Download - Guia de Diseno Utillaje Rapido Inyeccion Plastico Final 2

Gua de diseo de utillaje rpido para inyeccin de plstico

Actividad perteneciente al proyecto PLAST-INNOVA

IMPLANTACIN DE TECNOLOGAS INNOVADORAS DE FABRICACIN RPIDA DE MODELOS, MOLDES Y PRODUCTOS PARA EL SECTOR DEL PLSTICO

Con la participacin de:

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AIMME - Instituto Tecnolgico Metalmecnico. Parque Tecnolgico, Avda. Leonardo Da Vinci, 38.

46980 PATERNA (Valencia) SPAIN. Tel.: +34 96 131 85 59. Fax: +34 96 131 81 68

http://observatorio.aimme.es email: [email protected]


NDICE

1 INTRODUCCIN

2 SLS METAL. SINTERIZADO SELECTIVO LSER DE METAL .......................................... 4

2.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO .................................................................................... 4 2.2 EJEMPLOS REPRESENTATIVOS.................................................................................. 4 2.3 REQUISITOS DE DISEO .......................................................................................... 5

3 DMLS. SINTERIZADO DIRECTO DE METAL POR LSER.............................................. 12

3.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO .................................................................................. 12 3.2 EJEMPLOS REPRESENTATIVOS................................................................................ 12 3.3 REQUISITOS DE DISEO ........................................................................................ 12

4 LASER CUSING. FUSIN DE POLVO METLICO ......................................................... 19


5 ESTEREOLITOGRAFA DE RESINA CON CARGA CERMICA. SLA+ CARGA CERMICA25


6 SINTERIZADO SELECTIVO LSER DE POLIAMIDA CON CARGA DE ALUMINIO. SLS PA+AL

28


7 COLADA EN VACO DE RESINA CON CARGA DE ALUMINIO. EP 310........................... 34


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1 Introduccin

En este documento se ha querido plasmar las peculiaridades que se ha de tener en cuenta para la fabricacin rpida de utillaje para inyeccin de plstico.

Las principales tecnologas directas para la fabricacin rpida de utillaje son: - SLS Metal. Sinterizado selectivo lser de metal - DMLS. Sinterizado directo de metal por lser - Laser Cusing. Fusin de polvo metlico por lser.

Existen otras tcnicas que se encuentran en investigacin y que tambien se incluyen en este documento:

- Estereolitografa utilizando resina con carga cermica. SLA+ carga cermica - Sinterizado selectivo lser de poliamida con carga de aluminio. SLS PA+AL - Colada en vaco de resina con carga de aluminio. EP 310.

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2 SLS Metal. Sinterizado selectivo lser de metal

2.1 Descripcin del proceso

La SLS es una tcnica que fabrica las piezas por capas. Cuando ha terminado una superficie entera, el rodillo aade una nueva capa de material y procede a sinterizar la siguiente seccion. En el caso metlico la sinterizacin se hace en un segundo proceso en horno. Ms informacin: http://www.aserm.net/flexman/tecnologias/flexman_technology.2006-04-12.7480294719

2.2 Ejemplos representativos

Aplicacin: Molde Persiana para Inyeccin Plstico Material: ST-200 (Acero con Bronce) Fuente: AIJU

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Aplicacin: Electrodo TOY para Electroerosin Material: A6 (Acero con Cobre) Fuente: AIJU

2.3 Requisitos de diseo

2.3.1 Consideraciones generales en el diseo de utillaje

Para facilitar la rapidez en la elaboracin del molde y su rpido ajuste en mquina y posterior inyeccin es recomendable evitar el diseo con contrasalidas en las piezas y pensar en favorecer el desmoldeo sin necesidad de correderas.

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Se recomienda no construir paredes totalmente verticales en las zonas perpendiculares a la cama o plano de particin, y al menos aplicar un 1 o 2 % de desnivel (a favor del desmoldeo) en dichas caras.

2.3.2 Fabricacin del utillaje

Para la correcta fabricacin del utillaje hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Colocacin de las tabs: Es importante tener en cuenta la colocacin de las tabs con respecto a la geometra y el tamao de la pieza. Tenga en cuenta estas directrices mientras est diseando las piezas y antes del montaje de las mismas:

El(los) poste(s) que conecta(n) las tabs a la pieza tienen que cortarse despus de la infiltracin. Tenga en consideracin cmo se eliminarn los postes cuando disee las piezas o las tabs.

La(s) lengeta(s) no deben colocarse cerca de partes delicadas puesto que la almina de soporte se desprender de estas partes una vez que la pieza absorba el infiltrante. Cuando cargue el infiltrante en la lengeta, colquelo cerca del borde trasero de la misma.

Para las piezas altas se recomienda colocar tabs a diferentes alturas y de la forma ms uniforme posible por toda la geometra de la pieza.

Para obtener una infiltracin ptima se recomienda colocar tantas tabs alrededor de la geometra de la pieza como sea factible. Cuantas ms tabs haya ms uniforme ser la infiltracin a travs de la geometra de la pieza. Para producir insertos de herramientas, colocar ms tabs reducir la desviacin de la superficie superior y se producirn insertos ms planos.

Advertencia: Si el infiltrante se coloca demasiado cerca de la pieza, o bajo partes salientes, el vaco que se crea en el polvo de almina cuando el infiltrante se reduce y se infiltra en la pieza provocar que el polvo de almina se desprenda de la pieza y la deje expuesta, y podra causar que la pieza se desmorone, se resquebraje o se deforme.

Manejo de la pieza verde A las piezas construidas en el sistema SLS pero que todava no han sido procesadas en el ciclo de horno se les llama piezas verdes. A la hora de disear una pieza que ser construida por medio del proceso SLS, tenga en cuenta como se manejar la pieza durante los pasos de salida y de sinterizado e infiltracin. Las piezas verdes deben considerarse algo frgiles antes del ciclo de horno, y por tanto deben disearse para que sean fuertes y manejarse con cuidado para evitar posibles daos en las mismas.

Orientacin de las piezas Orientar las piezas bien minimizar la deformacin y maximizar la precisin satisfactoriamente. Oriente las piezas de la manera, en la direccin, y con la ubicacin en la base que ms concuerden con el montaje de piezas segn el factor de escala. Tome nota tambin de orientaciones alternativas y de posiciones que dan como resultado superficies o partes malas, salientes grandes, zonas sin apoyo o cambios drsticos en la geometra o en el corte transversal. Tenga en consideracin la colocacin de las tabs y los salientes cuando aada tabs a la pieza durante la preparacin del montaje. Las superficies orientadas hacia arriba se producen ms planas y tienen un acabado superficial mejor. Para las piezas que tienen salientes, cuando se prefiera mantener la superficie orientada hacia arriba tal cual, utilice apoyos, que despus debern quitarse. En general, es preferible evitar salientes cuando sea posible. Otra alternativa es dar la vuelta a la pieza para evitar las condiciones que producen salientes. Tenga en cuenta cmo se contraer la pieza durante el ciclo de horno y orintela pensando en esa contraccin.

Lmite mayor del tamao de montaje

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Puesto que todas las piezas de LaserForm A6 tienen que procesarse a travs de un ciclo de horno, el tamao mximo de la pieza no puede exceder el volumen mximo que quepa en el horno ni exceder el volumen mximo que pueda procesarse adecuadamente durante el ciclo de horno.

Volumen mximo de la pieza Pieza de dimensiones 240 x 240 x 100 mm debido a limitaciones del crisol en el horno

Peso mximo de la pieza Una masa de la pieza verde y de la placa de soporte de 22 kg aproximadamente se considera la mxima carga del horno que debe procesarse en un ciclo de horno de 24 horas. Para piezas entre 22 y 27 kg utilice un ciclo de 36 horas.

Tamao mnimo de las piezas Las piezas positivas y negativas estn limitadas a las capacidades de la mquina. Sin embargo, prcticamente todas las piezas de 0,75 mm de tamao o menores deberan ser posibles, aunque dependiendo de la geometra.

Piezas que se encuentran sin apoyo: dimensiones Grosor mnimo de 2 mm Proporcin de ancho por altura 1:4

Eyector de abertura pequea Puesto que su tamao y colocacin plantea dificultades, no utilice eyectores de abertura pequea. Adalos durante la post-transformacin.

Bebederos y entradas Se pueden aadir a los archivos o bien se pueden poner despus como un proceso secundario. Coloque los bebederos en una entrada si se trata de una entrada del borde. Deje estas partes ms pequeas de lo normal (material mximo) para que se puedan ajustar a las condiciones de moldeo. Las sub-entradas deben ponerse en un proceso secundario.

Canales de enfriamiento conformados La mejor opcin es incorporar canales de enfriamiento conformados en los datos de CAD y los insertos que se construyen con estos canales. De manera alternativa, tradicionalmente los canales de enfriamiento implementadas se pueden aadir mecnicamente despus de que los insertos estn finalizados. Si se aaden a los archivos, asegrese de que los canales de enfriamiento tienen un dimetro lo suficientemente largo, y reduzca las curvas y los ngulos cerrados para minimizar la posibilidad de que el canal se atasque de polvo, el cual puede ser difcil de eliminar en geometras duras. Adems, asegrese de que los canales de enfriamiento no se encuentran muy cerca (menos de 3,2 mm o 0,125) de una superficie de una pared exterior, con el fin de minimizar la posibilidad de que aire a una presin excesiva dae el inserto al quitar de un soplo la pared. Para conseguir la mxima flexibilidad asegrese de que es posible eliminar completamente el polvo de los canales cuando salga la pieza. Por ejemplo, aadir un agujero de limpieza en cada curva cerrada permite una eliminacin del polvo ms completa.

Los canales de enfriamiento (o de calentamiento) conformados se aaden al modelo de CAD y as se construyen automticamente junto con la pieza.

Nota: El grosor mnimo de las paredes contiguas a los canales de enfriamiento no debe ser menor de 3,2 mm

Aadir material a un inserto

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Los tipos de adiciones de material que se pueden incorporar dependen en gran medida de la geometra concreta en cuestin, y de la comprensin de las tolerancias fundamentales de esa geometra especfica. Es una prctica comn aadir material a la lnea de separacin y a las paredes exteriores de los insertos, para luego trabajar con mquinas la lnea de separacin y/o cuadrar el inserto con mquinas.

Filamentos Aada material para producir filamentos, los cuales deben conectarse durante la post-transformacin.

Pulido Aada de 0,07 mm a 0,013 mm de material en las zonas que vayan a pulirse.

Pulimentado de superficies fundamentales Para pulimentar las zonas fundamentales del utillaje como las placas de separacin y los cierres aada en ellas 0,23 mm de material adicional.

Cuadratura Para cuadrar los insertos adales 0,75 mmde material en los lados y la parte inferior.

Partes salientes Si la pieza tiene partes salientes, aada postes de apoyo para evitar que estas partes se muevan, se comben o se rompan. Otra posibilidad es reorientar la pieza para evitar salientes. Consulte el apartado anterior sobre partes salientes incluido en esta seccin acerca del diseo de piezas.

Aadir soportes Aada soportes en el software de CAD o cuando prepare el montaje. Los soportes se utilizan como sostenes en la base de la pieza para evitar que las piezas puedan moverse durante el proceso de SLS. Los soportes deben tener cuatro capas de grosor, se deben colocar directamente debajo del plano inferior de la pieza (y tocndolo). El grosor de 0,30 mm de los soportes hace que sean frgiles y fciles de retirar de la pieza. Para los soportes utilice dimensiones de superficie de al menos 100 mm2. Haga las modificaciones necesarias para evitar el contacto con otras superficies de la pieza.

2.3.3 Preparacin del utillaje

Se pueden emplear varios mtodos de post-transformacin para acabar los insertos creados con el material de acero LaserForm A6. Como mnimo se requieren dos operaciones bsicas: la limpieza con chorro de granalla y la extraccin de las tabs de infiltracin.

Nota: La mayor parte de la composicin de este material es de acero de herramientas A6, y como tal, se oxida cuando se expone a la humedad. El xido de la superficie se puede evitar utilizando cualquiera de las sustancias protectantes que se encuentran a la venta, como pueden ser Tool-Saber, WD-40 o la vaselina.

Limpieza con chorro de granalla Cuando los insertos de material de acero LaserForm A6 se sacan del horno de sinterizado, en general estn cubiertos de una capa de xido negra de 0,05 a 0,10 mm de grosor aproximadamente dependiendo del volumen del inserto o la pieza. La limpieza con chorro de granalla eliminar esta capa de xido y dejar ver un suave acabado metlico y plateado. Siga las directrices que aparecen a continuacin para limpiar con chorro de granalla las piezas de material LaserForm A6:

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Utilice una mquina de chorro de vidrio con un chorro recomendado de 70 a 140 grit y aire a presin a 6,89 bar (100 psi).

Advertencia: No utilice materiales abrasivos como pueda ser la almina. Para conseguir el mejor acabado superficial utilice materiales de limpieza nuevos. Mantenga la pieza a 15 cm aproximadamente (6 aprox.) de la boquilla mientras la est

limpiando.

Extraccin de las tabs La mayora de veces las tabs se extraen mediante el equipo siguiente: Sierra de cinta para cortar metal (8 dientes por pulgada como mnimo) Chorro de agua, cortado con lser, pulverizacin, o tratamiento con mquinas (fresa de espiga o

fresa perfilada simple) La lengeta debe extraerse completamente desde el punto de contacto con la superficie de la pieza o el inserto. Puede que se requiera o se desee realizar un fresado, pulverizacin o pulido para alisar el punto de contacto entre la lengeta de infiltracin y la pieza o inserto.

Tratamiento con calor Durante la prueba inicial de tratamiento de calor las piezas de material de acero LaserForm A6 alcanzan una dureza de hasta 39 HRC. Para obtener recomendaciones sobre el tratamiento con calor hasta que se publiquen los procedimientos del mismo contacte con la Lnea de Atencin al Cliente de 3D Systems.

Opciones de tratamiento con mquinas Las directrices que aparecen a continuacin para realizar las mejores prcticas se recomiendan a la hora de considerar cualquier post-transformacin adicional de los insertos o piezas de material LaserForm A6. En general, las piezas fabricadas con material de acero LaserForm A6 se trabajan con mquinas de la misma forma que el acero de herramientas P-20 y deben tratarse de la misma manera que ste.

Nota: Utilice tanto refrigerante como sea posible cuando trate con mquinas el material LaserForm A6. Fresado frontal

Normalmente las cavidades de las herramientas creadas con material LaserForm A6 se fresan frontalmente con insertos de carburo que vayan del nivel C1 al C4. Para evitar esquirlas utilice insertos afilados con un ngulo de incidencia de extremo de 20.

Nota: Durante el fresado debe utilizarse refrigerante para mantener el material fro y alargar la vida de la herramienta.

DESCRIPCIN CONDICIN VALOR Velocidad 18,29 m (60 pies)/min Avance 0,025mm(0,001)/diente Profundidad del corte Desbaste 0,508 mm (0,020) Acabado 0,0254 mm (0,001) Material del inserto Desbaste C2 Acabado C3 Geometra de la herramienta Modelo del inserto SPG ngulo de incidencia

de extremo del inserto 20 Grosor del inserto 3,175 mm (1/8) Radio de esquina del inserto 0,03125 mm (1/32)

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Torneado Normalmente los insertos de herramientas creados con material de acero LaserForm A6 se tornean con fresas de una sola punta.

DESCRIPCIN VALOR Profundidad del corte 6,25 mm (0,25) o menos Velocidad en pies por minuto 50 Avance en milmetros por revolucin 75 mm (0,070) Material de la herramienta Carburo de tungsteno C3 ngulo de ataque lateral 6, 5, 0, 5

Fresado radial Al igual que sucede con el fresado frontal, para el fresado radial se recomienda el carburo. Se requieren fresas radiales con el ngulo de la hlice pequeo (30) y el ngulo de rebaje lateral grande.

DESCRIPCIN VALOR Velocidad 5 8 m (15 -60 pies)/min Avance 0,0254 mm (0,001)/revolucin Fresa de 12,7 mm (1/2) Profundidad del corte 0,254 mm (0,010) Material de la herramienta Carburo de tungsteno ngulo de rebaje lateral 12 - 15 ngulo de la hlice 30

Pulido Superficial Se puede pulir la superficie de los insertos creados con material de acero LaserForm A6 utilizando muelas abrasivas de xido de aluminio. Se puede obtener una superficie de calidad en las lneas de separacin utilizando una muela de 60 grit con un avance en descenso de 0,0127 mm (0,0005) por pasada.

Consejo: Utilizar fluido refrigerante puede ayudar a mantener la pieza fra y evitar que la muela se cargue.

DESCRIPCIN CONDICIN VALOR Velocidad de la muela 914 1.524 m/min (3.000 5.000 pies/min) Velocidad de la mesa 4,57 6,09 m/min

(15 20 pies/min) Velocidad en avance Desbaste 0,0381 mm (0,0015) por pasada Acabado 0,0127 mm (0,0005) por pasada Avance transversal 1,58 mm (0,0615) por pasada Muela propuesta A60JV

Taladrado Para obtener los mejores resultados en el taladrado, utilice herramientas de carburo de tungsteno, cobalto, o con punta de diamante. Se recomienda que el ngulo en la punta sea de

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entre 118 y 135. Para realizar agujeros menores de 1,5875 mm (0,0625) se recomienda cortar mediante electroerosin. Los ndices de velocidad que aparecen a continuacin son propuestas. En algunos casos unas velocidades ms lentas proporcionarn mejores resultados.

Consejo: Utilizar fluido de corte y de roscadura puede alargar la vida del taladro y del macho de roscar. Para realizar agujeros con una profundidad mayor a 6,0 mm (0,25) aplicar refrigerante reducir al mnimo el riesgo de que los agujeros sean ms pequeos de lo normal y de que las herramientas se desgasten de forma prematura.

DESCRIPCIN VALOR Velocidad 4,572 m/min (15 pies/min) Avance. 0,0254 mm (0,001)/revolucin,

taladro de 6,35 mm (1/4) Refrigerante Aceite soluble en agua ngulo de incidencia en la punta 15 20 ngulo en la punta 118 135

Pulido El acabado superficial de las piezas de material LaserForm A6 despus de la limpieza con chorro de granalla variar entre 3 m y 15 m Ra, dependiendo de la orientacin de la superficie. La superficie superior de las piezas tendr el mejor acabado superficial con un valor tpico de alrededor de 15 m. Normalmente las pareces laterales, tanto las verticales como las inclinadas, tendrn una aspereza mxima de alrededor de 15 m. Al preparar los modelos de CAD para el proceso del material de acero LaserForm A6, tenga en cuenta que durante el pulido se eliminarn de 0,075 a 0,13 mm (0,003 a 0,005). Se puede aadir pulido al sistema SLS fcilmente utilizando la disminucin del grosor. Adems del pulido, el cromado de superficies es otra opcin. Nota: No es necesario aadir pulido extra al archivo .stl. Normalmente empiece puliendo con papel de lija (de 220 a 320 grit, en rollo o disco). A continuacin aplique de 45 a 30 m de pasta adiamantada, y despus redzcala a una cantidad de 6 a 2 m. Cualquiera de lo que aparece seguidamente se puede utilizar con la pasta adiamantada:

o Almohadillas o trapos de pelo de caballo duros o blandos. o Ultrasnica o Fieltro o Tela

El brillo y el aspecto final se puede conseguir utilizando pasta para pulir Simichrome y bolas de algodn. En general las piezas construidas con el material de acero LaserForm A6 se pulen como el acero. Cualquier mtodo para pulir acero funciona.

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3 DMLS. Sinterizado directo de metal por lser


Proceso aditivo en el que por lser se van sinterizando (cercano al punto de fusin dependiendo del material) finas capas de metal en polvo. Se va aadiendo capa por capa de abajo hacia arriba. Ms informacin: http://www.aserm.net/flexman/tecnologias


Aplicacin: Molde para produccin de pieza de ABS Material: DirectSteel 20 Fuente: F.Ascamm


3.3.1 Geometras

El proceso de fabricacin mediante DMLS crea piezas a partir de un fichero CAD, por adicin de material en polvo, fusionando algunas de sus partculas. Esto significa, que por las condiciones en las que el proceso de DMLS es utilizado y por su dependencia con la geometra que se desea construir, hay que prestar especial atencin al diseo adecuado de la geometra, como tendra que ser para cualquier mtodo de fabricacin.

No existe una norma o condicin sobre cual se especifique el fabricacin ms adecuado (fresado, electroerosin, DMLS) a utilizar. Por razonamiento bsico, una pieza que puede ser fresada con el mnimo esfuerzo, por lo general, debera ser fresada.

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Normalmente, slo tiene sentido utilizar el sinterizado con lser en aquellos casos en los que la electroerosin, el fresado de cinco ejes o el mecanizado de piezas que precisan de mltiples estacadas, seran los mtodos ms requeridos econmicamente hablando.

Antes de tomar una decisin sobre cual sera la solucin ms econmica para fabricar un molde, debera hacerse una estimacin de los tiempos de produccin empleados en distintos procesos. Hay que prestar especial atencin al hecho de que con DMLS, slo habr que construir las geometras relevantes y que los volmenes superfluos, a ser posible, deberan ser evitados. Un ejemplo de geometra apropiada se muestra en la Figura_1.

Figura_1 Ejemplos geometras fabricadas con DMLS

Esto es especialmente relevante en el caso de postizos para moldes ya que, como en todo proceso de generacin por capas, la geometra de la pieza no es lo que determina el tiempo de fabricacin y el coste. El factor determinante, es el volumen de construccin (total de volumen a sinterizar) y la altura de la pieza (nmero de capas).

Los postizos deberan, ser en la medida de lo posible, reducidos tanto en el plano X e Y como en Z para asegurar un proceso de fabricacin lo ms corto posible con el consiguiente ahorro econmico.

En el postizo mostrado en la figura_2 se aprecia como optimizar tiempo si solamente se construye la parte de cavidad que realmente es necesaria. As mismo, es tambin preferible redondear las esquinas para evitar grietas.

Figura_2 Optimizacin de geometra a construir

Para la parte de la cavidad, en la mayora de los casos, una pared de 10 mm que rodee la figura es ms que suficiente.

Por otra parte, construir una subestructura demasiado voluminosa en la parte del punzn nos acarrear un extremado consumo de tiempo. Lo lgico en este caso sera fabricar solamente el nervio complejo mediante DMLS y insertarlo en una subestructura fabricada de forma paralela con un procedimiento convencional.

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En la Figura_3 se puede observar un ejemplo de fabricacin de postizos.

Figura_3 Ejemplo de postizo fabricado en DMLS

Toda pieza procesada mediante DMLS se fabrica encima de una plataforma de acero. Al generar piezas directas (Direct Part), dicha plataforma se separa de la pieza para ser reutilizada.

En lo que se refiere a la creacin de postizos (Direct Tool), hay que tener en consideracin la inclusin de la plataforma de construccin (por lo normal de 22 o 36 mm) como parte del mismo. La parte sinterizada se construye directamente sobre dicha plataforma para luego eliminar la zona sobrante mediante fresado de contorno o corte por hilo. Esto se puede observar en la Figura_4.

Figura_4 Detalle inclusin de plataforma de fabricacin en inserto.

As mismo, la altura final del postizo se ajustar a medida mediante un planeado en la parte inferior de la plataforma.

Este procedimiento, al usar un plato ms slido, ofrece la ventaja de disponer de una mejor fijacin en el porta moldes y, al formar parte de la pieza final, ahorraremos tiempo de fabricacin.

3.3.2 Agujeros

Todos los agujeros destinados al paso de expulsores, tornillos para fijacin o de caractersticas similares, deben ser considerados en el diseo del CAD.

Las piezas se dividen en las zonas llamadas Piel, Piel Interna y Ncleo. stas se exponen a diferentes parmetros de construccin durante el proceso de fabricacin y hasta pueden ser construidas con distintos espesores de capa.

El grosor de la piel es de 1 mm. Y est expuesto a parmetros de construccin que producen la mxima densidad y dureza en la pieza. El ncleo, en cambio, est expuesto de forma ms rpida.

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Con estas estrategias se consigue optimizar de forma considerable el tiempo de fabricacin sin perder calidad superficial a la vez que mantenemos una alta estabilidad de pieza. Por esta razn, si los agujeros no han sido considerados en el CAD y se aaden a posteriori, stos estarn localizados en la zona menos mecnicamente estable, el ncleo. La consecuencia inmediata sern posibles roturas.

Por ello, es recomendable disear los agujeros con una medida de 0.6 mm por debajo de su medida nominal, para luego ser escariados.(Ver croquis inferior)

De la misma forma, los lmites externos de cada capa se exponen a una estrategia de contorno a partir de una gran potencia de lser, obteniendo una zona de gran estabilidad. Esta rea de mayor estabilidad, de hecho, se concentra a 0.5 mm por debajo de la superficie. Es cuando post-procesamos la pieza hasta dicha profundidad que encontramos las condiciones de mejor acabado superficial y dureza.

3.3.3 Precisin geomtrica

Al fabricar piezas a partir de material en polvo, la rugosidad de la superficie y la precisin geomtrica de las capas, dependern del tamao del grano de dicho polvo.

La precisin alcanzable para los materiales disponibles ser de +/- 50 m. La resolucin en direccin vertical (perpendicular a las capas), vendr determinada por el espesor de las mismas. Para los materiales anteriormente mencionados ser de 20, 40 o 60 m.

3.3.4 Grosores mnimos alcanzables

En el proceso de DMLS, la punta del haz del lser de 0.5 mm, equivale a la herramienta para fabricar la geometra. La anchura sinterizada, ser sensiblemente superior a la del dimetro de la punta debido a los efectos de la conductividad trmica.

De la misma forma que en otros procesos, las estructuras inferiores al tamao de la herramienta no pueden ser fabricados. Aunque en DMLS la medida de la herramienta definir la mnima medida externa de la figura a construir (grosor de pared) y no la interna (ancho de ranura).

2 Piel

3 Nc

4

Estrategia

en

contorno

Espesor = 1mm

Dimetro deseado Dimetro

construido

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Si en la geometra a sinterizar aparecen estructuras iguales o inferiores a 0.5 mm stas no se construirn de forma correcta. Este aspecto hay que tenerlo especialmente en cuenta a la hora de disear cantos vivos y filos.

3.3.5 Ranuras

Si hay ranuras en la geometra, hay que tener en consideracin que, debido a la rugosidad de los planos verticales, ser necesario un post procesado y habr que adaptar un ngulo de desmoldeo.

En ranuras accesibles para limar y pulir, un ngulo de 0.5 a 1 ser suficiente. Si no fueran accesibles, este valor debe ser aumentado.

Si por razones geomtricas las dos opciones anteriores no pudieran ser o posibles el postizo, en el la zona de la ranura, debera ser separado, los planos tratados para luego volverlo a unir.

3.3.6 Clavijas

Para geometras cilndricas es recomendable insertar clavijas, fabricadas con un procedimiento convencional, en agujeros previamente diseados para as asegurarnos que tendrn una precisin y fuerza ms elevadas con el mnimo esfuerzo por nuestra parte. Un ejemplo de ello se puede observar en la Figura_5.

Figura_5 Detalle de clavijas en postizo

3.3.7 Ramales

Para evitar erosionar el ramal de inyeccin con el uso de plsticos abrasivos, ste tambin debe ser preparado en el diseo CAD. La exposicin en contorno incrementar la dureza de la superficie hecho que nos conducir a alcanzar una mejora en el funcionamiento del molde.(Figura_6).

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Figura_6 Detalle de ramales en postizo

3.3.8 Canales de refrigeracin

Con el uso de las tcnicas de fabricacin por capas es posible crear canales de refrigeracin tridimensionales en el interior del postizo, curvos, adaptados a la geometra de inyeccin del molde. Es lo que se conoce como Conformal Cooling. Este sistema nos permite una mayor efectividad en la refrigeracin durante la inyeccin del material.

Estos canales pueden ser dirigidos hacia al plataforma de construccin. Terminado el sinterizado la plataforma es taladrada coincidiendo con los orificios de entrada y salida de refrigeracin para luego eliminar el metal en polvo sobrante en el interior. Finalmente, los canales pueden ser sellados con resina Epoxy.(Figuras_7,8 y9)

Figura_7 Figura_8 Figura_9

3.3.9 Excesos operacionales

Cuando vayamos a fijar lo postizos en el porta moldes los cantos, por norma, sern fresados. Un sobre espesor de 0.1 a 0.5 mm debera ser aadido en cada rea relevante.

Generalmente, no es necesario ni recomendable realizar un post mecanizado en la superficie de la pieza. stos, normalmente, sern procesados a posteriori mediante micro granallado y si fuera necesario con un ligero toque de lima y un pulido.

El sobre espesor de la superficie se aade directamente en el fichero de trabajo del sistema de fabricacin.

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3.3.10 Check list Para diseo de moldes mediante DMLS

1 Geometra de la pieza Se dispone de la estructura ntegra? Son las dimensiones exteriores lo ms pequeas posible? Espesor de la pared de la cavidad: 10 mm Radios de las esquinas de los insertos de 10 20 mm Se va a usar la plataforma como parte del molde?

2 Agujeros Estn los agujeros de la pieza previstos en el CAD de la pieza? Agujeros para expulsores Agujeros de colada y ramales Agujeros roscados diseados como agujeros simples (1 mm por debajo del deseado) Dimetros de los agujeros a taladrar (0.6 mm mas pequeos que el dimetro deseado)

3 Grosores mnimos alcanzables Se pueden evitar cantos vivos? Son las estructuras inferiores a 0.6 mm?

4 Regatas Hay ngulos de desmoldeo para regatas profundas? Son accesibles las regatas para pulir y rectificar? Hay que desmontar el postizo?

5 Nervios

Se pueden insertar los nervios de acero? Estn los alojamientos previstos?

6 Pivotes y tetones Los pivotes cilndricos deben de ser insertar. Se pueden usar pivotes y tetones no cilndricos como insertos?

7 Mazarota

Se dispone del diseo en el fichero CAD? 8 Circuitos de refrigeracin

Se pueden usar circuitos de refrigeracin de forma libre? Estn lo suficientemente cerca de pieza? Se puede reducir el tiempo de construccin al mnimo?

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4 Laser Cusing. Fusin de polvo metlico


Consiste en fundir polvo metlico de un solo componente capa a capa por la accin de un lser hasta conseguir una densidad del 100%. Ms informacin : www.concept-laser.de; www.lasercusing.nl


Aplicacin: Inserto con canal de refrigeracin conformado Material: CL 50 WS Fuente: Concept Laser


4.3.1 Consideraciones generales

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Dimensiones: - La dimensin de construccin en la mquina es de 300x350x250mm. As, en funcin de la

topologa del molde, condicionaramos la estrategia de diseo del molde. - Postizos de molde de dimensiones inferiores a las descritas: su construccin podra

realizarse sin ningn problema en un solo proceso de construccin, obteniendo una pieza ntegra unitaria.

- Postizos de molde de dimensiones superiores a las descritas: su construccin no puede hacerse en un nico proceso de construccin y son necesarios varios en funcin de la sobredimensin de la pieza por encima de las dimensiones de construccin de mquina. De esta forma se debe prever en el molde que este inserto debe estar dividido en varias partes y por lo tanto incluir sus sistemas de unin, etc Es especialmente crtica esta situacin cuando el dividir el inserto en partes supone cortar el sistema de refrigeracin del mismo, debiendo preverse e incluir circuitos independientes para cada una de las partes evitando la colocacin de juntas de estanqueidad, etc

- Figura macho construida directamente sobre la placa de molde. En este caso, la pieza que condiciona el tamao de construccin sera la placa sobre la que se va a realizar la construccin. Debemos tener en cuenta que la placa debe contener la zona de figura (zona a construir), el cierre y las guas. As, la zona a construir deber ser considerablemente menos que la de construccin de la mquina, quedando reducida a unos 240x290x250.

Complejidad: - Los procesos tradicionales de construccin de molde son los de arranque de viruta CNC o

HSM acompaados de electroerosin o corte por hilo. El proceso de lasercusing es un proceso lento. En muchos casos ms lento que cualquiera de los anteriormente enumerados por separado. La ventaja de esta tecnologa aparece cuando es necesario realizar una pieza que requiere de una elevada participacin de las tcnicas tradicionales de fabricacin de forma secuencial. Por ejemplo, supongamos que se quiere realizar una pieza de molde destinada a realizar una pieza plstica con elevado nmero de nervios y de gran profundidad. Esta, mediante tcnicas convencionales requerira de un mecanizado CNC de la pieza a falta de los nervios, de un mecanizado HSM para la realizacin de electrodos que nos permitan eliminar el material de las nervaduras y posteriormente de la electroerosin de la pieza utilizando estos electrodos. Se han empleado tres procesos de fabricacin con su correspondiente ocupacin de mquina, operarios y tiempos de espera entre mquinas por el contrario con la lasercusing se empleara una nica mquina que libera al resto de mquinas del taller, sin operario y obteniendo una pieza final.

Proceso tiempo Proceso tiempo Mecanizado 8 lasercusing 20h

Mec. electrodos 10

EDM 15

Postizo de 30x30x30 con nervios de 25mm de profundidad.

33 h

20h

Proceso tiempo Proceso tiempo Mecanizado 8 lasercusing 24h

Mec. electrodos 0

EDM 0

Postizo de 30x30x30 sin nervios

8 h

24h

- As a mayor complejidad de pieza mayor ventaja de lasercusing sobre tcnicas convencionales.

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Coste:

- El tiempo de fabricacin es coste de pieza. El coste de realizar una pieza compleja (elevado nmero de nervios) y una simple es muy similar con esta tecnologa, puesto que est en funcin del volumen a construir. De hecho, construir una pieza nervada es ligeramente ms barato que una sencilla.

- La rentabilidad de la tecnologa radica en su comparacin frente a tcnicas convencionales, puesto que para piezas de las mismas dimensiones pero con diferencias de complejidad, con tcnicas convencionales se aprecian altas diferencias de coste, pero con lasercusing no.

LASERCUSING vs CNC,HSM,EDM

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

COMPLEJIDAD

COST

E CNC, HSM, EDMLASERCUSING

Tiempo de ciclo de la pieza de inyeccin para la que se desarrolla el molde.

Materiales

4.3.2 Diseo de molde

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Parte macho: o Toda pieza macho de molde, se realizar o bien sobre la placa macho del

portamoldes en la posicin correspondiente, o sobre un inserto metlico mecanizado previamente y que una vez construido se insertar en un molde.

o Expulsin: La expulsin debe estar ya diseada en la pieza a construir (para eliminar

material a construir), siempre con un dimetro inferior al definitivo puesto que ser necesario realizar el escariado de los mismos para el ajuste de los expulsores.

Parte cavidad: o Se realizar construyndose sobre una placa mecanizada previamente y que se

insertar posteriormente en la placa cavidad del molde. Caras horizontales:

o Las superficies horizontales de la pieza debern evitarse lo mximo posible para evitar la realizacin de soportes en la pieza.

o Se prevern chaflanes de mn. 45 en todas las superficies planas generando un sobrematerial que deber ser eliminado posteriormente mediante fresado o corte por hilo.

Canales de refrigeracin: o En la zona de construccin mediante lasercusing, el dimetro mximo de canal para

evitar la colocacin de soportes ser de 8mm. Paredes delgadas:

o El mnimo espesor de pared que podr construirse ser de 1mm por construccin. o En el molde este espesor variar en funcin de la posicin en el molde, de si hacen

cierre y de la presin a la que estn sometidos en el proceso de inyeccin. o Si la pared va refrigerada, el mnimo espesor para introducir canales de agua ser de

4.5mm siendo los canales de forma ovalada de aprox.2,2x1,5mm. Para mantener un mnimo de 1,5 mm a superficie de pieza.

Entradas: o En cuerno:

Se realizar un postizo independiente para la realizacin en pieza unitaria de las entradas en cuerno, permitiendo siempre espacio para realizar el pulido interior de las mismas.

o Resto de tipologas de entradas (pin, laminar, abanico, etc..): Si se encuentran dentro de la zona a construir se realizarn directamente

sobre la pieza sin ser necesario un mecanizado posterior de las mismas. Precisin:

o La precisin de la tecnologa es de aprox. 0.1mm. Si la pieza requiere una precisin mayor, se realizar la construccin con sobremedida para ser removida posteriormente mediante mecanizado, corte por hilo o electroerosin para darle la precisin necesaria.

4.3.3 Fabricacin de molde

La fabricacin del molde se basa en un mtodo generativo por adiccin de material capa a capa similar al de cualquier otra tcnica de sinterizado. Para construirlo, es necesario generar un fichero STL de la geometra a construir con el que generar la discretizacin en capas necesaria para cualquier tecnologa de sinterizado.

De manera similar a otras tecnologas de sinterizado metlico, la geometra siempre se construye sobre una placa base. La peculiaridad de la tecnologa lasercusing permite elegir entre utilizar esta placa base meramente como soporte de la construccin o bien utilizarla como parte de la pieza

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resultante. En el primer caso, una vez terminada la construccin la pieza construida se separa de la placa base mediante corte por hilo obteniendo la pieza final. Es particularmente interesante la segunda opcin (construccin hibrida) en la que una parte del inserto se fabrica por mtodos convencionales y la otra mediante lasercusing. La tecnologa lasercusing, permite dividir la pieza a construir en dos partes, una parte sencilla de fabricar por mtodos convencionales de arranque de viruta (base) y otra parte que incluya la parte compleja de la pieza (construccin). Esto es muy habitual en el caso de insertos para moldes o moldes completos para inyeccin de plstico. Habitualmente, en este tipo de utillajes, la parte que genera la figura de la pieza a inyectar, tiene gran complejidad, mientras que gran parte del resto del inserto o placa de molde resulta relativamente sencillo de generar por mtodos convencionales. En este tipo de construcciones hibridas, se utiliza la placa generada por mtodos convencionales como placa base para la construccin del resto de la pieza. De esta manera, se puede disminuir el volumen de material a sinterizar abaratando la construccin. Una vez finalizada la construccin, simplemente se suelta la placa base de la plataforma de construccin de la mquina y se obtiene un inserto hibrido donde una parte esta construida en aceros y con mtodos convencionales y la otra con aceros y tecnologa lasercusing.

Cuando se construyen insertos con canales de refrigeracin, es importante extraer el polvo suelto del interior de los canales en seco, antes de introducir cualquier tipo de lquido por ellos. De otra manera el polvo tiende a amalgamarse dentro obstruyndolos.

En caso de haber necesitado soportes para la construccin de algunas geometras de molde, cosa poco habitual en moldes para inyeccin de plstico, es preciso retirarlos una vez obtenida la pieza. Para la eliminacin de soportes, se utilizar cualquier mtodo mecnico, desde herramientas de corte manuales hasta taladrado o fresado convencional si fuera necesario.

4.3.4 Acabado de molde

Todas las piezas una vez construidas se someten a varios granallados sucesivos con distinto tamao de grano, para eliminar material sobrante de la construccin y dejar la superficie rugosa final de la pieza.

Macho o En la parte macho el acabado superficial no es muy importante. Por esta razn, en

muchos casos el granallado puede ser suficiente para que el macho est listo para su inyeccin. Si la rugosidad es muy alta se puede lijar a grano 400.

Cavidad o En la parte cavidad donde el acabado debe ser bueno, tras el granallado se

realizarn las tareas de pulido, pasando de grano 400 hasta 1200 y si la calidad requerida es muy alta, pasan a pulir con pasta de diamante, pudiendo obtener pulido espejo.

4.3.5 Inyeccin de molde

La principal ventaja de los moldes fabricados con sistemas Laser Cusing radica en que se consigue un sistema cuyo comportamiento en la inyectora es similar a los moldes fabricados con tcnicas convencionales. No es necesario implementar equipos auxiliares, ni utillajes adicionales para su inyeccin. Lejos de necesitar cualquier tipo de adaptacin un utillaje o molde que incorpore insertos fabricados con lasercusing, permite utilizar los parmetros de inyeccin que se utilizaran en un utillaje fabricado mediante sistemas de arranque de viruta. Dichos parmetros se ven mejorados en cuanto a que la refrigeracin que se puede implementar en un postizo fabricado mediante lasercusing, permite una regulacin trmica del mismo en periodos de tiempo sustancialmente menores a sistemas tradicionales, beneficiando por tanto el tiempo de ciclo.

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En cuanto a los resultados dimensionales de las piezas la optimizacin del sistema de refrigeracin que se consigue, permite una precisin dimensional en piezas de plstico que en muchos casos no se haba conseguido hasta el momento. Se mejora de forma importante en cuestiones como alabeos y deformaciones de las piezas inyectadas, ya que los circuitos que permite fabricar, estn muy cerca de las refrigeraciones ideales que se pueden plantear en sistemas CAE de clculo reolgico por elementos finitos.

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5 Estereolitografa de resina con carga cermica. SLA+ carga cermica


El proceso de estereolitografa consiste en solidificar capa a capa mediante la accin de un lser, resinas sensibles a la luz ultravioleta en estado lquido a partir de un fichero electrnico. Ms informacin www.aserm.net


Aplicacin: Inserto para inyeccin de plstico Material: NanoTool Fuente: AIMME



Aunque todava no se ha llegado a entender todas las limitaciones del uso de resinas con carga cermica en esta aplicacin, se ha aprendido lo suficiente como para establecer unas guas preliminares para la fabricacin y uso de moldes hechos con este material. Por el momento los siguientes plsticos se han inyectado con xito en moldes de resina con carga cermica: Polietileno, PE Polipropileno, PP Santopreno Poliestireno de alto impacto ABS Policarbonato, PC

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Se ha ganado cierta experiencia tambin en la inyeccin de Nylon cargado con fibra de vidrio y ABS, pero los resultados no estn bien documentados.

5.3.2 Diseo del molde

Las resinas compuestas son frgiles en cierta manera, y esto se debe tener en cuenta en el diseo del molde. Geometras altas o detalles con paredes delgadas que funcionaran bien en acero o en aluminio podran fallar utilizando una resina compuesta. Se recomienda que este tipo de geometras se realicen en metal y se inserten en el molde. La precisin alcanzada con las resinas compuestas mediante estereolitografa es muy alta, por lo que se recomienda que los agujeros para los expulsores se fabriquen en el molde. Sin embargo stos deben ser ligeramente infradimensionados para despus obtener la dimensin exacta utilizando un escariador. Zonas, como entradas o bebederos, se deben realizar en acero para prevenir el desgaste debido al diseo del molde o el nmero de piezas previstas. Esto es especialmente importante si se inyectan plsticos con carga de vidrio. Puede que se necesiten entradas mayores que las habituales y que los insertos necesiten ms respiraderos.

5.3.3 Fabricacin del molde

Es importante elegir la orientacin correcta para la construccin del molde. Si se construyen los insertos con la parte de la cavidad hacia arriba, se minimizar el tiempo de construccin pero aumentar el tiempo de acabado. Se recomienda aadir una o dos capas a la superficie exterior si se construyen los insertos con esta orientacin para que se puedan mecanizar y as asegurar un aislamiento completo y minimizar la aparicin de rfagas o flash, (manchas mate ) Para insertos con superficies curvas o lneas de particin que no sean planas, se recomienda colocar los insertos de canto. Esto incrementar el tiempo de fabricacin pero disminuir el tiempo de acabado. La eleccin de la orientacin adecuada depender del tamao de molde y de la configuracin. Para utilizar mquinas de inyeccin de plsticos se han de disear los insertos de forma que encajen en el marco del portamoldes con postizos intercambiables de acero estndar o aluminio. Los insertos han de ser ligeramente sobredimensionados para que puedan ser mecanizados y encajar perfectamente en los marcos.

5.3.4 Preparacin del molde

Mecanizado. Para poder utilizar insertos de resina compuesta stos deben ser mecanizados de forma que ajusten perfectamente en el marco portamoldes de acero o aluminio. Es muy importante realizar un buen ajuste para prevenir la expansin del inserto y la aparicin de grietas durante su uso. Como la resina compuesta contiene partculas de cermica, el esmerilado es una buena tcnica para conseguir cuadrar los insertos. El mecanizado se puede realizar utilizando herramientas de carburo. Las herramientas de acero estndar tambin funcionan pero tienen una vida ms corta. Para el fresado se recomienda utilizar una fresa de 3 o 4 labios, que ha de ser utilizada a alta velocidad y avance lento para disminuir la rotura. Bajo estas condiciones es posible realizar cortes bastante profundos (0.5-0.75 mm). Se ha de evitar el uso de lubricantes y refrigerantes. Una mezcla de lquido lavavajillas y agua funciona muy bien y permite un limpiado fcil.

Las superficies externas del inserto slo deben sobresalir de la superficie del marco 0.025-0.05 mm

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Acabado. Despus de mecanizar los insertos, estos han de ser lijados y pulidos lo necesario para conseguir el acabado requerido. El papel de lija comercial funciona bien tanto de agua como seco. Se ha de eliminar todas los escalones de las capas para proporcionar una expulsin adecuada de las piezas. Para el pulido se recomienda utilizar componentes basados en agua ya que son fciles de eliminar y no dejan residuos.

5.3.5 Inyeccin

En general, se puede utilizar los insertos de resina compuesta con los parmetros recomendados por el fabricante de plstico. Se puede comenzar con la temperatura fusin ms elevada recomendada, pero la presin y el tamao de la inyeccin se debe aumentar lentamente hasta que se fabriquen las piezas completamente. Esto suele llevar unas 20 o 30 piezas. La presin de cerrado se debe ajustar al mnimo nivel requerido para disminuir las rfagas. El tiempo de ciclo parecer largo si se compara con el acero o el aluminio. La conductividad trmica de la resina compuesta es considerablemente ms baja que la del acero o el aluminio, por lo que el calor no se puede eliminar tan fcilmente. El tiempo de ciclo estar normalmente entre 60 y 120 segundos. Depende del espesor de pared, de la resina y del tamao y espesor de la pieza. El tiempo de ciclo se puede reducir disminuyendo la temperatura y aumentando la presin, pero esto se ha de hacer con cuidado para no daar el molde. Se puede conseguir una reduccin del tiempo de ciclo ms significativa enfriando la superficie del molde entre inyectadas. Esto se puede hacer soplando aire fro sobre los insertos cuando se abre el molde. Se puede aumentar la tasa de enfriamiento utilizando un tubo de vrtice o una pistola para producir aire fro. Se puede monitorizar la temperatura de la superficie de los moldes utilizando un termmetro de infrarrojos. Una vez determinado el tiempo que el molde debe permanecer abierto para que se enfre, se puede ajustar la mquina para trabajar en un ciclo automtico. Si se necesita una lubricacin adicional, agentes desmoldeantes como silicona o zinc stearate suelen funcionar.

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6 Sinterizado selectivo lser de poliamida con carga de aluminio. SLS PA+AL


El Sinterizado Selectivo Lser es una tcnica que fabrica las piezas por capas. Cuando ha terminado una superficie entera, el rodillo aade una nueva capa de material y procede a sinterizar la siguiente seccion. Ms informacin: http://www.aserm.net/flexman/tecnologias/flexman_technology.2006-04-12.7480294719


Aplicacin: Inserto para inyeccin de plstico Material: Poliamida + 30 % Aluminio Fuente: AIJU


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6.3.1 Consideraciones generales en el diseo de utillaje

Para facilitar la rapidez en la elaboracin del molde y su rpido ajuste en mquina y posterior inyeccin es recomendable evitar el diseo con contrasalidas en las piezas y pensar en favorecer el desmoldeo sin necesidad de correderas.

Se recomienda no construir paredes totalmente verticales en las zonas perpendiculares a la cama o plano de particin, y al menos aplicar un 1 o 2 % de desnivel (a favor del desmoldeo) en dichas caras.

6.3.2 Fabricacin del utillaje

Para la correcta fabricacin del utillaje hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Orientacin de las piezas

Orientar las piezas bien minimizar la deformacin y maximizar la precisin satisfactoriamente. Oriente las piezas de la manera, en la direccin, y con la ubicacin en la base que ms concuerden con el montaje de piezas segn el factor de escala. Tome nota tambin de orientaciones alternativas y de posiciones que dan como resultado superficies o partes malas, salientes grandes, zonas sin apoyo o cambios drsticos en la geometra o en el corte transversal.

Las superficies orientadas hacia arriba se producen ms planas y tienen un acabado superficial mejor. Para las piezas que tienen salientes, cuando se prefiera mantener la superficie orientada hacia arriba tal cual, utilice apoyos, que despus debern quitarse. En general, es preferible evitar salientes cuando sea posible. Otra alternativa es dar la vuelta a la pieza para evitar las condiciones que producen salientes.

Volumen mximo de la pieza Pieza de dimensiones 350 x 310 x 380 mm debido a limitaciones de rea del pistn de mquina.

Tamao mnimo de las piezas Las piezas positivas y negativas estn limitadas a las capacidades de la mquina. Sin embargo, prcticamente todas las piezas de 0,75 mm de tamao o menores deberan ser posibles, aunque dependiendo de la geometra.

Espesor mnimo entre la pared del inserto y la pieza Debido a problemas de inyeccin, es necesario reforzar las paredes del molde con partes metalicas evitar que cedan en el momento de meter presin en la inyeccin. Hay que tener en cuenta un espesor minimo de pared en la zona del canal de inyeccin de al menos 3 cm.

Piezas que se encuentran sin apoyo: dimensiones Grosor mnimo de 2 mm Proporcin de ancho por altura 1:4

Eyector de abertura pequea Puesto que su tamao y colocacin plantea dificultades, no utilice eyectores de abertura pequea. Adalos durante la post-transformacin.

Bebederos y entradas Se pueden aadir a los archivos o bien se pueden poner despus como un proceso secundario. Coloque los bebederos en una entrada si se trata de una entrada del borde. Deje estas partes ms pequeas de lo normal (material mximo) para que se puedan ajustar a las condiciones de moldeo. Las sub-entradas deben ponerse en un proceso secundario.

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Canales de enfriamiento conformados La mejor opcin es incorporar canales de enfriamiento conformados en los datos de CAD y los insertos que se construyen con estos canales. De manera alternativa, tradicionalmente los canales de enfriamiento implementadas se pueden aadir mecnicamente despus de que los insertos estn finalizados. Si se aaden a los archivos, asegrese de que los canales de enfriamiento tienen un dimetro lo suficientemente largo, y reduzca las curvas y los ngulos cerrados para minimizar la posibilidad de que el canal se atasque de polvo, el cual puede ser difcil de eliminar en geometras duras. Adems, asegrese de que los canales de enfriamiento no se encuentran muy cerca (menos de 3,2 mm o 0,125) de una superficie de una pared exterior, con el fin de minimizar la posibilidad de que aire a una presin excesiva dae el inserto al quitar de un soplo la pared. Para conseguir la mxima flexibilidad asegrese de que es posible eliminar completamente el polvo de los canales cuando salga la pieza. Por ejemplo, aadir un agujero de limpieza en cada curva cerrada permite una eliminacin del polvo ms completa.

Los canales de enfriamiento (o de calentamiento) conformados se aaden al modelo de CAD y as se construyen automticamente junto con la pieza.

Nota: El grosor mnimo de las paredes contiguas a los canales de enfriamiento no debe ser menor de 3,2 mm

Aadir material a un inserto Los tipos de adiciones de material que se pueden incorporar dependen en gran medida de la geometra concreta en cuestin, y de la comprensin de las tolerancias fundamentales de esa geometra especfica. Es una prctica comn aadir material a la lnea de separacin y a las paredes exteriores de los insertos, para luego trabajar con mquinas la lnea de separacin y/o cuadrar el inserto con mquinas.

Filamentos Aada material para producir filamentos, los cuales deben conectarse durante la post-transformacin.

Pulido Aada de 0,07 mm a 0,013 mm de material en las zonas que vayan a pulirse.

Pulimentado de superficies fundamentales Para pulimentar las zonas fundamentales del utillaje como las placas de separacin y los cierres aada en ellas 0,23 mm de material adicional.

Cuadratura Para cuadrar los insertos adales 0,75 mmde material en los lados y la parte inferior.

Partes salientes Si la pieza tiene partes salientes, aada postes de apoyo para evitar que estas partes se muevan, se comben o se rompan. Otra posibilidad es reorientar la pieza para evitar salientes. Consulte el apartado anterior sobre partes salientes incluido en esta seccin acerca del diseo de piezas.

6.3.3 Preparacin del utillaje

Se pueden emplear varios mtodos de post-transformacin para acabar los insertos creados con el material de Poliamida con carga de aluminio

Limpieza con chorro de granalla

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Cuando las piezas y los insertos de material de Poliamida con carga de aluminio se sacan de mquina de sinterizado, en general estn cubiertas de una capa de polvo. La limpieza con chorro de granalla eliminar esta capa de xido y dejar ver un suave acabado metlico y plateado.

Siga las directrices que aparecen a continuacin para limpiar con chorro de granalla las piezas de material de Poliamida con carga de aluminio:

Utilice una mquina de chorro de vidrio con un chorro recomendado de 70 a 140 grit y aire a presin a 6,89 bar (100 psi).

Advertencia: No utilice materiales abrasivos como pueda ser la almina. Para conseguir el mejor acabado superficial utilice materiales de limpieza nuevos. Mantenga la pieza a 15 cm aproximadamente (6 aprox.) de la boquilla mientras la est

limpiando.

Opciones de tratamiento con mquinas Las directrices que aparecen a continuacin para realizar las mejores prcticas se recomiendan a la hora de considerar cualquier post-transformacin adicional de los insertos o piezas de material Poliamida con carga de aluminio.

Fresado frontal Normalmente las cavidades de las herramientas creadas con material LaserForm A6 se fresan frontalmente con insertos de carburo que vayan del nivel C1 al C4. Para evitar esquirlas utilice insertos afilados con un ngulo de incidencia de extremo de 20.

Nota: Durante el fresado debe utilizarse refrigerante para mantener el material fro y alargar la vida de la herramienta.

DESCRIPCIN CONDICIN VALOR Velocidad 18,29 m (60 pies)/min Avance 0,025mm(0,001)/diente Profundidad del corte Desbaste 0,508 mm (0,020) Acabado 0,0254 mm (0,001) Material del inserto Desbaste C2 Acabado C3 Geometra de la herramienta Modelo del inserto SPG ngulo de incidencia

de extremo del inserto 20 Grosor del inserto 3,175 mm (1/8) Radio de esquina del inserto 0,03125 mm (1/32)

Torneado Normalmente los insertos de herramientas creados con material de acero LaserForm A6 se tornean con fresas de una sola punta.

DESCRIPCIN VALOR Profundidad del corte 6,25 mm (0,25) o menos Velocidad en pies por minuto 50 Avance en milmetros por revolucin 75 mm (0,070) Material de la herramienta Carburo de tungsteno C3 ngulo de ataque lateral 6, 5, 0, 5

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Fresado radial Al igual que sucede con el fresado frontal, para el fresado radial se recomienda el carburo. Se requieren fresas radiales con el ngulo de la hlice pequeo (30) y el ngulo de rebaje lateral grande.

DESCRIPCIN VALOR Velocidad 5 8 m (15 -60 pies)/min Avance 0,0254 mm (0,001)/revolucin Fresa de 12,7 mm (1/2) Profundidad del corte 0,254 mm (0,010) Material de la herramienta Carburo de tungsteno ngulo de rebaje lateral 12 - 15 ngulo de la hlice 30

Pulido Superficial Se puede pulir la superficie de los insertos creados con material de acero LaserForm A6 utilizando muelas abrasivas de xido de aluminio. Se puede obtener una superficie de calidad en las lneas de separacin utilizando una muela de 60 grit con un avance en descenso de 0,0127 mm (0,0005) por pasada.

Consejo: Utilizar fluido refrigerante puede ayudar a mantener la pieza fra y evitar que la muela se cargue.

DESCRIPCIN CONDICIN VALOR Velocidad de la muela 914 1.524 m/min (3.000 5.000 pies/min) Velocidad de la mesa 4,57 6,09 m/min

(15 20 pies/min) Velocidad en avance Desbaste 0,0381 mm (0,0015) por pasada Acabado 0,0127 mm (0,0005) por pasada Avance transversal 1,58 mm (0,0615) por pasada Muela propuesta A60JV

Taladrado Para obtener los mejores resultados en el taladrado, utilice herramientas de carburo de tungsteno, cobalto, o con punta de diamante. Se recomienda que el ngulo en la punta sea de entre 118 y 135. Para realizar agujeros menores de 1,5875 mm (0,0625) se recomienda cortar mediante electroerosin. Los ndices de velocidad que aparecen a continuacin son propuestas. En algunos casos unas velocidades ms lentas proporcionarn mejores resultados.

Consejo: Utilizar fluido de corte y de roscadura puede alargar la vida del taladro y del macho de roscar. Para realizar agujeros con una profundidad mayor a 6,0 mm (0,25) aplicar refrigerante reducir al mnimo el riesgo de que los agujeros sean ms pequeos de lo normal y de que las herramientas se desgasten de forma prematura.

DESCRIPCIN VALOR Velocidad 4,572 m/min (15 pies/min)

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Avance. 0,0254 mm (0,001)/revolucin,

taladro de 6,35 mm (1/4) Refrigerante Aceite soluble en agua ngulo de incidencia en la punta 15 20 ngulo en la punta 118 135

Pulido El acabado superficial de las piezas de material LaserForm A6 despus de la limpieza con chorro de granalla variar entre 3 m y 15 m Ra, dependiendo de la orientacin de la superficie. La superficie superior de las piezas tendr el mejor acabado superficial con un valor tpico de alrededor de 15 m. Normalmente las pareces laterales, tanto las verticales como las inclinadas, tendrn una aspereza mxima de alrededor de 15 m. Al preparar los modelos de CAD para el proceso del material de acero LaserForm A6, tenga en cuenta que durante el pulido se eliminarn de 0,075 a 0,13 mm (0,003 a 0,005). Se puede aadir pulido al sistema SLS fcilmente utilizando la disminucin del grosor. Adems del pulido, el cromado de superficies es otra opcin. Nota: No es necesario aadir pulido extra al archivo .stl. Normalmente empiece puliendo con papel de lija (de 220 a 320 grit, en rollo o disco). A continuacin aplique de 45 a 30 m de pasta adiamantada, y despus redzcala a una cantidad de 6 a 2 m. Cualquiera de lo que aparece seguidamente se puede utilizar con la pasta adiamantada:

o Almohadillas o trapos de pelo de caballo duros o blandos. o Ultrasnica o Fieltro o Tela

El brillo y el aspecto final se puede conseguir utilizando pasta para pulir Simichrome y bolas de algodn. En general las piezas construidas con el material de acero LaserForm A6 se pulen como el acero. Cualquier mtodo para pulir acero funciona.

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7 Colada en vaco de resina con carga de aluminio. EP 310


Fabricacin de moldes de inyeccin de polmeros mediante el vertido de resinas epxicas sobre pieza modelo y cierres, bajo atmsfera de vaco. Se pueden incorporar insertos metlicos, expulsores, conductos de refrigeracin y correderas del mismo material (previamente coladas) de manera directa, sin necesidad de mecanizados ni erosiones. Sin embargo, la EP310 es perfectamente mecanizable. Para que se adquieran las propiedades finales de este material es necesario un post-curado. Ms informacin: http://www.mcp-group.de/index.php?siLANG=en


Aplicacin: Molde de inyeccin para tape protector de bisagra de persiana. Material: EP310 con inserto de acero. Fuente: Fundacin aiTIIP. Cortesa de IDE.

Aplicacin: Molde para inyeccin de pieza del mecanismo de movimiento de asiento de automvil. Material: EP310 con insertos de sinterizado metlico. Fuente: Fundacin aiTIIP. Cortesa de Grupo Antoln y MCP Inglaterra.

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Aplicacin: Molde de inyeccin para pieza de unin lama de cama a somier mediante clipaje. Material: Resina EP310 con inserto de acero Fuente: Fundacin aiTIIP. Cortesa de Pikoln.



La resina EP310 de MCP es una resina epoxi con carga de aluminio que puede ser utilizada para construir moldes para inyeccin de cualquier termoplstico en mquina convencional. Tambin se puede aplicar esta tecnologa para construccin de moldes para soplado proporcionando resultados incluso ms satisfactorios que para inyeccin, dado el reducido nivel de presiones que se alcanzan con este mtodo de transformacin de plsticos en comparacin con la inyeccin. No obstante, esta ltima aplicacin no ha sido probada todava.

Actualmente se ha recopilado una importante experiencia a la hora de construir moldes de inyeccin de plstico con este material suficiente para desarrollar esta gua de trabajo.

La resina EP310 se utiliza para la construccin de las placas de figura (punzn y cavidad) del molde, montndose posteriormente en un porta-moldes convencional para completar todos los mecanismos del mismo. La ventaja viene dada en la rapidez de construccin de estas placas que, habitualmente, son las que requieren mayor cantidad de horas de mecanizado y acabados a la hora de fabricar un molde prototipo convencional. Tambin permite la incorporacin del sistema de refrigeracin directamente antes de colar el inserto a base de introducir tubos de cobre con el recorrido necesario para refrigerar la pieza.

La tcnica se basa en un modelo master (construido en cualquier tecnologa de prototipado rpido) sobre la que se cuela la resina y se deja endurecer. Una vez endurecido, necesita un proceso de post-curado para que la resina alcance todas sus propiedades fsicas tras lo que se monta en un porta-moldes y se construyen el resto de mecanismos del molde. Es posible introducir insertos metlicos (fijos o mviles) en el molde.

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7.3.2 Diseo del molde.

Porta-moldes La resina EP310 trabaja muy bien a compresin pero no tan bien a traccin ni por consiguiente a flexin. As pues, es imprescindible que el inserto de resina EP trabaje dentro de un marco, preferiblemente de aluminio, que soporte las tensiones transversales a la direccin de apertura del molde. El marco es preferible que sea de aluminio, ya que este material tiene unos coeficientes de expansin trmica similares a la resina, disminuyendo, de ste modo, holguras o tensiones generadas por efecto de las variaciones de temperatura. Es una buena practica aprovechar el marco de aluminio para incorporar en el los sistemas de guiado de todos los movimientos del molde.

Por otra parte, tambin es imprescindible que el porta-moldes lleve placa de amarre en el lado fijo y placa sufridera en el lado mvil. De no ser as, los insertos de resina EP podran salirse del marco durante la inyeccin del molde.

No se ha comprobado la posibilidad de incluir canales de calefaccin a los moldes de resina EP.

Geometra no recomendable en EP310 Por el mismo motivo expuesto al principio, los noyos muy esbeltos (que puedan trabajar a flexin durante la inyeccin) debern sustituirse por insertos metlicos embebidos en la resina. Del mismo modo, laminas o paredes delgadas en el molde podran trabajar a flexin durante el llenado y quebrarse por causa de la presin. Establecer el lmite de la geometra a generar con resina y la que hay que sustituir por insertos, corresponde a la experiencia del diseador del molde.

Es recomendable disear una superficie de cierre de molde lo mas suave posible, sin dejar laminas muy esbeltas ya que pequeas desalineaciones del molde podran provocar su rotura durante la apertura y cierre del mismo.

Otros elementos Se han utilizado insertos metlicos de acero y aluminio para montar fijos en cualquiera de las partes del molde. Por la misma razn explicada anteriormente, es preferible utilizar insertos de aluminio aunque si estos no son muy grandes, las holguras o interferencias que se produzcan sern mnimas lo que permite utilizarlos tambin de acero.

Se pueden montar insertos metlicos mviles dentro del molde para liberar contrasalidas con movimientos manuales. En ese caso hay que aplicar los desmoldeantes adecuados para poder extraer el postizo del molde.

Tambin se han realizado insertos mviles para liberar contrasalidas en resina EP. En este caso se necesita un proceso de colado en tres o ms veces.

Para el resto de elementos del molde (expulsores, bebedero, etc.) se utilizan unidades comerciales estndar.

7.3.3 Fabricacin del molde.

La primera tarea a realizar a la hora de fabricar un molde de resina EP310 es construir un modelo master por tcnicas de prototipado rpido. Habitualmente se suelen utilizar prototipos de SLS o SLA como modelos master. Este modelo master deber incluir los ngulos de salida para la correcta extraccin de la pieza inyectada. Por otra parte, tambin se debe aplicar la contraccin del molde en funcin del material plstico a inyectar.

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Hay que tener en cuenta que la resina copia exactamente todas las superficies del modelo, por lo que es interesante que este tenga un buen acabado superficial para minimizar los trabajos necesarios en el molde una vez construido. Por otra parte, se pueden aplicar acabados superficiales a la pieza (arenado, texturizado, grabados, etc.) para que los reproduzca directamente el molde.

Una vez que tenemos el modelo, se coloca sobre un plano de cierre (habitualmente una tabla de madera contrachapada) respetando la direccin de salida de la pieza. A continuacin, se construyen unas superficies de cierre alrededor del modelo master. Para la construccin de estas superficies se pueden utilizar todos los materiales que la imaginacin nos sugiera (madera, masillas, etc.) casi sin limitacin. Finalmente, se aplica una capa de pintura para sellar la superficie de cierre y eliminar la porosidad de las masillas que se hayan utilizado. No hay que olvidarse de aplicar desmoldeante a toda la superficie de los cierres y el modelo master. Con el primer marco de aluminio montado sobre el plano base y alrededor del conjunto de modelo master y superficies de cierre, se genera un encofrado donde colar la resina. Por ultimo se montan sobre el marco los circuitos de refrigeracin del molde a base de tubo de cobre doblado en la forma que nos interese.

En este momento se esta en disposicin de colar el primer lado del molde. Para ello, se mezcla la resina con su catalizador en las proporciones adecuadas para permitir el correcto curado de la mezcla. Una vez mezclada la resina, se procede a eliminar el aire atrapado en su interior aplicndole un ciclo de vaco de unos 10 - 15 minutos en funcin del volumen de mezcla. A continuacin se rellena el marco de aluminio con la resina todava fluida hasta el nivel necesario. Es conveniente rellenar en exceso el marco de aluminio ya que la resina tiende a generar rechupes en la superficie superior que queda en contacto con el aire. A continuacin se vuelve a aplicar un ciclo de vaco de unos 10 minutos para eliminar las posibles burbujas de aire generadas por atropamientos durante el colado y se deja endurecer durante unas 10 -12 horas en funcin tambin de la cantidad de resina colada.

Cuando la resina ha endurecido, se extraen las superficies de cierre construidas teniendo especial cuidado en mantener el modelo master unido a la primera parte del molde de resina. En este momento, se pueden eliminar pequeas imperfecciones que puedan haber aparecido en las superficies de cierre de la resina puliendo las mismas.

A continuacin, se montan los elementos de guiado (guas y casquillos) en los dos marcos de aluminio, se aplica desmoldeante a la primera parte del molde y al modelo master montado sobre ella. Se monta el segundo marco sobre el primero usando los elementos de guiado y se coloca los canales de refrigeracin de esta segunda parte del molde. Seguidamente se realiza el mismo procedimiento de mezcla, colado y curado de la resina explicado antes.

Una vez que el molde ha endurecido, se procede a realizar el proceso de post-curado de la resina. El proceso consiste en incrementar la temperatura del molde cerrado hasta los 150 C y posteriormente mantener esa temperatura unas 12 horas.

Tras el post-curado, y con el molde todava caliente, se procede a abrirlo separando las dos partes del mismo. Una vez abierto, se retira el modelo master (en funcin de la tecnologa puede que est muy deteriorado) y se vuelve a introducir el molde al horno. Se mantiene a 150 unas 2-3 horas mas y se apaga dejando enfriar el molde dentro del mismo cerrado para que la temperatura disminuya muy lentamente.

7.3.4 Finalizacin del molde.

Una vez que las placas de figura del molde estn construidas y post-curadas, la resina tiene propiedades fsicas que permiten mecanizarla por mtodos convencionales (fresado y taladrado) y montarla sobre un porta-moldes estndar y terminar de fabricar el molde.

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Se empieza el proceso por planear la cara de las placas punzn y cavidad por el lado desde el que se col la resina, el contrario a la figura. Estas caras de las placas han de apoyar perfectamente sobre la placa de amarre del lado cavidad y la placa sufridera del lado punzn respectivamente. Dado que la superficie por donde se col la resina no queda perfectamente plana, se rebaja est hasta que tanto la resina como el marco de aluminio quedan planos y enrasados.

Una vez enrasados, se montan las placas de figura sobre el resto del porta-moldes y se procede a realizar el sistema de inyeccin y de expulsin del molde. Para ello, se utilizan bebederos y expulsores estndar.

7.3.5 Inyeccin.

En general, la inyeccin de un molde de resina EP puede hacerse con los mismos parmetros de trabajo que con un molde normal. Sin embargo, hay que recordar siempre que estamos trabajando con un molde prototipo y que adems, la resina EP trabaja perfectamente a compresin pero no tan bien a flexin o traccin. As pues, se puede utilizar una fuerza de cierre considerable siempre que la geometra del cierre no haga aparecer esfuerzos transversales de flexin sobre elementos esbeltos.

Sin embargo, la presin de inyeccin habr de mantenerse todo lo baja posible mientras permita un correcto llenado de la pieza. De este modo los esfuerzos de flexin que puedan aparecer en el molde por la inyeccin, se vern disminuidos, logrndose un aumento de la vida til del molde.

Las piezas inyectadas tienden a agarrarse ms a la resina EP que al aluminio o acero habitual de moldes, por lo que es conveniente aplicar un mayor ngulo de salida a la geometra o bien aplicar los desmoldeantes a base de silicona habituales con cierta frecuencia.

Por otra parte, la conductividad trmica de la resina es mucho peor que el acero habitual para moldes, diferencia que se acrecienta todava ms comparndola con el aluminio, por lo que el ciclo de inyeccin deber hacerse mas lento para dar tiempo a la pieza y al molde a enfriar. Tambin es conveniente introducir ms circuitos de refrigeracin en un molde de resina que los que necesitara uno metlico. Con esto, los insertos metlicos, tienden a calentarse conforme se van inyectando piezas en serie. Si es posible, puede resultar una buena practica, incluir circuitos de refrigeracin en la base de los insertos metlicos fijos (en la zona embebida en la resina) para permitir refrigerarlos convenientemente, sobretodo si estos son muy grandes o tienen mucha superficie en contacto con la pieza inyectada.