El moldeo por inyección de acrílico es un proceso de producción fundamental para piezas transparentes . Sin embargo, su transparencia puede revelar todas las deficiencias del proceso de fabricación. Ante la aparición de vetas y opacidad, los proveedores promedio suelen culpar rápidamente al material. Pero los ingenieros experimentados saben que el problema siempre reside en el proceso.
Sin embargo, el moldeo por inyección de acrílico sigue siendo un proceso complejo. Si el fabricante le dice que es fácil, desconfíe. Este material es delicado, absorbe la humedad, se agrieta y se deforma. Se requiere una precisión extrema en el utillaje y el control del proceso para obtener los mejores resultados.
Ventajas del moldeo por inyección de acrílico
El acrílico ofrece la misma transparencia que el vidrio, pero con una resistencia al impacto entre 10 y 17 veces mayor. Esto convierte al moldeo por inyección de acrílico en una inversión en seguridad.
En la industria de dispositivos médicos o envases de alimentos , la mediocridad es inaceptable. El bisfenol A es una sustancia química que no debería estar en nuestro organismo. Por suerte, mientras que otros plásticos liberan grandes cantidades, el acrílico no.
Y aunque pesa la mitad que el vidrio, posee una resistencia única en aplicaciones exteriores. No se rompe cuando las temperaturas bajan drásticamente ni amarillea con el sol intenso.
En cuanto al proceso, el acrílico se contrae menos que otros plásticos durante el moldeo por inyección . Esto supone una ventaja en términos de estabilidad dimensional, especialmente en lotes de gran volumen.
El proceso de moldeo por inyección de acrílico
La perfección en el moldeo por inyección de acrílico reside en la eficacia del control de la temperatura y la humedad. Pero las etapas de preparación y enfriamiento son igualmente importantes.
Paso 1. Secado
El PMMA se seca a 80-90 grados Celsius durante al menos 4 horas antes de fundirlo. Esto elimina la humedad para lograr una mayor claridad óptica de las piezas después del moldeo por inyección.
Paso 2. Fusión
Los gránulos se introducen en un barril calentado y se funden a una temperatura de entre 200 y 250 grados. El calentamiento se realiza gradualmente en zonas específicas dentro del barril para evitar la degradación térmica.
Paso 3. Inyección
El plástico fundido se introduce en el molde sujeto con abrazaderas a alta presión (de 80 a 160 MPa).
La velocidad de inyección se alterna entre lenta, rápida y lenta para evitar la formación de chorros, el enfriamiento y el reflujo.
Paso 4. Empaquetado
Cuando el molde está casi lleno, la presión de llenado se reemplaza por la presión de compactación hasta que la compuerta se solidifica.
El acrílico, como cualquier otro plástico, se contrae al enfriarse. El embalaje y la sujeción (a una presión del 50-70% de la presión de llenado) son esenciales para evitar marcas de hundimiento y huecos.
Paso 5. Enfriamiento
La pieza se enfría haciendo circular agua fría a través de los canales perforados en el interior del molde.
El tiempo de enfriamiento debe ser lo suficientemente prolongado para evitar que las piezas se peguen, pero sin aumentar los costos de producción.
Paso 6. Expulsión
Tras el enfriamiento, se abre el molde y la pieza se expulsa mediante pasadores eyectores.
¿Cuáles son los requisitos para un moldeo por inyección de acrílico exitoso?
Control de secado y humedad
El acrílico es un material que absorbe mucha humedad. En cualquier momento dado, los gránulos absorben la humedad del aire de forma insaciable.
Cuando se funde el PMMA sin secarlo previamente, se genera vapor que crea esas marcas indeseadas en la pieza terminada.
- El secado eficiente es la solución: el objetivo es alcanzar un punto de rocío a presión de entre -20 y -40 grados Celsius.
- Procure que se seque durante 4 horas.
- Utilice cargadores de vacío (y no una tolva abierta) para alimentar los pellets a la máquina.
Control de la temperatura
Se trata de una delicada interacción entre el flujo molecular y la degradación térmica.
Si la temperatura es demasiado baja, el relleno queda incompleto. Si es demasiado alta, el material se quema y se amarillea.
Las soluciones son sencillas (en teoría) pero exigentes en la práctica:
Para controlar la temperatura de fusión, utilice zonas del barril con un grosor gradual para evitar la solidificación prematura o la quemadura accidental:
- 200 grados Celsius en la zona de alimentación
- 220 grados Celsius en la zona media
- 240 grados Celsius en la zona de la boquilla
Utilice un controlador de temperatura del molde para supervisar la temperatura de moldeo. Ajústelo entre 60 y 90 grados Celsius.
Presión de inyección
El acrílico tiene una alta viscosidad. Necesita una alta presión de inyección para fluir de manera eficiente y llenar el molde.
La clave para controlar la presión durante el moldeo por inyección de PMMA reside en la sincronización. Si el cambio de llenado a compactación se produce demasiado pronto, la pieza se hunde. Si se produce demasiado tarde, se produce un exceso de compactación y fugas.
Las soluciones:
- Mantenga la presión de inyección entre 80 y 120 MPa.
- Una vez que la cavidad esté llena al 95%, cambie a la presión de empaquetado.
- Utilice presión de inyección en varias etapas para evitar caídas.
- Mantenga las variaciones de presión máxima por debajo del 2 %.
Velocidad de inyección
Los materiales de alta viscosidad, como el PMMA, no responden bien al moldeo por inyección a alta velocidad. Es necesario ralentizar el proceso para que el material fluya de manera eficiente y evitar así la opacidad.
- Utilice el perfil de velocidad de inyección multietapa (lento-rápido-lento).
- Procure un flujo laminar para evitar la formación de burbujas de aire y la turbidez.
- Si se presiona demasiado rápido, las compuertas se erosionan y se produce birrefringencia.
- Si es demasiado lento, el material pierde calor y se forman surcos en el disco.
Contracción:
El acrílico es implacable y traduce sistemáticamente pequeños cambios dimensionales en deformaciones y distorsiones ópticas.
Pero con su baja tasa de contracción del 0.2 al 0.8 %, la mayoría de los diseñadores rara vez esperan que las piezas se deformen hasta que es demasiado tarde.
La clave del éxito reside en diseñar el molde teniendo en cuenta una contracción media del 0.5 %, y luego mantener los niveles de presión adecuados durante la inyección y el envasado.
Período de detención
El tiempo de detención o de residencia determina si recibirá una pieza de alta calidad o una chapuza amarilla degradada.
El factor tiempo es esencial. Cada minuto adicional que el PMMA permanece en contacto con el cañón, se acerca más a la combustión y la degradación química.
Para la mayoría de los acrílicos, el tiempo de retención no debe ser superior a 5-8 minutos. Transcurrido este tiempo, el material sufre despolimerización.
Directrices de diseño para el moldeo por inyección de acrílico
Un bonito boceto no basta. El diseño debe ajustarse a las propiedades físicas del material para que la pieza tenga las mejores posibilidades de ser bella, resistente y duradera.
Espesor de la pared
El acrílico no conduce bien el calor y, por lo tanto, no tolera pequeñas diferencias en el grosor de las paredes.
Por ejemplo, en paredes gruesas, el exterior se congela mientras que el interior permanece fundido. Este calor tarda mucho en disiparse. Y cuando el núcleo finalmente se enfría, se contrae y provoca la aparición de marcas de hundimiento y huecos.
Mantenga un espesor de pared uniforme en toda la pieza para minimizar la contracción diferencial. Utilice transiciones suaves (la conicidad de 3 a 1) para mantener la eficiencia del flujo a medida que el plástico pasa de secciones delgadas a gruesas.
Ángulo de inclinación
El acrílico tiende a adherirse al molde, debido a su baja tasa de contracción.
Lo más preocupante es que, debido a su rigidez, el material no cede un poco durante la expulsión y, en cambio, raya contra el molde.
Esta fricción provoca imperfecciones estéticas en la pieza y, en ocasiones, su rotura.
Mejores prácticas de diseño:
- Utilice ángulos de desmoldeo grandes (1.5 – 3 grados).
- Aumenta el calado con cada pulgada adicional de profundidad.
- Aumenta el ángulo de inclinación en 1 grado por cada 0.025 mm de profundidad de textura añadida.
Radios (Radios de esquina)
El acrílico es quebradizo. No distribuye las tensiones mecánicas de manera eficiente por toda la pieza.
Cuando las moléculas de acrílico se encuentran con un giro de 90 grados, se estiran y se apilan unas sobre otras. Esto crea una tensión interna que se libera mediante grietas en las esquinas.
La solución consiste en utilizar radios de esquina de al menos 0.5 mm. El radio interno debe ser el 50% del espesor de la pared.
El radio exterior debe ser igual a la suma del radio interior y el espesor de la pared.
Costillas y Jefes
El PMMA retiene el calor, por lo que los puntos de contacto entre las nervaduras y el material pueden permanecer fundidos incluso después de que el resto de la pieza se enfríe. Esto provoca abolladuras y líneas de sombra.
La mejor práctica es mantener el espesor de las nervaduras por debajo del 60% del espesor de la pared.
Además de la regla del 60 % del espesor, asegúrese de que las nervaduras tengan menos de 3 veces la altura de las paredes para evitar que se rompan.
Colocación de la puerta
Con cada paso que da el PMMA desde la entrada de inyección, pierde calor y presión. Por lo tanto, no se deben colocar entradas en las secciones más delgadas para evitar que el material tenga dificultades para penetrar en las secciones más gruesas.
Siempre introduzca el material en las secciones más gruesas. Esa es la regla básica. Asegúrese de que el diseño de la compuerta permita que el material choque contra una pared inmediatamente al entrar. Esto evita la proyección de material.
Tolerancia parcial
Diseñe con una tolerancia de ± 0.05 mm, pero tenga en cuenta que la desviación real la determina el material, no el molde. La contracción posterior al moldeo puede provocar una mayor pérdida de tolerancia debido a la retención de calor del PMMA. La solución es no expulsar nunca la pieza mientras esté caliente, ya que se deformará sobre la mesa.
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Diseño para moldeo por inyección: una guía práctica de DFM
Aplicaciones del acrílico moldeado por inyección
- Cubiertas de luces traseras
- Lentes indicadores
- Paneles de acabado interior
- Cubiertas de incubadoras
- Jeringas y cubetas de diagnóstico
Iluminación
- tubos de luz LED
- Difusores y pantallas de lámparas comerciales
- Envases cosméticos de alta gama
- compartimentos del refrigerador
- Trofeos
- Pantallas LCD
- lentes de cámara para smartphones
- Paneles de control.
- tapones de frascos de perfume
- Tarros de crema de paredes gruesas
- Tubos de lápiz labial
Desafíos y control de defectos en el moldeo por inyección de acrílico
Rayas (extensiones)
Estas marcas aparecen como salpicaduras metálicas en la superficie de la pieza. Se deben a un secado insuficiente del material. La humedad o los gases atrapados ascienden a la superficie durante la inyección.
Para reducir el riesgo, siga las recomendaciones de secado compartidas anteriormente y asegúrese de que el material final tenga un contenido de humedad inferior al 0.02 %.
Agrietamiento por tensión
El agrietamiento por tensión es un indicador de tensión interna y se manifiesta como una serie de pequeñas grietas en la superficie. Se puede reducir aumentando la temperatura del molde. Esto garantiza que las moléculas del material se relajen antes de solidificarse.
agujeros de vacío
Se trata de burbujas de aire que se forman en las secciones más gruesas de la pieza moldeada y que pueden ser visibles a través del PMMA transparente. El vacío se produce cuando la superficie externa de la pieza se enfría demasiado rápido mientras que el interior se contrae, atrayendo el material hacia adentro.
La solución consiste en utilizar materiales completamente secos o cambiar a grados de baja viscosidad. Aumentar la presión de compactación también puede introducir más material en la cavidad para compensar la contracción.
Rubor de puerta
Se trata de una decoloración turbia visible en el punto donde el material penetró en la pieza. Reduce la claridad óptica de la pieza de PMMA.
La solución consiste en reducir la velocidad de inyección o utilizar la estrategia de velocidad variable que comentamos anteriormente. Aumentar el diámetro de la compuerta también puede ayudar a reducir la tensión de cizallamiento.
Marcas de fregadero
Se observan como pequeñas hendiduras en la superficie de la pieza acabada, que suelen aparecer en las secciones más gruesas, por encima de las nervaduras y los salientes.
Las marcas de hundimiento se producen por la contracción diferencial entre el exterior y el interior de la pieza. Las soluciones incluyen aumentar el tiempo de enfriamiento y disminuir la temperatura de fusión.
¿Cuánto cuesta el moldeo por inyección de PMMA?
Los costes del moldeo por inyección de PMMA incluyen los costes de inversión en utillaje y los costes de producción por pieza.
Factores de costo de herramientas
Para lograr los altos niveles de claridad óptica deseados en el moldeo por inyección de acrílico, se necesitan moldes de acero de alta calidad.
Las variantes endurecidas de acero inoxidable 420 y S136 son las más utilizadas para el moldeo por inyección de PMMA. Ofrecen una alta resistencia a la corrosión y un acabado similar al de un espejo. A continuación se muestran las estimaciones de costos:
- El coste de los prototipos de moldes de acero inoxidable oscila entre 3000 y 10 000 dólares (moldes de una sola cavidad).
- Los moldes de producción pueden costar entre 15000 y 40,000 dólares (moldes multicavidad).
- Los moldes complejos suelen costar más, superando los 100,000 dólares (para piezas grandes y de alta precisión).
Factores de costo por pieza
Los costes unitarios de producción en el moldeo por inyección de acrílico dependen del volumen de producción y de la calidad del material.
El uso de materiales costosos eleva los costos por pieza, mientras que el aumento del volumen de producción los reduce (amortización del molde). Cuanto mayor sea el proyecto, menores serán los costos.
Lea también: ¿Cuánto cuesta el moldeo por inyección a medida?
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El moldeo por inyección de acrílico de precisión comienza aquí.
Conclusión
En el moldeo por inyección de acrílico, no se trata de esperar claridad, sino de diseñarla con rigor. Al elegir un socio para el moldeo por inyección de acrílico, asegúrese de evaluar sus constantes de proceso. El diseño y los controles de procesamiento deben estar estrictamente alineados para lograr los resultados deseados.
En EzraMade, entendemos que no se puede forzar el acrílico para que se doblegue. Hay que respetar sus leyes. Nuestros procesos le garantizan que tanto la primera como la millonésima pieza tendrán niveles similares de claridad y resistencia.
Preguntas frecuentes
La fragilidad es común en las piezas acrílicas debido a la estructura molecular amorfa del material. Sin embargo, si esto se acompaña de debilidad estructural, se pueden ajustar los parámetros de procesamiento para mejorar las uniones internas del material. Por ejemplo, un enfriamiento uniforme reduce la tensión interna.
Sí. El acrílico es reciclable, pero se recomienda usar el material reciclado en una proporción de 20:30 con acrílico virgen. Sin embargo, debido a su alta sensibilidad térmica, trabajar con acrílico reciclado puede ser más complicado que rentable.
EzraMade revisa su diseño y lo ajusta para que funcione dentro del estrecho margen de procesamiento del PMMA con eficiencia garantizada. El proceso de revisión puede incluir el ajuste del espesor de pared y la ubicación de la compuerta para reducir la tensión y mejorar la claridad óptica de la pieza. El DFM también puede incluir la mejora de las tolerancias o la eliminación de socavados para reducir los costos de producción.
Fuentes
- Parámetros del proceso de moldeo por inyección en la producción de PMMA.
- Influencia de los parámetros de moldeo por inyección en las propiedades ópticas del PMMA.
- Procesamiento reactivo de compuestos termoplásticos a base de acrílico: Una breve reseña
- Técnica de optimización de Taguchi
- Moldeo por inyección de lentes ópticas de alta precisión: Una revisión
- Moldeo por inyección de acrílico (PMMA)
- Propiedades del Acrílico
- Moldeo acrílico: Usos comunes y ventajas
