sin deformarse ni fundirse. Materiales como el nailon, el ABS y el policarbonato se emplean con frecuencia para la impresión 3D de moldes de inyección.

Espesor de pared uniforme: Las piezas moldeadas por inyección requieren un grosor de pared constante para minimizar defectos como el alabeo durante y después de la inyección. En los casos en los que se necesitan paredes finas, la incorporación de nervaduras y refuerzos finos puede aumentar la resistencia de la pared.

Evite las esquinas afiladas: He incluido radios en los bordes del molde para eliminar las esquinas afiladas. Este ajuste ayuda a facilitar el flujo suave del plástico fundido y reduce la aparición de defectos de moldeo por inyección.

Evitar el flash: Las rebabas son un problema común en el moldeo por inyección, donde el exceso de plástico fundido se escapa del molde y se solidifica durante el proceso de inyección. Este defecto puede deberse a un mal ajuste entre las mitades del molde, una presión de inyección excesiva o un llenado excesivo del molde.

Las rebabas de los moldes impresos en 3D pueden eliminarse incorporando sistemas de canal en el diseño del molde y garantizando las tolerancias en las líneas de las piezas. Sin embargo, si estos métodos no funcionan, puede intentar realizar ajustes posteriores al diseño, como aumentar la fuerza de cierre y/o reducir la presión de inyección.

Utilice compuesto desmoldante para retirar las piezas: Durante el proceso de desmoldeo se introduce un agente desmoldeante para facilitar la extracción de la pieza moldeada por inyección. Sin un agente desmoldeante, las piezas pueden quedarse atascadas en el molde. Esto requerirá una fuerza excesiva para retirar la pieza, lo que puede dañar la pieza y/o el molde.

Pruebas y verificación: Antes de utilizar un molde impreso en 3D para el moldeo por inyección, debe probarse y verificarse su rendimiento. Las pruebas pueden ayudar a identificar cualquier problema con el diseño del molde o la selección de materiales y realizar los ajustes necesarios antes de que comience la producción de la pieza.

Exportación de archivos de diseño CAD

Tras crear el modelo CAD del molde, el paso siguiente consiste en exportar el diseño como archivo STL. STL es un formato de archivo de uso común para la impresión 3D. El archivo STL engloba un modelo 3D del molde, listo para ser importado a un software de impresión 3D para su impresión. Otros formatos de archivo compatibles con las impresoras 3D son FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G y AMF.

Molde de inyección de impresión 3D

Una vez preparado el archivo STL, puede utilizarse una impresora 3D para producir el molde de inyección. Los moldes pueden crearse mediante diversos procesos de impresión 3D, como el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA), el sinterizado selectivo por láser (SLS) y el procesamiento digital de la luz (DLP). La selección de la impresora 3D y de los materiales de impresión depende de factores como la complejidad del molde y su longevidad.

FDM suele ser la solución de impresión 3D más rentable para moldes y herramientas de plástico. Sin embargo, el molde final puede presentar líneas de capa visibles que requieren lijado o acabado químico para su eliminación.

Las tecnologías de impresión 3D basadas en resina, como SLA y DLP, son opciones populares, ya que producen moldes con acabados superficiales más suaves, lo que reduce la necesidad de un procesamiento posterior exhaustivo. El chorro de material, otro método de impresión 3D basado en resina, puede crear moldes con acabados superficiales superiores utilizando diversos materiales y colores. SLS utiliza nylon reforzado para la producción de moldes, ofreciendo una gran resistencia y una alta calidad superficial.

Configuración estándar

Los moldes de impresión 3D para moldeo por inyección tienen principalmente las dos configuraciones estándar siguientes.

Molde de impresión 3D amueblado
Esta configuración no necesita marcos de soporte de aluminio, ya que se imprimen en su totalidad. Como resultado, el molde requiere más material de impresión, lo que aumenta tanto el coste como el tiempo de impresión. Sin embargo, al carecer de marco, son susceptibles a defectos como la deformación tras un uso prolongado.

Montar el molde en el marco metálico

Una vez completado el molde impreso en 3D, debe montarse en una estructura metálica (base del molde) para mantenerlo en su sitio durante el proceso de moldeo por inyección. La base del molde incluye el casquillo del bebedero, donde se vierte el material fundido en el molde.

La configuración del molde determina cómo se monta en el bastidor. Existen dos configuraciones estándar de moldes de inyección para impresión 3D. La primera configuración inserta el molde impreso en un marco de aluminio, proporcionando estabilidad, precisión y soporte al molde. Esta configuración es más adecuada para producir piezas moldeadas por inyecciónayuda a evitar defectos de moldeo como el alabeo, mantiene la integridad del molde y garantiza una distribución uniforme de la presión durante el proceso de moldeo por inyección.

La segunda configuración consiste en un molde totalmente impreso en 3D sin marco de aluminio. Aunque esto elimina la necesidad de un marco, requiere más material de impresión, lo que aumenta los costes y el tiempo de impresión. Los moldes creados con esta configuración también son más susceptibles a defectos como la deformación, ya que carecen de soporte.

Iniciar el proceso de moldeo por inyección

Una vez montado el molde en la estructura metálica, puede comenzar el proceso de moldeo por inyección. Durante este proceso, el molde se cierra y el material fundido se inyecta en el molde a través del manguito del bebedero. El material fundido llena la cavidad del molde y se ajusta a la forma de la pieza prevista. Una vez enfriado y solidificado el material, se abre el molde y se extrae la pieza acabada.

Tratamiento posterior

Tras la impresión, el molde puede requerir un postprocesado adicional. Esto puede incluir el lijado para eliminar las líneas de las capas, el montaje de varias impresiones y la aplicación de un agente desmoldeante a la superficie de la cavidad para ayudar a liberar la pieza acabada tras el moldeo por inyección.

Lijado: El lijado puede ayudar a eliminar las líneas de las capas en la superficie del modelo impreso en 3D. Comience con papel de lija más grueso y cambie gradualmente a granos más finos. Evite lijar en el mismo punto durante demasiado tiempo para evitar una fricción y un calor excesivos que puedan fundir la superficie. Tenga cuidado de no lijar demasiado material, especialmente alrededor de las costuras si la impresión necesita ser unida más tarde.

Vinculación: Al pegar, se recomienda aplicar la cola en pequeños puntos para asegurar un contacto más estrecho entre las dos superficies, como si se ataran con una goma elástica. Para costuras rugosas o con huecos, se puede utilizar pegamento Bondo o masilla para conseguir un acabado más liso.

Colorear: Durante este paso, procure hacerlo en una zona bien ventilada y sin polvo para asegurarse de que la coloración sea uniforme en todas las superficies. Al pulverizar, cuelgue el objetivo manteniendo una distancia de un brazo de distancia. Después de pintar el modelo de impresión 3D con cola blanda, deje que se seque durante 1-2 días antes de pulirlo.

Instalación de ranuras para tornillos: La instalación de ranuras para tornillos puede prolongar la vida útil de la carcasa impresa en 3D. Para garantizar un ajuste firme, los orificios del modelo deben ser ligeramente más pequeños que las ranuras para tornillos. Asegure el modelo para mayor estabilidad y evite operaciones rápidas o enérgicas para evitar la deformación de los orificios.

Volteo de moldes de silicona: Este proceso requiere un molde de impresión 3D, silicona, resina, un vaso medidor y otros materiales. Para calcular el volumen del molde, llene primero de agua la caja del molde de impresión 3D y, a continuación, vierta el agua en el vaso medidor.

Conclusión

Los moldes impresos en 3D ofrecen una clara ventaja sobre los moldes de diseño tradicional, lo que los hace ideales para diversas industrias que requieren la producción de lotes pequeños de diseños de productos tanto sencillos como intrincados.

En esencia, el proceso de creación de moldes impresos en 3D para moldeo por inyección sigue un enfoque estructurado. Comienza con el diseño del molde mediante software CAD y continúa con el ajuste de la configuración de la impresora para lograr impresiones de alta calidad. Para mejorar la superficie del molde pueden ser necesarios pasos posteriores, como el esmerilado y el pulido.

La incorporación de componentes esenciales, como complementos, y la realización de pruebas exhaustivas garantizan la funcionalidad y la precisión. Una vez validado, el molde está preparado para moldeo por inyección producción, facilitando la rápida creación de prototipos y la fabricación de piezas de plástico con diseños intrincados.