Diseñe piezas moldeadas más resistentes con nervaduras, refuerzos y materiales duraderos

Diseño de nervaduras de plástico

Las nervaduras son elementos delgados similares a las paredes, diseñados normalmente para añadir un soporte interno a las paredes u otros elementos, como las protuberancias. Igualmente, los refuerzos son elementos de soporte que refuerzan áreas como las paredes o las protuberancias de la superficie. Al igual que las vigas y las columnas de los puentes llevan refuerzos en el vértice para añadir una resistencia clave a la estructura, lo mismo ocurre con el moldeo por inyección de plásticos.

Añada refuerzos en los resaltes y las paredes

Tanto las nervaduras como los refuerzos proporcionan estabilidad a las piezas sin tener que aumentar el grosor de las paredes, siendo especialmente beneficiosos en piezas con paredes delgadas que podrían verse debilitadas por el uso regular. Es importante destacar que las nervaduras y los refuerzos no deben ser superiores al 60 por ciento del grosor nominal de las paredes. Estos elementos han de mantenerse más delgados que las paredes iniciales con el fin de evitar secciones demasiado gruesas en las que las nervaduras y los refuerzos choquen con la pared. Cuando hay un exceso de material en las intersecciones internas entre nervadura y pared, pueden aparecer marcas de hundimiento en la cara visible de la pieza.

Los diseñadores de productos pueden jugar con distintas nervaduras para crear esquemas cuadrados, rectangulares, rómbicos, triangulares o hexagonales que aporten rigidez a la pieza. Un esquema de nervaduras equivale al ahorro de todo el material innecesario, dejando únicamente el sistema de soporte compuesto por las nervaduras; además, reduce el peso y el coste de la pieza. Recuerde, no obstante, no eliminar superficies y elementos que interactúen con las demás piezas del producto.

Filetes y radios

Dado que las esquinas agudas debilitan las piezas, se pueden diseñar también radios de unión (caras curvadas en el punto en que las nervaduras se unen a las paredes) en la geometría de la pieza para eliminar tensiones mecánicas adicionales en la pieza terminada. Al igual que en el caso de los refuerzos, un radio de unión demasiado pequeño no podrá cumplir su función reductora de tensión, pero si es demasiado grande dará lugar a hundimientos. Es importante identificar el tamaño y ubicación adecuados de los radios de unión (así como de las nervaduras y los refuerzos). Cuando añada un radio de unión a la parte interna de una esquina, añada también, si es posible, un radio a la parte externa de la esquina. Si el riesgo de hundimiento es demasiado alto en algunas secciones, considere la posibilidad de otros métodos de refuerzo.

Termoplásticos duraderos

La selección de materiales también es importante para la rigidez, durabilidad, dureza y otras características de las piezas: es fundamental conseguir equilibrar la relación entre estas propiedades de los materiales y la funcionalidad de la pieza. Por ejemplo, los diseñadores de productos pueden elegir una resina termoplástica que dé lugar a una pieza inflexible y rígida, pero si su uso exige una excelente resistencia al impacto, la oposición de una pieza inflexible podría dar lugar a su ruptura. Las propiedades del material varían de resina a resina. Echemos un vistazo a algunas de las resinas más usadas:

• El ABS es una resina estable, de buena calidad y adecuada para productos de consumo, que ofrece dureza y resistencia al impacto en situaciones cotidianas. Se utiliza habitualmente para carcasas de mandos a distancia, herramientas alimentadas por pilas y paneles estructurales de monitores, impresoras y fotocopiadoras. Sin embargo, el ABS puede sufrir problemas de resistencia química.
• El policarbonato es más resistente a los impactos que el ABS, resultando adecuado para lentes y piezas que exijan más brillo. Es sensible a la fisuración por tensión y corre el riesgo de agrietarse o deslucirse por cuestiones de compatibilidad química.
• El nailon sin rellenar es flexible y resistente al impacto, con una buena lubricidad frente al desgaste. El relleno de fibra de vidrio aumenta la rigidez y la resistencia a la compresión del nailon, pero el material se vuelve más sensible a los impactos. El relleno de fibra de vidrio ayuda a aumentar la deflexión térmica.
• El acetal es un excelente material autolubricante para rodamientos, con fantásticas propiedades antidesgaste y buena rigidez. No es adecuado para piezas estéticas o piezas que requieran tampografía, pintura o pegatinas.
• Los TPE son fantásticos para la resistencia al impacto de juntas antipolvo y esquinas rellenas, y se usan en aplicaciones de sobremoldeo por su características de agarre. No siempre tienen buenas aplicaciones dinámicas; la aplicaciones estáticas son mejores. Con los TPE pueden producirse problemas de resistencia química.

Para cambiar el rendimiento de una resina base normalmente se necesitan aditivos como las fibras de vidrio, perlas de vidrio o talco. Los rellenos de fibra de vidrio aumentan la resistencia a la compresión del material y también ayudan a aumentar la deflexión térmica de la pieza, lo que permite que esta funcione en entornos o aplicaciones que la resina base no consideraría aceptables. Las perlas de vidrio aumentan la deflexión térmica, pero pueden hacer que el material sea un poco más frágil, ya que se apilan como un hoyo de bolas, en lugar de una pila de heno como sucede con la fibra de vidrio. Las perlas de vidrio también se pueden utilizar para reducir la tensión interna que pueden causar los rellenos de fibra de vidrio. El talco se suele utilizar para aumentar la rigidez del material, pero normalmente crea una resistencia al impacto más débil. Por lo tanto, debemos pensar en los aditivos como una ayuda, pero con riesgo. Entender esos riesgos y compararlos con las ventajas adicionales forma parte del proceso de prueba y selección de materiales.

Grosor de pared

A veces, cuando se trata de añadir resistencia a una pieza, basta con aumentar el espesor total de la pared. Protolabs proporciona una lista de espesores de pared recomendados en función del tipo de resina para ayudar a diseñar piezas que no son ni demasiado delgadas ni demasiado gruesas. Por regla general, las piezas pequeñas se pueden procesar razonablemente bien a 1 mm. Pero si hablamos de piezas que caben en la palma de la mano, conviene usar una pared nominal de 2 mm. Diseñar piezas más grandes puede requerir un mayor espesor de pared para el flujo o llenado de la cavidad bajo una tensión reducida, pero se debe prestar atención a las piezas mayores de 3 mm. Normalmente, una vez que las piezas alcanzan los 3,8 mm, pueden volverse tan gruesas que la sección transversal al enfriarse puede empezar a hundirse sobre sí misma, lo que podría obligar a usar otros procesos de fabricación o requerir asistencia. El moldeo termoplástico en general es bastante estable y repetitivo entre 1,5 mm y 2,5 mm. Cuanto mayores sean las piezas, mayor atención habrá que prestar a las nervaduras, refuerzos, materiales y otros factores que aumentan la resistencia. Como siempre, nuestros ingenieros de aplicaciones están a su disposición para consultar la geometría y el diseño de las piezas, así como el análisis interactivo de moldeabilidad que se ofrece con cada pieza presupuestada por Protolabs.

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