Aditiva, plásticos y los materiales que no son metal
Cierras la etapa de máquinas con el mundo que rodea al metal. Dos tercios de los objetos que tocas todos los días son plástico, y casi ninguno de ellos se hizo en una máquina que se vea desde fuera: se hizo en un molde cerrado que abrió y cerró cada cuarenta segundos durante dos años. Este tema te da tres cosas: cómo funciona el proceso que produce esa pieza, cuándo la impresión tridimensional es la respuesta honesta y cuándo es un gasto, y qué criterio usar para elegir un material que no es de acero.
1. Fabricar sin herramienta: manufactura aditiva
La manufactura aditiva construye el objeto capa por capa desde un archivo digital. No necesita molde ni herramienta, y por eso cambia la pregunta: ya no es cómo hago la herramienta para esta forma, sino qué forma necesito y cuántas piezas.
La pieza impresa es distinta según la dirección. En Z, entre capa y capa, es más débil que en el plano de impresión. Todo el diseño en aditiva consiste en decidir por dónde van a venir las fuerzas y acomodar la pieza en la plataforma en consecuencia.
Una pieza impresa en FDM resiste lo mismo en todas las direcciones.
Cuatro familias cubren casi todo: FDM con hilo fundido, barato y rápido; SLA con resina curada por luz, de detalle fino y superficie lisa; SLS con polvo de nylon sinterizado, piezas funcionales sin soporte; y metal fundido por láser, carísimo, para geometrías imposibles.
La guía definitiva para entender tu impresora 3D | Control 3DPara ver con tus ojos qué significa capa por capa y por qué la orientación cambia la resistencia.
Clasifica cada caso según si la impresión tridimensional es la respuesta correcta.
Arrastra cada ficha a su categoría (o tócala y luego toca la categoría). También puedes usar el teclado.
2. Inyección de plástico: el ciclo de cuarenta segundos
Los plásticos de inyección se dividen en dos comportamientos: los que se ablandan y se pueden volver a fundir (termoplásticos) y los que curan y quedan fijos (termoestables). La mitad de las decisiones de material empiezan por esa pregunta.
El ciclo de una inyectora dura entre doce y cuarenta segundos: carga de granalla, fusión y dosificación, inyección, mantenimiento de presión, enfriamiento y expulsión. El enfriamiento es la fase larga y por eso es la que más mejora acepta: canales bien hechos bajan segundos por ciclo y segundos por ciclo son miles de pesos al año.
Fusión del plástico en máquinas de inyección: cómo funciona y comprime el material | TODO PLASTICOS 65Explica el papel del tornillo en la compresión: es lo que hace que la misma máquina maneje materiales muy distintos.
En inyección la máquina alquila tiempo y el molde compra el proyecto. Un molde de acero puede costar cientos de miles de pesos y tardar ocho semanas; ese costo se reparte entre las piezas, así que el proceso es muy bueno en serie larga y muy malo en lote chico.
Un molde de acero costó 480,000 pesos y se producen 120,000 piezas durante su vida. ¿Cuánto agrega de molde por pieza, en pesos?
Una inyectora produce un ciclo de 40 segundos con un molde de cuatro cavidades. ¿Cuántas piezas por hora salen con una disponibilidad de 85 por ciento?
3. El molde, la contracción y los defectos con nombre
El plástico se contrae al enfriarse, típicamente entre medio y dos por ciento según el material. El molde se fabrica más grande que la pieza, con ese factor aplicado a la medida, y por eso los agujeros de precisión casi siempre se terminan en máquina después.
Los defectos típicos del moldeo tienen nombre propio y causa física: rechupe donde la pared gruesa se enfría última, línea de fusión donde dos frentes de plástico se encuentran, rebaba cuando el molde no cierra, y alabeo cuando la contracción no es pareja.
Una pieza de polipropileno de 100 milímetros tiene contracción de 1.5 por ciento. ¿De qué tamaño debe fabricarse la cavidad del molde, en milímetros?
Marca la línea o las líneas con error y pulsa Comprobar.
| Defecto | Qué se ve | Causa física | Qué se toca |
|---|---|---|---|
| Rechupe | Hundimiento en la pared gruesa | Se enfría último ese punto | Espesor o nervadura |
| Línea de fusión | Cicatriz donde se encuentran dos frentes | El material rodea un agujero | Puerta o temperatura |
| Rebaba | Aletas en la línea de partencia | El molde no cierra o hay rebalse | Cierre y presión |
| Alabeo | La pieza no asienta plana | Contracción desigual | Enfriado y eyección |
| Falta de lleno | Pieza incompleta | Se congela antes de llenar | Velocidad o sección |
4. Elegir un material que no es metal
Los no metálicos no son el material pobre: son materiales con otras reglas. Cerámica para temperatura y desgaste, polímeros para relación resistencia por peso y aislamiento, compuestos con fibra para rigidez en una dirección, madera y derivados por su comportamiento al ambiente, y elastómeros para deformación grande y recuperable.
La selección de material se hace con la función, no con la moda: qué carga soporta, a qué temperatura trabaja, si le pega sol, aceite o agua, si necesita ser rígido o amortiguar, cuántas piezas se hacen y si el color es parte del producto.
Un soporte de motor eléctrico trabaja a 110 grados, con vibración, y son 3,000 piezas al año. ¿Qué camino se defiende mejor?
El diseño para reciclaje se decide antes de inyectar: un solo material en la pieza, sin combinaciones pegadas, con el código de resina marcado, y con insertos metálicos que se puedan sacar. Una tapa con junta de otro plástico ya es un problema para la planta de selección.
Un producto de consumo con carcasa de cuatro piezas atornilladas pasa a dos piezas con ensamble a presión y un solo tipo de resina.
Reflexiona: ¿Qué le pasaría a la línea de armado si en lugar de cuatro piezas atornilladas fueran dos, sin tornillos?
5. Criterio de salida: la tabla que decide
| Pregunta | Si la respuesta es sí | Si la respuesta es no |
|---|---|---|
| ¿Son menos de 500 piezas? | Aditiva o mecanizado | Va a discusión de molde |
| ¿La forma tiene cavidad interna cerrada? | Aditiva metálica o fundición con núcleo | Mecanizado o deformación |
| ¿Hay cara visible con exigencia estética? | Inyección con buen pulido o recubrimiento | Se acepta línea de capa o marca |
| ¿Trabaja arriba de 120 grados? | Cerámica, metal o polímero de ingeniería | Polímero común alcanza |
| ¿El producto cambia cada trimestre? | Herramental barato o aditiva | Se amortiza acero |
El proceso no se elige por lo que la fábrica tiene: se elige por lo que el producto necesita durante su vida. La fábrica se puede comprar; el diseño equivocado se arrastra tres años.
— Frase de piso que resume esta etapa.
Une cada familia o defecto con su característica que importa al diseñar.
Conceptos del tema
Toca una tarjeta para ver la respuesta.
Ejercicio: lee un objeto de plástico de tu casa
Toma dos objetos de plástico que tengas cerca. Para cada uno escribe por qué crees que se eligió ese material y ese proceso, y qué se habría ahorrado o perdido si se hiciera por el otro camino.
Busca marcas físicas: línea de partencia, línea de capa, marca de eyector, rebaba. Ahí está la respuesta del proceso.
Tu texto se guarda sólo en este dispositivo.
Materiales y su razón de ser
Relaciona cada familia con la razón por la que se elige.
Autoevaluación del tema 16
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Trazabilidad curricular del objeto
| Campo | Valor |
|---|---|
| Categoría | Cursos de Ingeniería |
| Curso | Introducción a la ingeniería industrial |
| Ruta | Ruta de introducción a la ingeniería industrial |
| Etapa | Máquinas y procesos de manufactura |
| Área de conocimiento | Materiales y procesos de no metálicos |
| Tema | Tema 16. Manufactura aditiva, plásticos y materiales no metálicos |
| Objeto en la ruta | 16 de 20 |
| Dificultad | Intermedia |
| Modalidad | Autoestudio con video, diagrama propio, casos y reactivos |
| Prerrequisito | Temas 13, 14 y 15: familias de proceso, máquinas herramienta y automatización |
| Autoría | Roadwise Consulting |
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