Introducción: Aproximadamente 80% de las piezas de plástico se fabrican mediante moldeo por inyección de plástico.El moldeo por inyección se ha considerado durante mucho tiempo el único proceso de producción en masa. Con la innovación de la tecnología de la industria, el moldeo por inyección rápida no es el único método para el desarrollo de moldes.

Los sistemas CAD/CAM/CAE reducen el tiempo de diseño y verificación. Además, se han creado nuevas variedades de moldes. Los moldes de inyección de aluminio y los moldes de impresión 3D compiten por el mercado de la fabricación. ¿Cuál es la diferencia entre ellos? ¿Qué molde hará que su producto sea más eficiente?

Por supuesto, usted quiere hacer prototipos más rápidos, más baratos y con el mejor aspecto posible. Comparemos el aluminio y cuáles son las diferencias entre los moldes de inyección impresos en 3D.

Moldes impresos en 3D

¿Qué es un molde impreso en 3D?

La impresión 3D es un proceso que utiliza archivos digitales para crear objetos tridimensionales. En primer lugar, el software 3D del ordenador corta las piezas en capas digitales. En la plataforma de construcción, el mecanismo de alimentación deposita material de acuerdo con las capas digitales dentro de un rango especificado, mientras que la fuente de calor ajusta la forma. Los datos se procesan para construir un modelo añadiendo material continuamente.

¿Qué materiales se utilizan en los moldes de impresión 3D?

Los materiales de impresión 3D son superimportantes para la tecnología de impresión 3D. Los materiales son los que hacen posible la impresión 3D. Ahora mismo, los principales materiales utilizados en la impresión 3D son los plásticos técnicos, las resinas fotosensibles, los materiales de caucho, los materiales metálicos y los materiales cerámicos. También hay materiales alimentarios como materiales de yeso coloreado, harina de hueso artificial, materias primas biológicas celulares y azúcar que se utilizan en la impresión 3D.

Estos materiales se fabrican específicamente para máquinas y procesos de impresión 3D. No son como los plásticos normales, el yeso, las resinas, etc. Vienen en diferentes formas como polvo, filamento, lámina, líquido, etc. El tamaño de las partículas de los materiales en polvo utilizados en la impresión 3D suele estar entre 1 y 100 micrómetros, dependiendo del tipo de impresora y de las condiciones de impresión. El polvo debe ser muy redondo para que fluya bien.

¿Cuáles son las ventajas de utilizar moldes impresos en 3D?

  Flexibilidad de diseño

Al imprimir en 3D, no tiene que preocuparse de cosas como las fijaciones y las interferencias de las herramientas. Puede diseñar para la función, incluidos canales de convección, estructuras integradas y características complejas. También puede optimizar la forma para reducir el peso, simplificar la fabricación, mejorar la utilización del material, resolver problemas con piezas difíciles de mecanizar, solucionar problemas de deformación tras el mecanizado y crear formas que no pueden fabricarse con los métodos tradicionales.

Economía de la producción de lotes pequeños

La impresión 3D no requiere moldes ni sujeción. No hace falta hacer muchas piezas para pagar moldes caros. Puede fabricar unas pocas piezas, o incluso una sola. La economía de la producción de bajo volumen puede reducir el coste de los cambios de diseño durante el desarrollo de aeronaves civiles.

Buena previsibilidad de la producción

Puede predecir cuánto tardará en imprimirse una pieza en 3D y cuánto se deformará en función del diseño. Puede predecir y ajustar la deformación cambiando el modelo de diseño. A medida que la tecnología de impresión 3D y la tecnología de soporte mejoran, puede controlar el tiempo que se tarda en imprimir una pieza en 3D, la calidad de la pieza y su precisión. Esto significa que puede medir y controlar la forma de la pieza cuando diseñe y fabrique un avión civil con impresión 3D.

Reducir el montaje.

El uso de la impresión 3D para fabricar piezas integradas sustituye a los productos que necesitan ensamblarse a partir de muchas piezas. Esto ahorra el transporte, el montaje, la instalación de fijaciones, la soldadura y otros procesos de múltiples piezas. También reduce el coste de fabricación de las piezas al eliminar líneas de producción redundantes.

Rápido de hacer

En la fase inicial de diseño de aviones, normalmente sólo se tardan unas decenas de horas desde que se hace un modelo 3D en el ordenador hasta que se tiene una pieza física. No hay que esperar a que se fabrique un molde. Esto significa que no tiene que esperar a que se fabrique un nuevo molde si cambia la forma de la pieza. Puede realizar cambios en el diseño de la pieza más rápidamente y puede fabricar piezas nuevas con mayor rapidez.

¿Qué problemas plantea el uso de la impresión 3D para fabricar moldes?

Precisión

Si la precisión del molde impreso en 3D no es alta, habrá capas en la superficie, lo que afectará al uso del molde. Más adelante, será necesario un procesamiento mecánico o un chorro de arena para eliminar estas capas.

Restricciones materiales

Técnicamente, el método de construcción de piezas capa por capa con materiales es diferente de la forja o la fundición tradicionales. La microestructura, los tipos de defectos, las tensiones residuales, la inspeccionabilidad, los requisitos de posprocesamiento y el rendimiento estructural y la durabilidad de los materiales producidos son diferentes de los de los métodos tradicionales.

En el caso de piezas complejas, los valores de diseño del material pueden no representar el rendimiento real de la estructura, por lo que es necesario verificar que el material y el proceso afectan conjuntamente al rendimiento estructural mediante ensayos estructurales superiores al nivel de la pieza de ensayo.

Detección limitada de defectos

El proceso de fabricación por impresión 3D es complejo de controlar. Utiliza procesos de fabricación por capas y capa a capa. La calidad de las uniones entre capas no puede ser tan uniforme como la de las piezas forjadas de precisión.

La tecnología de impresión 3D está limitada por sus principios de conformado inherentes. Las piezas fabricadas con tecnología de impresión 3D, especialmente las metálicas, presentan defectos internos de fabricación, entre los que se incluyen principalmente huecos, microfisuras, mala fusión y otros defectos.

El tamaño de estos defectos suele ser inferior a 20 μm, menos que el umbral de los métodos generales de ensayo no destructivo, y estos defectos son fuentes de iniciación de grietas, lo que afecta gravemente al rendimiento a fatiga de la estructura.El control de precisión es difícil En el proceso de impresión 3D, hay muchos factores que afectan a la calidad del proceso, desde el software y el hardware del propio equipo hasta los materiales de conformado y los procesos de conformado.

La práctica de la ingeniería demuestra que los factores clave que afectan a la precisión de la impresión 3D son el control mecánico, el procesamiento de los datos del modelo, las características del material y el control de los parámetros de conformado. Estos factores controlan la cantidad de material añadido, el tamaño de la unidad de impresión 3D y la precisión del movimiento del sistema, que determinan la precisión de la pieza en la dirección de acumulación y la capacidad de fabricación de características mínimas de la pieza.

Para mejorar la precisión de la impresión 3D es necesario reducir la cantidad de material añadido, controlar el tamaño de la unidad de impresión 3D y mejorar la precisión de movimiento del sistema. Sin embargo, estas capacidades son difíciles de seguir mejorando en investigaciones a corto plazo.

Moldes de aluminio

¿Cuáles son las características de los moldes de aluminio?

Las principales características de los moldes de aluminio son su peso ligero, su gran capacidad de carga y sus elevados tiempos de rotación. Durante el proceso de construcción, tienen una alta calidad de construcción, precisión, estabilidad, fácil instalación y cortos periodos de construcción que pueden ahorrar costes.

Sus deficiencias son: no disponen de mantenimiento y ajuste in situ y requieren una configuración completa. Tienen poca adaptabilidad a los cambios estructurales, y el coste de los proyectos con muchos cambios es elevado. Cuando el tratamiento superficial no es bueno, la aleación de aluminio reacciona químicamente con el hormigón, afectando a su aspecto. Las fijaciones de los moldes de aluminio son propensas a entrar en conflicto con el trazado de las tuberías.

¿Cuáles son las ventajas de los moldes de aluminio?

Gran rendimiento funcional

Algunos prototipos no tienen ningún impacto mecánico o funcional, mientras que otros necesitan ser utilizados. Se trata de prototipos de preproducción, híbridos y funcionales. Por lo tanto, se necesita buena calidad y resistencia. El aluminio es el metal elegido porque tiene grandes propiedades.

Mayor resistencia al calor

Los prototipos de aluminio soportan mejor las temperaturas extremas que otras opciones más baratas, como el plástico. Así, es menos probable que se degraden durante el proceso de fabricación.

Mejor estética

Tanto si utiliza la impresión 3D como la tecnología de mecanizado CNC, los prototipos metálicos tienen mejor aspecto. Además, incluso como prototipo no funcional, tiene mejor aspecto que una pieza de plástico.

Relación coste-eficacia

Los prototipos de aluminio y las piezas metálicas son mucho más baratos que las piezas de plástico. Esto se debe a que las propiedades físicas del metal reducen la frecuencia de sustitución de las piezas. Esto reduce los costes de fabricación a largo plazo.

Precisión de las pruebas

Los prototipos producidos mediante procesos como el mecanizado CNC tienen una gran precisión. Además, las aleaciones de aluminio tienen una calidad excelente y pueden producir piezas para su inspección en el mercado.

Más adecuado para la producción en serie

Una vez que los ingenieros crean un prototipo de aluminio, los clientes pueden utilizarlo para la producción. Es más fácil convertir prototipos de metal en productos acabados. Sin embargo, si el prototipo es de plástico, no puede convertirse en metal para la producción en serie.

¿Cuáles son las limitaciones de los moldes de aluminio?

Vida útil limitada

Debido a su naturaleza más blanda, los moldes de aluminio tienen una vida útil limitada, especialmente cuando se someten a procesos de conformado de alta presión o materiales abrasivos.

Resistencia al calor

El aluminio tiene una menor resistencia al calor. Esta limitación puede limitar los tipos de materiales que pueden utilizarse durante el proceso de moldeo, ya que algunos materiales requieren temperaturas más altas que las que puede soportar el aluminio.

La diferencia entre la impresión 3D y los moldes de aluminio

¿Cuáles son las diferencias entre la impresión 3D y los moldes de aluminio?

Métodos de fabricación y moldeo

Los métodos de fabricación y moldeado de ambas son diferentes. La tecnología de impresión 3D es una tecnología que utiliza materiales adhesivos, como metal en polvo o plástico, para imprimir y construir objetos capa a capa. Se realiza utilizando una impresora de materiales de tecnología digital. Acumulando y sumando poco a poco, se imprime la obra final. Para la fabricación de moldes de aluminio, se utiliza un software de modelado 3D para dibujar los planos del molde, y el efecto de moldeado se consigue mediante ajustes continuos.

Exactitud de la precisión

La precisión de ambas es diferente. En la precisión de la impresión 3D intervienen muchos factores. La precisión de la impresora 3D, la calidad de los materiales seleccionados y la precisión de los dibujos del modelo 3D determinan la precisión del producto. La precisión de los moldes de aluminio depende principalmente de las necesidades reales del usuario para confirmar la precisión.

Plazo de entrega

El plazo de entrega es el tiempo que transcurre entre el inicio del desarrollo del molde y el momento en que la pieza está lista para la producción. En realidad, los métodos de diseño y los cálculos de ambos moldes son diferentes, pero en la fase de fabricación es donde se producen cambios significativos.

Los moldes de aluminio se fabrican a partir de piezas en bruto de aluminio mediante mecanizado CNC y operaciones de acabado. En algunos casos, se requiere un mecanizado adicional por descarga eléctrica (EDM) si la cavidad debe tener esquinas afiladas que no pueden obtenerse mediante fresado. Por lo general, el procesamiento es principalmente mecánico, no se requiere tratamiento térmico y casi no se necesitan herramientas especializadas. El molde de aluminio medio se fabrica en un plazo de 10 a 15 días.

Los moldes impresos en 3D se crean mediante un proceso de fabricación aditiva por sinterización de metales. Muchos polvos metálicos finos se sinterizan juntos capa a capa para formar la cavidad de un molde de inyección. La principal ventaja de este proceso es que requiere poca preparación para la fabricación y no necesita herramientas. El tiempo medio para crear un molde de este tipo es de sólo 2-3 días.

Estabilidad

La estabilidad es básicamente cuántas piezas puede hacer un molde antes de envejecer demasiado. Importante saberlo si quieres hacer un lote de producto.

Las herramientas de aluminio están hechas de materiales más blandos, pero algunas aleaciones de aluminio son realmente resistentes. Esto significa que el molde puede fabricar hasta 5.000 piezas. La media es de 100-2000 copias.

Los moldes impresos en 3D son los peores en cuanto a estabilidad. Hay muchos problemas con las cámaras de sinterización. Son porosas y no tan resistentes como un molde sólido. Ahora, las cavidades impresas en 3D pueden hacer lotes de 50 a 200 piezas.

Duración del ciclo

El tiempo de ciclo es el tiempo que se tarda en producir una pieza. Es la suma del tiempo de inyección, el tiempo de enfriamiento y el tiempo de expulsión. El tiempo de inyección es el tiempo que se tarda en llenar el molde con plástico. El tiempo de enfriamiento es el tiempo que tarda el plástico en enfriarse y solidificarse. El tiempo de expulsión es el tiempo que se tarda en extraer la pieza del molde.

Los moldes de aluminio tienen un tiempo de ciclo de 44-70 segundos. Los moldes impresos en 3D tienen un tiempo de ciclo de 150-250 segundos.

Precisión de las piezas y acabado superficial

La calidad de la pieza es uno de los factores más importantes. Al fin y al cabo, esta pieza será parte integrante de un mecanismo mayor y podrá presentarse a futuros inversores. La pieza debe tener un aspecto profesional.

La precisión de los moldes de inyección de aluminio sólo depende de la capacidad de procesarlos y pulirlos. Sin embargo, la precisión de los moldes impresos en 3D depende del proceso de fabricación aditiva. La AM implica la fusión y el enfriamiento de materiales, y la deformación térmica puede reducir significativamente la precisión. La tecnología moderna puede producir cavidades de molde de acero y aluminio con tolerancias de hasta IT6, así como moldes impresos en 3D con tolerancias de hasta IT9.

Flexibilidad

La flexibilidad es crucial con los prototipos de preproducción cuando sólo se está probando el aspecto y el funcionamiento del producto final. Una vez completado el prototipado inicial con determinados materiales, tendrá que probar los materiales que seleccionó inicialmente para su producto, así como probar sus procedimientos de fabricación.

La mayoría de las veces, se encontrará con algunos problemas que le obligarán a modificar el diseño. Por ejemplo, durante las pruebas de funcionamiento, se descubren algunos defectos o el proceso de inyección da lugar a piezas porosas. Es entonces cuando querrá cambiar tanto el diseño como el molde. Los distintos materiales de molde tienen distinta flexibilidad

Los moldes de aluminio están hechos de materiales más blandos, y sus cavidades suelen fabricarse como piezas separadas que encajan en la base del molde. Por lo tanto, es mucho más fácil extraer la cavidad y realizar ajustes.

Modificar moldes impresos en 3D es difícil porque requiere mecanizar partes de la cavidad, y el acabado superficial será desigual porque el mecanizado proporciona un mejor acabado superficial. Es más fácil rehacer por completo el molde, lo que no lleva mucho tiempo, pero conlleva el indeseable gasto adicional de la creación de prototipos y las pruebas previas a la fabricación en serie.

Conclusión

Creada originalmente como método de prototipado rápido, también conocido como fabricación aditiva, la impresión 3D ha evolucionado hasta convertirse en un verdadero proceso de fabricación. Las impresoras 3D permiten a ingenieros y empresas fabricar simultáneamente prototipos y productos de uso final, lo que ofrece importantes ventajas frente a los procesos de fabricación tradicionales.

En resumen, las principales diferencias entre los moldes impresos en 3D y los moldes de aluminio incluyen diferentes métodos de moldeo de fabricación, diferente precisión de resistencia, diferentes plazos de entrega, diferente estabilidad, diferentes tiempos de fabricación, diferente precisión de la pieza y acabado de la superficie, y diferente flexibilidad.