Cómo la manufactura aditiva puede ayudar la inyección de nuevos diseños

Hace diez años, había una ruta ampliamente aceptada y bien definida que un desarrollador de productos podía recorrer para llevar un producto del concepto a su realización.

En general, ese camino incluía dibujos en 2D y 3D de los componentes y su ensamblaje, pasaba por varias etapas de creación de prototipos en métodos de fabricación de bajo costo y volumen, como el mecanizado CNC o el moldeo de uretano fundido. Luego, el diseño entraba en un prototipo más robusto de proceso de herramientas rápidas y, finalmente, pasaba a producción.

Hoy en día, esta sigue siendo una ruta común y viable pero, gracias a los avances tecnológicos en materiales y procesos de impresión 3D durante la última década, los desarrolladores de productos ahora tienen muchas más opciones de grado de ingeniería para consolidar y acelerar las primeras etapas del producto desarrollado.

Esto ha cambiado las reglas del juego para los innovadores tecnológicos a lo largo de los años, pero también presenta algunos peligros potenciales ocultos.

Si bien el moldeo por inyección sigue siendo el líder indiscutible para la fabricación de productos plásticos de gran volumen, y es probable que mantenga esa posición en el futuro, la impresión 3D está ganando terreno rápidamente en la fabricación de estos productos en etapa inicial.

Debido a las diferentes restricciones de fabricación que existen con cada proceso, los diseñadores y moldeadores de piezas pueden experimentar, en ocasiones, una desconexión entre dónde se encuentran en el proceso y cómo quieren fabricar una pieza.

Al comparar los procesos de fabricación potenciales con criterios como el precio y el tiempo de entrega, hay muchas cosas a tener en cuenta. Cada proceso requiere diferentes tiempos de procesamiento, diferentes tipos de materiales y, lo que es más importante, diferentes requisitos y consideraciones de diseño de piezas.

Este artículo cubre específicamente los factores de costo del diseño de piezas. Pero primero, hablemos de un desafío común de diseño de procesos cruzados que vemos todos los días en Protolabs como uno de los fabricantes de moldes de inyección más grandes del mundo.

Diseño para la moldeabilidad: una historia de precaución

Dexter es ingeniero. Tiene una ingeniosa solución de diseño para convertir una carcasa de cinco partes en dos partes y, así, ahorrar cientos de miles de dólares en costos de producción.

Dexter diseña las piezas y las envía a su empresa de impresión 3D favorita para imprimir las piezas en SLS para luego poder realizar pruebas de ajuste de forma/función antes de preparar las piezas. Cuando recibe su envío, está encantado de descubrir que sus piezas funcionan maravillosamente y deberían ser una solución funcional perfecta para su problema de diseño.

Ahora que está listo para comenzar a pasar a las etapas de fabricación, lleva las piezas para moldeo y se da cuenta que no son moldeables. Dexter agacha el cabeza avergonzado, regresa a su escritorio y comienza a rediseñar las piezas para moldearlas.

Esta historia, demasiado familiar, representa el primero de los cuatro principales impulsores de costos que se presentarán en este artículo. Podría decirse que también es una causa raíz de muchos otros factores.

1. No comenzar con el proceso en mente

Dexter comenzó con la solución en mente, pero no consideró el proceso. A medida que la impresión 3D se ha vuelto cada vez más popular, por una buena razón, muchos desarrolladores de productos la están implementando en etapas que anteriormente podrían haberse completado en un proceso diferente.

Esto está perfectamente bien, si tiene en cuenta que la impresión 3D tiene muchas menos restricciones de diseño que el moldeo por inyección. La solución es comenzar diseñando su pieza para moldear, luego tomar esos diseños de piezas moldeables e imprimirlos.

Prácticamente todas las piezas moldeables se pueden imprimir, pero no al revés. Cuando intenta moldear una pieza diseñada exclusivamente para la impresión 3D, el mejor de los casos es que el fabricante probablemente tuvo que incluir muchos componentes mecánicos costosos en el molde para lograrlo. El peor de los casos es que simplemente no se puede hacer.

2. Tamaño de la base del molde

Nuestro segundo factor de costo es el tamaño base del molde. Este es un punto común de confusión en el proceso de fabricación ya que no siempre es evidente cuán grande o pequeña es la base del molde.

Por ejemplo, es posible que pueda fabricar una pieza de 25,4 × 25,4 mm (1 × 1 pulg.) en un molde de tiro directo dentro de una base de molde de 101,6 × 101,6 mm (4 × 4 pulg.). Añadir una socavación a esa parte, requiere una leva de acción lateral en el molde y es posible que tenga una base de molde de 10 × 10 pulg. (254 × 254 mm) o más grande.

En este caso, el tamaño base y los componentes determinan el costo del molde. Una sola acción puede agregar más de US$ 1500 al costo del molde, por lo que debe usar las mejores prácticas en diseño, como núcleos de paso para ayudarlo a ahorrar espacio y componentes.

3.  Componentes internos

Hablamos de esto en nuestros dos primeros generadores de costos, pero aparte del diseño y el tamaño del molde inadecuados, los componentes internos son el generador de costos clave en un molde de inyección. ¿Qué tipos de componentes internos?

Como discutimos anteriormente, las cámaras de acción lateral son un ejemplo obvio. Algunos otros ejemplos incluyen insertos de extracción, insertos atornillados o pasadores de núcleo de acero. Las levas o los insertos generalmente aumentarán el precio total de su molde entre US$1000 y $2000 por componente, así que tenga esto en cuenta en sus diseños.

4. Acabado pulido o personalizado

La mayoría de los fabricantes ofrecerán una gama de acabados para sus herramientas, incluido el equivalente interno, SPI o Mold-Tech, y todos tienen diversos grados de costos adicionales asociados a ellos. Los acabados internos suelen ser los más económicos y, a veces, están automatizados o vienen con la herramienta de fresado.

Cuando intenta moldear una pieza diseñada exclusivamente para la impresión 3D, el mejor de los casos es que se agregaron muchos componentes mecánicos costosos al molde; el peor de los casos es que simplemente no se puede hacer.

Estos son excelentes para las piezas prototipo para probar el ajuste, la forma y la función, pero es posible que no tengan las propiedades estéticas necesarias para la pieza final. Los acabados equivalentes de SPI o Mold-Tech tienden a ser más caros, por lo que una buena manera de ahorrar tiempo y costos es esperar para poner estos acabados cosméticos en el molde hasta que finalice su diseño.

Siga estos consejos y estará listo para la producción, independientemente de cómo utilice la fabricación aditiva para desarrollar su pieza y proceso de moldeo por inyección.