Por qué la ciencia de los materiales es clave para la interacción de las piezas

En el ejemplo del cierre con encaje a presión, un polímero resistente al desgaste como el HDPE podría ser una buena opción, aunque un material con una lubricidad relativa, como el acetal, también podría funcionar. Ambos materiales tienen sus propias ventajas, que se deben sopesar con cuidado en una fase temprana del proceso de desarrollo. Sin embargo, el propio diseño del producto también puede tener mucha importancia desde el punto de vista de la tribología. Las superficies que interactúan entre sí deben ser lisas para evitar que los picos y valles en miniatura que se encuentran en superficies más rugosas se enganchen y se desprendan con el uso repetido.

El método utilizado para fabricar la pieza también tiene un papel importante. En el ejemplo del cierre, que puede hacerse extensivo fácilmente a cualquier pieza de plástico con superficies que se acoplan o encajan, un acabado mecanizado es distinto a uno impreso en 3D o a una superficie moldeada por inyección (que probablemente será más lisa que las otras dos). La conclusión es que estas y otras características de las piezas se deben analizar y probar con detalle antes de encontrarse en un punto del proceso en que la interacción de las piezas provoque un problema de diseño.

Los insertos de metal, una opción utilizada habitualmente en Protolabs, son otro caso que cabe mencionar. Por ejemplo, si se necesita un casquillo de bronce en una pala de ventilador moldeada por inyección, un manguito de acero inoxidable en una polea de plástico o una tuerca roscada de latón en un mando de un aparato, colocar insertos de este tipo en piezas moldeadas por inyección no es especialmente difícil. La compatibilidad de los materiales no suele ser un problema, y el mayor obstáculo al que se enfrentará el diseñador es asegurarse de que se cree una buena unión mecánica cuando se inyecte el plástico por encima y alrededor del inserto. Dicho esto, el bronce y el latón son buenas superficies de rodamiento de bajo coste, pero se suelen desgastar más que un cojinete de bolas. Hágase esta pregunta: ¿El diseño cumple con los requisitos del producto a largo plazo? Comprender cómo funciona la tribología ayuda a resolver esta y otras cuestiones importantes.

Compatibilidad de los materiales

Sin duda, el sobremoldeo es uno de los avances más interesantes que se han producido en la fabricación de piezas de plástico desde el moldeo rápido por inyección. Es muy útil cuando se necesita un material suave o fácil de usar para recubrir un núcleo estructural (el mango de un instrumento o la carcasa de un dispositivo portátil, por ejemplo). También es adecuado si se necesitan varios colores por motivos estéticos. En Internet se puede encontrar mucha información sobre cómo diseñar para el proceso de sobremoldeo, donde se explica la necesidad de lograr una unión mecánica sólida, así como la compatibilidad química entre los dos materiales adyacentes.

Lo bueno del caso es que existe una gran cantidad de materiales químicamente compatibles. Por ejemplo, Protolabs ofrece el TPV Sarlink 3170, un elastómero termoplástico que forma una unión química resistente con el polipropileno. También suministra el TPC Hytrel 4068, un elastómero termoplástico que combina muy bien con el ABS, el policarbonato y otros materiales. En cambio, el nailon es uno de los sustratos más difíciles de moldear debido a su tendencia a absorber la humedad, aunque sigue siendo un material de uso habitual para diferentes tipos de aplicaciones.

Adhesión

De todos modos, también se deben tener en cuenta otros factores. El diseño puede repercutir de forma significativa en el nivel de adhesión de las piezas sobremoldeadas. La transición entre el sustrato y la capa sobremoldeada debe ser abrupta para evitar que se vaya adelgazando gradualmente. Con este fin, puede utilizar una ranura o un saliente para crear un punto de corte claro. Se pueden eliminar posibles puntos de desgarro y ondulaciones colocando el cierre en una ubicación que cree un tope para el elastómero termoplástico (TPE) blando y muy fluido. Si se usa una capa demasiado delgada (por ejemplo, con un grosor de menos de 1,5 mm), el material puede enfriarse demasiado rápido para adherirse correctamente. Cuando la longitud es demasiado larga respecto al grosor, se pueden producir problemas similares.

Además, se deben tener en cuenta las características térmicas propias de ambos materiales al realizar el sobremoldeo. Puede seleccionar la silicona líquida (LSR) por su excelente resistencia al calor y a los productos químicos, su flexibilidad a baja temperatura y su lubricidad inherente, pero tenga en cuenta que la temperatura de endurecimiento del LSR es de entre 150 y 200 °C, una temperatura demasiado elevada que no soportan el ABS, el polietileno, el polipropileno y otros termoplásticos. La ventilación también es importante, puesto que en moldes con una mala ventilación la adhesión puede ser insuficiente, puede que no se llenen del todo las cavidades o que se produzca combustión.

La tabla de compatibilidades se puede consultar por Internet con facilidad, pero si decide suministrar su propio material, le recomendamos que hable con su proveedor de plásticos para obtener consejos sobre el moldeo y las aplicaciones. Esto es especialmente útil si se utiliza una mezcla personalizada de polímeros, que es algo que los clientes de Protolabs hacen cada vez más. Tenga en cuenta que los colorantes pueden crear problemas de adhesión, y lo mismo ocurre si se añaden grandes cantidades de aditivos como el metal y el vidrio. Nuestro consejo es fabricar primero algunas muestras y realizar pruebas exhaustivas antes de encargar un mayor volumen de piezas.