La impresión 3D está transformando la industria del moldeo por inyección al permitir una producción de moldes más rápida y rentable. Este proceso permite crear rápidamente prototipos de moldes complejos, lo que reduce los plazos de entrega y los costes de fabricación.

La impresión 3D para moldes de inyección ofrece una creación de prototipos más rápida, costes reducidos y la capacidad de producir geometrías complejas. Se utiliza habitualmente en sectores como la automoción, la electrónica de consumo y los dispositivos médicos. Entre sus ventajas se incluyen unos plazos de entrega más rápidos, la posibilidad de probar diseños con rapidez y una inversión inicial menor en comparación con los métodos tradicionales.

Aunque la impresión 3D ofrece numerosas ventajas, es importante conocer las limitaciones y consideraciones que conlleva el uso de esta tecnología para la fabricación de moldes. Descubra cómo se comparan los moldes impresos en 3D con los moldes tradicionales en términos de durabilidad y escalabilidad de la producción.

¿Cómo diseñar piezas para moldes de inyección de impresión 3D?

Para diseñar piezas para moldes de inyección con impresión 3D, céntrese en características como los ángulos de desmoldeo, el grosor de la pared y la geometría de la pieza para garantizar un llenado suave del molde y una extracción sencilla. Utilice la flexibilidad de la impresión 3D para crear geometrías complejas y reducir los costes de las herramientas tradicionales. Entre las consideraciones importantes se incluyen la selección de materiales y la orientación de la impresión para evitar puntos débiles.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D, también conocida como tecnología de fabricación aditiva, es un método de construcción de objetos tridimensionales basado en archivos de modelos CAD tridimensionales, utilizando materiales como polvo, filamento o láminas mediante la fabricación por capas y la tecnología de superposición capa a capa.

¿Qué se utiliza para crear piezas para impresión 3D?

Monte el molde en la estructura metálica y prepárelo para el moldeo por inyección. Para crear un molde, primero debe tener un modelo 3D de la pieza que desea producir. Las piezas se diseñan con software de diseño asistido por ordenador (CAD) respetando los principios del moldeo por inyección.

El software CAD es una aplicación informática utilizada para crear y editar gráficos de diseño. Tiene aplicaciones en diversos campos, como la maquinaria, la arquitectura, el mobiliario doméstico y el textil. Las funciones clave del software CAD abarcan el dibujo plano, lo que permite a los usuarios generar elementos gráficos fundamentales como líneas, círculos, elipses, polígonos y splines.

Estos programas también ofrecen ayudas al dibujo como la ortogonalidad, el ajuste de objetos y el seguimiento polar. Los programas de CAD no sólo sirven para dibujar en 2D y realizar renderizados complejos, sino también para documentar diseños y realizar diseños fundamentales en 3D.

El CAD es un programa de diseño automatizado asistido por ordenador que produce dibujos bidimensionales y diseños tridimensionales básicos. Los usuarios pueden generar dibujos sin necesidad de conocimientos de programación, por lo que es ampliamente utilizado en todo el mundo en sectores que abarcan la construcción civil, la decoración y la industria. Sus aplicaciones incluyen el dibujo, los planos de ingeniería, la industria electrónica, el tratamiento de prendas de vestir, etc.

Las principales funciones de CAD son el dibujo plano, las herramientas auxiliares de dibujo, la edición gráfica, el dimensionamiento, la gestión de capas y el dibujo tridimensional. Además, el software CAD ofrece sólidas funciones de edición gráfica para tareas como mover, copiar, rotar, disponer, estirar, extender, recortar y escalar objetos. Las aplicaciones específicas de CAD se centran en el dibujo preciso para referenciar planos, crear gráficos complejos, utilizar bibliotecas de modelos y desempeñar un papel importante en la planificación urbana, el diseño de jardines, la electrónica, el diseño de moda y otros sectores.

¿Qué tipo de molde diseñar?

Utilizando la correa de reloj como ejemplo, el diseño del molde utiliza resina de alta temperatura V2 de 50 micras, conocida por su excelente calidad y excepcional resolución. Para garantizar un desmoldeo óptimo, aplique de 40 a 50 pulverizaciones de spray desmoldeante estándar por capa.

La impresión a una altura de capa precisa de 50 micras mejora el efecto de pulverización, lo que produce un acabado superficial ultrasuave que facilita la extracción de las piezas del molde. El molde impreso en 3D no necesita refrigeración adicional y no hay indicios de reacciones adversas entre el material de inyección y la resina de impresión.

¿Qué tipo de materiales de impresión elegir?

El mejor material de impresión depende de las necesidades específicas de su proyecto. Para la impresión 3D, el PLA es ideal por su facilidad de uso, mientras que el ABS ofrece mayor resistencia. Para la impresión tradicional, la calidad del papel y el tipo de tinta son esenciales para la durabilidad y la calidad de impresión. Tenga en cuenta factores como la resistencia a la temperatura, la flexibilidad y el respeto por el medio ambiente a la hora de hacer su selección.

Con el avance continuo de la tecnología de impresión 3D, el rendimiento de los materiales de impresión 3D mejora constantemente, lo que mejora las funciones de los productos de impresión 3D producidos. El uso de la impresión 3D para fabricar herramientas de uso final (End Parts) es cada vez más común.

¿Cuáles son los requisitos de los materiales de impresión 3D? El desarrollo de la tecnología de impresión 3D depende en gran medida del progreso de los materiales. Hoy en día, existen varios tipos de materiales de impresión 3D, cada uno adaptado a tecnologías de impresión 3D específicas.

Por ejemplo, los filamentos se utilizan en Tecnología de impresión FDM¹. En la actualidad, los filamentos más comunes son los de 1,75 mm de diámetro y algunos de 3 mm, como PLA, ABS, TPU, etc. En la tecnología de fotopolimerización se utilizan consumibles líquidos, normalmente resinas fotosensibles.

Los consumibles en polvo suelen imprimirse con tecnología SLS. Los más comunes son los de nailon, como PA12, PA11, PA-GF, etc. La mayoría de los consumibles para la impresión 3D metálica son en polvo, y las tecnologías SLM y EBM son las más comunes. En los últimos años, también ha aparecido la impresión 3D metálica con tecnología FDM.

Sin embargo, debido a que este tipo de filamento 3D metálico no es 100% filamento metálico, sino un filamento hecho de una base de plástico con partículas metálicas dispuestas uniformemente, se requiere un posprocesamiento profesional, como el desengrasado y la sinterización, una vez finalizada la impresión del modelo para eliminar los componentes de plástico antes de poder obtener una impresión metálica. Este proceso suele denominarse impresión 3D metálica indirecta.

Los materiales de impresión 3D adecuados para la fabricación de moldes de inyección deben poseer las siguientes características

Expresión de gran detalle: Los moldes de inyección requieren una gran precisión dimensional y superficies lisas. Los moldes de alta precisión producirán piezas de igual precisión.

Resistencia a altas temperaturas: Una alta temperatura de deflexión térmica (HDT) es crucial, no sólo para garantizar que el molde no falle durante el proceso de inyección, sino también para permitir un control más preciso del proceso.

Alta rigidez: El molde debe mantener una buena precisión dimensional en varias pasadas y soportar altas presiones sin deformarse durante la inyección de material.

¿Cuáles son los principales procesos de impresión 3D?

La impresión 3D consiste en estratificar materiales, como plásticos o metales, para crear objetos directamente a partir de modelos digitales. Las etapas clave son el diseño del modelo, la preparación de la impresora y la construcción del objeto capa a capa. Los métodos más comunes son FDM (modelado por deposición fundida), SLA (estereolitografía) y SLS (sinterización selectiva por láser). Esta tecnología ofrece ventajas como la creación rápida de prototipos, el ahorro de costes en lotes pequeños y la capacidad de crear geometrías complejas.

A diferencia de las impresoras tradicionales, que son planas, las impresoras 3D son tridimensionales y constan de componentes de control, componentes mecánicos, cabezales de impresión, consumibles y soportes. ¿Cuál es su principio? Tras diseñar una imagen tridimensional en el ordenador, se imprime capa por capa utilizando plástico u otros materiales. La repetición continua del plano se convierte en la imagen tridimensional. A continuación se describe el proceso principal de la impresión 3D.

Modelado

Generar un modelo digital es el primer paso del proceso de impresión en 3D. El método más común de generar modelos digitales es mediante software de diseño asistido por ordenador (CAD). Existen numerosos programas CAD gratuitos y profesionales compatibles con la impresión 3D. El paso más crítico es la creación del modelo CAD o CG, que es también la parte central del software de modelado.

Modelo de partición

Tras utilizar un ordenador para el modelado 3D, el diseño debe segmentarse y estratificarse antes de importarlo a una impresora para imprimirlo paso a paso. Los formatos de archivo habituales para este proceso son STL y PLY. Si necesita imprimir a todo color, la opción preferida suele ser PLY debido a sus capacidades de alta resolución.

Importación de datos

Una vez finalizado el diseño del modelo, basta con introducirlo en la impresora 3D mediante una unidad flash USB o un cable de datos. A continuación, configura los ajustes de impresión. Una vez finalizados los ajustes, encienda la impresora 3D e inicie el proceso de impresión. A través de una serie de intrincadas etapas, se producirá una colección de modelos meticulosamente elaborados, adecuados para su utilización inmediata en procesos de fabricación, incluidas las aplicaciones de materiales avanzados.

¿Qué es la preparación para el moldeo por inyección y el ensayo de modelos?

La preparación para el moldeo por inyección implica crear modelos CAD precisos, seleccionar el material adecuado y asegurarse de que el molde está correctamente diseñado y probado. Los aspectos clave incluyen la simulación del proceso de moldeo por inyección, la realización de pruebas y el ajuste de parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad. Estos pasos ayudan a identificar posibles problemas en una fase temprana, reduciendo los defectos y mejorando la eficacia de la producción.

¿Qué es el moldeo por inyección?

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación frecuente en la industria del plástico. Básicamente, se inyecta plástico fundido en la cavidad de un molde, se deja enfriar y endurecer y, a continuación, se abre el molde para extraer la pieza de plástico.

¿Qué es un modelo de prueba?

El modelo de prueba, también conocido como modelo 3D, está diseñado específicamente para evaluar diversas propiedades de impresión de impresoras 3D o materiales. Entre los modelos de prueba de impresoras 3D habituales se incluyen 3DBenchy, una placa de montaje multifuncional, el cubo XYZ, la torre de temperatura constante, PolyPearl, la prueba de precisión, la prueba de nivelación, el ángulo de inclinación, el puente de seis lados y el kit combinado.

Entre ellos, el más emblemático es 3DBenchy, conocido como modelo especializado para pruebas de impresión 3D y el más utilizado. Abarca todos los elementos esenciales para evaluar las capacidades de impresión 3D. Por ejemplo, su casco presenta una superficie curva lisa que permite probar la impresión de superficies curvas suspendidas sin soporte.

El modelo es perfectamente simétrico por ambos lados, lo que facilita la evaluación de la precisión del eje X-Y y la identificación de cualquier deformación. Además, el intrincado texto del barco sirve para calibrar la resolución de impresión de la impresora, mientras que las chimeneas y ventanas redondas son ideales para comprobar la precisión de los círculos impresos.

¿Cuáles son los principales tratamientos postmoldeo?

Los tratamientos posteriores al moldeo incluyen procesos como el recorte, el acabado superficial, la pintura y el montaje. Estos pasos ayudan a mejorar la calidad de la superficie de la pieza, eliminar el exceso de material y garantizar que se ajuste a los requisitos específicos del diseño. Los tratamientos más comunes se utilizan en sectores como la automoción, la electrónica y la fabricación de dispositivos médicos.

Después de retirar el soporte, es necesario separar la pieza de la placa base, normalmente mediante corte con alambre, serrado, etc. La separación por corte de alambre lleva mucho tiempo y se utiliza sobre todo para separar piezas de trabajo con muchos soportes y uniones de soporte de paredes finas, ya que este método de separación es relativamente suave y no causa deformación de la pieza de trabajo. Cuando la pieza es pequeña, tiene pocos apoyos o la unión de apoyo es una estructura sólida, para ahorrar tiempo de separación, también se puede utilizar un cincel para separar directamente la pieza.

Una vez finalizada la impresión 3D, la pieza impresa se sumerge en el polvo. Al recoger la pieza, primero se retiran los residuos generados por la sinterización para evitar que contaminen el polvo; a continuación, se eleva el banco de trabajo y se realiza una limpieza preliminar del polvo en el depósito de procesamiento. Con un cepillo se barre el polvo no sinterizado adherido a la superficie de la pieza y se introduce en el depósito de recuperación de polvo para reciclarlo y, por último, se sacan juntos la pieza y el sustrato.

Limpieza con polvo

Este método de limpieza del polvo se dirige principalmente a los canales de refrigeración del molde. Puede utilizar un cepillo para limpiar directamente el polvo, o emplear equipos auxiliares como una aspiradora o un secador de pelo para eliminar el polvo atrapado en el canal de refrigeración. La configuración del canal de refrigeración influye significativamente en la complejidad de la limpieza del polvo, incluyendo factores como el diámetro, el radio de curvatura del canal, etc.

Chorro de arena

El chorreado de arena consiste en utilizar aire comprimido para propulsar un haz de chorro de alta velocidad que pulveriza materiales abrasivos (como mineral de cobre, arena de cuarzo, esmeril, arena de hierro, arena de Hainan, etc.) sobre la superficie de la pieza que requiere tratamiento. Este proceso tiene por objeto mejorar el aspecto o la forma de la pieza, induciendo modificaciones específicas de rendimiento.

Otras ventajas técnicas del proceso de fusión selectiva por láser (SLM) son la capacidad de moldear piezas con estructuras complejas e irregulares. El molde de inyección cuenta con canales de refrigeración internos y diversos elementos estructurales externos, como resaltes y orificios cóncavos.

Actualmente, los retos surgen de la rugosidad superficial relativamente grande de las piezas de trabajo producidas por el proceso SLM y la complejidad de controlar la precisión.

Como resultado, la aplicación directa de moldes moldeados con SLM en el moldeo de plásticos, en particular para piezas con especificaciones de gran precisión y acabado superficial, sigue sin estar plenamente desarrollada. Por lo tanto, son necesarios métodos de mecanizado tradicionales adicionales para el procesamiento posterior con el fin de lograr la precisión del molde, la calidad de la superficie y otras especificaciones requeridas.

¿Cuáles son los principios básicos de la tecnología de impresión 3D?

La impresión 3D crea objetos capa por capa a partir de archivos digitales, lo que permite la creación rápida de prototipos y la producción bajo demanda. Sus principios fundamentales son la extrusión de materiales, el sinterizado selectivo por láser y la fotopolimerización. Se utiliza habitualmente en los sectores aeroespacial, sanitario, automovilístico y de bienes de consumo. Sus principales ventajas son la reducción del desperdicio de material, la aceleración de las iteraciones de diseño y la reducción de los costes de producción. En la práctica, los principios de la tecnología de impresión 3D incluyen principalmente los siguientes aspectos:

Moldeo fotopolimerizable

En cuanto al principio de funcionamiento del moldeo por fotopolimerización, utiliza principalmente un láser u otros materiales sensibles al calor iluminados por una fuente de luz. Esta tecnología es actualmente una de las que más se investigan y de las que más rápido crecen. Se utiliza principalmente en la producción de piezas con estructuras relativamente complejas y alta precisión.

Prototipado rápido por deposición fundida

En el ámbito de la creación rápida de prototipos por deposición fundida, se conoce comúnmente como fabricación con filamento fundido (FFF). El proceso consiste en calentar y fundir un filamento termoplástico, que luego se extruye a través de una boquilla antes de solidificarse en la forma deseada. Esta estratificación iterativa del material es crucial para garantizar la integridad estructural y la calidad del producto final. La FFF es la tecnología predominante en el campo de la impresión 3D por su eficacia y amplia adopción.

Adhesión en polvo tridimensional

En la unión tridimensional de polvo, el principio fundamental es que los operarios utilicen eficazmente boquillas específicas para rociar adhesivo sobre la zona designada. Este proceso permite la unión del polvo con otros materiales, creando así una forma de sección transversal más refinada. La repetibilidad es crucial para el éxito de la aplicación, lo que permite mejorar la productividad. Esta técnica se utiliza habitualmente en el ámbito de la tecnología de impresión 3D.

Conclusión

Diseñadores de productos, empresarios y educadores utilizan la fabricación de moldes para reproducir piezas en diversos sectores. El moldeo por inyección destaca como un proceso versátil empleado habitualmente para fabricar estas piezas en grandes cantidades.

Moldeo por inyección de gran volumen²resulta rentable, eficiente, repetible y da lugar a piezas de primera calidad. Sin embargo, para lotes más pequeños, los gastos y el tiempo asociados a la fabricación de moldes a partir de metales típicos plantean dificultades al procedimiento, lo que a menudo dificulta el acceso al moldeo por inyección de esta magnitud para numerosas empresas.

En resumen, utilizar la impresión 3D para crear moldes de inyección implica diseñar piezas, crear moldes, seleccionar materiales de impresión, imprimir en 3D los moldes, prepararlos para el moldeo por inyección, probar los modelos y tratamiento posterior de las piezas moldeadas por inyección³.

Con el continuo avance de la ciencia y la tecnología en nuestro país, la experiencia en Impresión 3D⁴ ha progresado considerablemente. Esta tecnología se emplea sobre todo en diversos sectores, como laboratorios, empresas y hogares.

La capacidad de procesar superficies curvas mediante tecnología 3D ofrece ventajas que superan a las de las técnicas convencionales de moldeo y procesamiento. La integración de la tecnología 3D en la industria del molde actual ha mejorado notablemente los estándares de fabricación de nuestro país.