El Centro Técnico Industrial de Plásticos y Compuestos (IPC) de Francia ha realizado una investigación para evaluar la usabilidad de los moldes impresos en 3D para el moldeo por inyección de bajo volumen. Este informe documenta los pasos de fabricación y pruebas de inyección de moldes impresos en 3D con la solución de Formlabs, marca distribuida por Solid Perfil, destacando los resultados y buenas prácticas.

Piezas de plástico fabricadas con moldes de inyección.

El IPC llevó a cabo recientemente un proyecto de investigación para evaluar la viabilidad del moldeo por inyección con moldes impresos en 3D. En el informe, resumiremos algunos de sus hallazgos, específicamente los relacionados con las impresoras 3D de Formlabs.

El IPC es el centro técnico industrial dedicado a la innovación con materiales plásticos o compuestos en Francia. El IPC desarrolla nuevas formas de apoyar a todas las empresas, especialmente a las pequeñas y medianas empresas. El centro trabaja de la mano de actores clave del panorama científico europeo para apoyar a las empresas en I + D, innovación, tecnología y transferencia de competencias, independientemente del proceso utilizado. El IPC ha creado tres programas de transferencia de tecnología para abordar los principales desarrollos del sector. Apoyan a las empresas ofreciendo su experiencia en I + D para la economía circular (DIS 30), el sector de fabricación aditiva (Impresora), Industria 4.0 y productos de alto valor añadido (Hyprod 2). Los equipos de IPC ayudan a las industrias o fabricantes a impulsar la fabricación mediante la realización de estudios, el establecimiento de protocolos, la evaluación de la viabilidad y la realización de transferencias de tecnología.

1. Comparación de tecnologías de impresión 3D

Se estableció una primera clasificación a partir de los datos técnicos de múltiples fabricantes. Los datos térmicos y mecánicos se evaluaron respectivamente mediante la temperatura de flexión bajo carga y el módulo de tracción. Se han elaborado cuatro tipos de referencias que permiten resaltar propiedades cruciales en cada una de las tecnologías identificadas, con el fin de elegir los tres materiales más prometedores.

Las soluciones de impresión 3D a base de resina se eligieron como la mejor opción para moldes de inyección debido a la alta resolución y la superficie lista de las piezas.

2. Recomendaciones para la caracterización del material, diseño e impresión 3D

El IPC realizó dos pruebas con diferentes conjuntos de moldes. En la primera prueba, se utilizó un diseño de prueba de resistencia y se inyectaron casi un centenar de piezas de polipropileno utilizando un molde monomaterial impreso con la resina de alta temperatura de Formlabs. En la segunda prueba, se utilizó un diseño de resistencia más riguroso, pero esta vez se inyectaron miles de piezas de polipropileno con un molde multimaterial, con el grifo y los insertos impresos con la resina Rigid 10K de Formlabs y el marco impreso en PA12 con SLS.

Este white paper abordará la parte del estudio realizado con las soluciones de impresión 3D de Formlabs, en concreto, las recomendaciones de diseño y fabricación, las condiciones de moldeo por inyección y los resultados observados. El informe completo está disponible a pedido del IPC.

Descripción de piezas y moldes

El IPC diseñó dos juegos de moldes para inyectar dos partes difíciles diferentes. Para ambos conjuntos, su intención era optimizar la calidad de la línea de apertura: las dos mitades de la herramienta deben colocarse dentro de una tolerancia de ± 0,02 mm para obtener un buen ajuste.

Diseño CAD de las dos últimas piezas: la primera pieza de resistencia moldeada con un molde monomaterial sin insertos (derecha) y la segunda pieza de resistencia moldeada con un molde multimaterial con insertos (izquierda).

1. Un molde monomaterial impreso con la resina de alta temperatura.

Contiene geometría simple sin insertos ni movimiento lateral e incluye texturas. La línea de apertura se refinará en un paso final para mejorarla.

El lado estático del molde está impreso con resina rígida 10K e incluye texturas. El lado móvil consta de un macho y cuatro inserciones impresas con Resina Rígida 10K y un marco impreso con PA12 mediante sinterización selectiva por láser (SLS). El marco blando está diseñado con un panel para compensar la variación dimensional de la línea de apertura. PA12 es lo suficientemente flexible como para absorber la dispersión dimensional durante la sujeción del molde. Sin embargo, SLS solo debe usarse para imprimir el marco y no todo el molde, ya que no proporciona una resolución suficientemente precisa para las superficies de moldeo y se funde a temperaturas elevadas.

El IPC realizó varias iteraciones de diseño y recomienda las siguientes buenas prácticas:

Resina para impresión 3D

Los moldes se imprimieron en 3D con la impresora Form 3 y se colocaron utilizando las estaciones Form Wash y Form Cure. El IPC imprimió dos juegos de moldes diferentes:

Después de varias iteraciones, el IPC y recomienda las siguientes buenas prácticas de impresión 3D:

Como se mencionó anteriormente, se recomienda mecanizar el molde impreso en 3D antes del ensamblaje para cumplir con ciertas medidas esenciales. Sin embargo, no es necesario mecanizar el molde multimaterial, ya que la línea de apertura blanda PA 12 podría absorber variaciones dimensionales. Luego se pueden agregar pernos de expulsión o inserciones. El IPC recomienda imprimir varios insertos para piezas con proyecciones delgadas que tienen un mayor riesgo de rotura; podrían reemplazarse fácilmente en caso de falla. El mecanizado y el ensamblaje de moldes son operaciones delicadas que deben realizarse con cuidado, ya que las piezas impresas en 3D podrían romperse durante el procesamiento. Los moldes impresos en 3D deben colocarse dentro de una matriz de metal o un molde maestro que resista la presión.

Molde impreso con la resina de alta temperatura ensamblada en el troquel de metal. Lado móvil con pernos de expulsión (imagen derecha) y lado estático (izquierda).

Condiciones del proceso de moldeo

El equipo inyectó miles de piezas en las siguientes condiciones de moldeo:

El IPC inyectó 90 piezas de polipropileno con el molde monomaterial impreso con la Resina High Temp.

Las piezas inyectadas mostraron un acabado superficial de alta calidad y un nivel de detalle. Sin embargo, el molde comenzó a agrietarse después de 31 iteraciones, lo que afectó la calidad de la superficie de las piezas fundidas restantes.

El IPC inyectó 1.000 piezas de polipropileno con el molde multimaterial impreso con la Resina Rígida 10K.

Las piezas inyectadas mostraron un acabado superficial de alta calidad y un nivel de detalle. Se observó una ligera rebaba en las primeras inyecciones y pequeñas grietas alrededor de los ganchos macho después de 900 inyecciones. También apareció un resplandor en la ubicación del canal.

La impresión 3D de sobremesa es una potente solución para fabricar moldes de inyección de forma rápida y económica. Requiere muy poco equipo, lo que ahorra tiempo y operadores de CNC capacitados que pueden dedicarse a otras tareas importantes mientras tanto. Se puede integrar fácilmente en cualquier proceso de trabajo de moldeo por inyección, ya que es fácil de instalar, usar y mantener. Los fabricantes pueden aprovechar la velocidad y la flexibilidad de la impresión 3D internamente para crear el molde y combinarlo con el poder de producción del moldeo por inyección para producir múltiples unidades a partir de termoplásticos comunes en cuestión de días.

Cada vez es más evidente que las tecnologías aditivas coexistirán con los procesos de fabricación convencionales, que utilizarán la aplicación más adecuada ”

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