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25 de Agosto de 2016 | Formlabs and Galomb, Inc. | formlabs.com LIBRO BLANCO DE F ORMLABS: Moldeado por Inyección con Moldes Impresos en 3D Un estudio de la producción de piezas pequeñas de bajo- volumen de plástico
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25 de Agosto de 2016 | Formlabs and Galomb, Inc. | formlabs.com
LIBRO BLANCO DE FORMLABS:
Moldeado por Inyección con
Moldes Impresos en 3DUn estudio de la producción de piezas pequeñas de bajo-
volumen de plástico
LIBRO BLANCO DE FORMLABS: Moldeado por inyección a partir de impresiones 3D 2
Tabla de Contenidos
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Producción de piezas de bajo-volumen a partir de moldes impresos en 3D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Método . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Pruebas adicionales con la Resina High Temp . . . . 8
Tratamiento de problemas comunes . . . . . . . . . . 10
Guía del diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Resumen del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
RESUMEN
Este documento describe la producción de piezas pequeñas de
termoplástico moldeadas por inyección mediante moldes impresos en 3D
en la impresora Form 2 y se inyectaron usando la Moldeadora por
Inyección Galomb Modelo-B100. Se probaron dos diseños del molde con
la Resina Clear: uno era una mariposa grande y el otro producía cuatro
mariposas pequeñas en la misma inyección. También se probó con Resina
High Temp un tercer molde de la carcasa de un dispositivo USB. Estos
moldes fueron impresos en 3D por Formlabs y las piezas moldeadas por
inyección fueron producidas por Galomb Inc y Formlabs en distintos
materiales.
Formlabs y Galomb, Inc.
Fig 1: Selección de piezas de LDPE producidas por Galomb, Inc.
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PRODUCCIÓN DE PIEZAS DE BAJO-VOLUMEN A PARTIR DE MOLDES IMPRESOS EN 3D
La mayoría de productos de plásticos presentes en el mundo están
fabricación mediante el moldeado por inyección. Con impresoras 3D
de escritorio y máquinas de moldeado por inyección asequibles, es
posible crear moldes en casa para fabricar piezas de plástico
pequeñas y funcionales.
La impresora 3D Form 2 de esteriolitografia (SLA) produce piezas
completamente sólidas y lisas que pueden soportar la temperatura y
la presión del moldeado por inyección de escritorio. Las
impresiones en 3D producidas por SLA se unen químicamente de
manera que son totalmente densas e isotrópicas, capaces de
producir moldes funcionales en una calidad que no posible
mediante impresiones de FDM.
Formlabs se asoció con Galomb Inc., un fabricante de máquinas de
moldeado por inyección asequibles, para probar y demostrar la
viabilidad de los moldes de inyección impresos en 3D SLA.
Fig 2: Moldes impresos en 3D en marcos de aluminio.
Para la producción de bajo-volumen (aproximadamente 10-100
piezas), los moldes impresos en 3D ahorran tiempo y dinero.
Además facilitan un manufacturado más ágil, permitiendo a los
ingenieros y diseñadores modificar fácilmente los moldes y
continuar iterando en sus diseños con tiempos y coste bajos.
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MÉTODO
Ambas resinas, la Resina Clear y la Resina High Temp, se pueden usar
para imprimir pequeños moldes funcionales, ofreciendo la Resina High
Temp compatibilidad con una gama más amplia de temperaturas de
fusión termoplástica. La Resina Clear de Formlabs fue seleccionada
por su resistencia, altos detalles y acabado superficial liso. Además, se
prefiere la Resina Clear por su translucidez, ya que es fácil de ver
cuando los moldes se han llenado, pero cualquiera de las Resinas
Standard de Formlabs (Clear, White, Black y Grey) deberían funcionar,
ya que tienen propiedades mecánicas similares. Los moldes fueron
impresos con una altura de capa de 100 micras y tardaron
aproximadamente 5 horas cada uno. Dependiendo de la geometría,
se pueden imprimir múltiples moldes a la vez sobre la misma
plataforma de construcción para así incrementar la eficiencia de la
impresión.
Dos diseños del molde fueron impresos con la Resina Clear. Las
piezas y los subsecuentes moldes fueron diseñados para adaptarse
a las dimensiones de la abrazadera del tornillo de la máquina
Galomb, a la capacidad de inyección de 1 in³ del barril y al volumen
de construcción de la Form 2. Después de la impresión, cada una las
piezas fue sumergida en un bañó de alcohol isopropílico al 90%
durante 20 minutos, se retiraron los soportes y se lijaron las marcas.
Fig. 3. Configuración de impresión en el PreForm, con las cavidades hacia arriba.
Posteriormente las piezas fueron post-curadas durante una hora bajo
una lámpara UV a 405 nm para alcanzar las resistencias mecánicas y
la rigidez completa. Para entender mejor el efecto del post-curado
en las piezas, vea el libro blanco de Formlabs sobre el post-curado
UV.
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El primer molde era la mariposa del logotipo de Formlabs en grande
y el segundo eran cuatro mariposas del logo en pequeño. Ambos
moldes tenían una cavidad, una puerta estrecha y un bebedero en el
punto de inyección, y fueron diseñados en Solidworks. Los moldes
se insertaron en marcos de aluminio para proporcionar soporte
contra la presión hacia abajo y el calor de la boquilla de inyección.
Los marcos de aluminio también pueden evitar que el molde se
deforme después de su uso repetitivo. Los marcos representados en
las figuras 2 y 4 fueron mecanizados a medida por Whittaker
Engineering en Escocia, pero los marcos de aluminio estándar están
disponibles a través de los fabricantes de moldes de inyección.
Los pellets de plástico están disponibles en los minoristas de venta
online o empresas de suministro a escuelas, como la IASCO-TESCO.
Para crear una variedad de colores, el plástico una vez fundido fue
mezclado con colorantes en polvo antes de la inyección.
Mediante el moldeador por inyección Model-B100, Galomb probó los
moldes impresos con 25 inyecciones de LDPE. El LDPE funde a
aproximadamente 325 ° F (163 ° C) y se eligió por su baja temperatura
de fusión. Se debe de tener en cuenta que la Resina Clear de
Formlabs tiene una temperatura de deflexión térmica (HDT) @ 0,45
MPa de 73,1 ºC después del post-curado (ver la hoja de datos del
material). Aunque el HDT es un indicador de las propiedades térmicas
del material, no lo descarta para esta aplicación, a pesar de que el
LDPE tiene una temperatura de fusión más alta. Su molde impreso en
3D soportará el proceso de moldeo por inyección dependiendo de la
temperatura de fusión del material de inyección, la geometría de la
pieza, el enfriamiento y el ciclo de tiempo utilizado.
Fig. 4. Moldes impresos en 3D en marcos de aluminio y piezas moldeadas por inyección.
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Fig. 5. Un surtido de piezas moldeadas por inyección mediante moldes impresos en 3D.
RESULTADOS CON LA RESINA CLEAR
Después de 25 inyecciones de LDPE, no hubo deterioro notable de la
superficie (ni virutas, ni grietas, ni arañazos) de los moldes. El LDPE no
tiende a adherirse a los moldes de resina durante el ensayo, pero
otros plásticos pueden requerir la aplicación de un producto de
desmoldeo para ayudar a la extraer la pieza. La adhesión de la pieza al
molde puede provocar que el molde se deteriore durante la
extracción. Los productos de desmoldeo están ampliamente
disponibles, además, los moldes de silicona son compatibles con las
Resinas Standard y la Resina High Temp de Formlabs.
El tiempo de ciclo para cada inyección fue aproximadamente de tres
minutos. Este proceso se aceleró aplicando aire comprimido para
enfriar el molde. La inyección cíclica en moldes impresos en la Form
2 hace que el molde se caliente. Para contrarrestar este efecto, el
tiempo de enfriamiento del molde abierto debe aumentarse entre
ciclos. Aunque el molde no debe deformarse, un calor residual
demasiado alto reducirá el éxito del moldeo si el molde se abre
demasiado pronto. Galomb también mejoró el éxito del moldeo
mediante el grabado superficial (0.05 mm de profundidad) de las
salidas de aire (no representadas) que van desde el borde de la
cavidad hasta el borde del molde, de modo que el aire no quedaba
atrapado dentro de la cavidad durante la inyección.
Algunas de las inyecciones expuestas se han derramado en la línea
de división, debido a la deformación del molde de resina durante la
fase de enfriamiento después de múltiples inyecciones. Aumentar la
fuerza de sujeción en el tornillo puede ayudar a mitigar el derrame,
además de poder pulir la parte derramada de la pieza para darle una
superficie lo más plana posible. Galomb propuso incluir canales en el
diseño del molde para incrustar tubos metálicos y llenarlos con epoxi
relleno de aluminio como una estrategia para reforzar el molde,
reducir la deformación y mejorar el tiempo de enfriamiento.
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Los moldes de Resina Clear experimentan un choque térmico cuando son expuestos a un plástico fundido a una temperatura más alta.
PRUEBAS ADICIONALES CON LA RESINA HIGH TEMP
Los moldes de Resina Clear se probaron con éxito usando LDPE,
que tiene una temperatura de fusión relativamente baja. Los
plásticos de temperatura de fusión más alta pueden provocar un
choque térmico en las impresiones con la Resina Clear, las cuales
aparecen como una superficie fracturada del molde.
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Formlabs imprimió el molde de una carcasa de un dispositivo USB en Resina High Temp
para probar el moldeo por inyección de escritorio con una gama más amplia de plásticos.
Compatibilidad de Moldes de Plástico Impresos en SLA
PlásticoTemperatura de fusión
(Fuente: Solución de Plástico)
Resina High Temp (HDT @ 0.45 MPa = 289° C)
Resina Clear (HDT @ 0.45 Mpa = 73.1 °C)
LDPE 163 °C
PP 177 °C
TPE 177 °C
PLA 180 °C
ABS 204 °C
HDPE 204 °C
EVA 204 °C
PS 226 °C
Las Resinas High Temp y Standard son las resinas más adecuadas para la fabricación de moldes. De las resinas Formlabs, la High Temp tiene el HDT más alto a 0.45MPa y baja expansión térmica. También es el material más rígido, con un alto módulo de tracción.
Los moldes de Resina High Temp no presentaron degradación de la temperatura en la superficie del molde en ninguno de los plásticos probados.
La rigidez relativamente alta de la Resina High Temp hace que el
molde no se deforme al retirar la pieza. Esto hace que el uso del
desmoldeo sea especialmente importante para retirar las piezas
inyectadas en plásticos rígidos como el poliestireno.
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Derrame causado por el llenado excesivo del molde.
Carcasa del USB final creada con moldes de Resina High Temp.
TRATAMIENTO DE PROBLEMAS COMUNES
El derrame ocurre cuando el plástico inyectado es expulsado entre las
dos mitades del molde. Esto puede suceder cuando un molde está
sobre llenado, o si la línea de separación no es perfectamente plana.
La adición de ranuras delgadas de salida al molde puede ayudar a
mitigar el derrame de la sobrepresión en el molde, ayudar con la
separación de la pieza y corregir el aire retenido que causa burbujas
en la pieza moldeada. Aunque no se han mostrado, los moldes
impresos se ensayaron sin un marco de aluminio. La desventaja de
esta opción es que estas piezas utilizan más material, lo que aumenta
el coste de impresión y el tiempo, y los moldes pueden ser más
propensos a la deformación. Mediante, una arandela de acero
colocada entre el molde impreso y la boquilla de la máquina de
moldeo por inyección protege la impresión del contacto directo y
ayuda a distribuir las fuerzas. Además, el pre-embalaje del cilindro de la
máquina de moldeo por inyección comprimiéndolo contra un bloque
de metal ayuda a asegurar que no haya bolsas de aire que puedan
interrumpir el flujo de plástico.
Las líneas de impresión son visibles en algunas de las piezas; este
efecto podría reducirse imprimiendo el molde con una altura de capa
más pequeña. Los moldes utilizados en este estudio se imprimieron
con una altura de capa de 100 micras, pero también se podrían usar
50 o 25 micras. Esto mejorará el acabado superficial del molde, pero
aumentará el tiempo de impresión y disminuirá la vida útil del tanque.
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Ángulo de 90°
Inclinacion de 2°
Condicones Óptimas, inclinación 2° y relleno
PASO 1 Diseñar la pieza en CAD.
PASO 4 Retire los soportes de
los moldes.
PASO 2 Diseñar el molde en CAD.
PASO 5 Inyecte plástico en lel
molde.
PASO 3 Imprimir los moldes en 3D en la
Form 2.
PASO 6 Retire la pieza del molde.
GUÍA DE DISEÑO
Al diseñar su molde, tenga presente qué se imprimirá
con éxito, así como qué se moldeará con éxito.
RESUMEN DEL PROCESO
• La adición de uno a tres grados de inclinación en las
superficies perpendiculares a la dirección de
extracción permitirá que la pieza se retire más
fácilmente y minimizará la degradación del molde. Los
rellenadores se deben aplicar a los bordes interiores
para reducir la deformación de la tensión interna de
plástico y ayudar a la extracción de las piezas.
• Los detalles grabados y relieve deben ser
desplazados de la superficie por lo menos 1 mm.
• Las superficies planas divididas se pueden pulir
con papel de lija de grano fino para reducir el
derrame.
• Si se diseña para un marco de aluminio,
añadir .125 mm de espesor adicional a la parte
posterior de las placas del molde para tener en
cuenta las fuerzas de compresión y asegurar un
sellado completo.
• Asegúrese de orientar las mitades del molde en el
PreForm para que la cavidad quede hacia arriba.
Esto evitará tener marcas de soporte dentro de la
cavidad y facilitará el procesamiento posterior a la
impresión.
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Póngase en contacto con Formlabs para saber cómo el SLA de escritorio puede encajar en su proyecto.
Contacto:
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