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TEMA 3. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales poliméricos -…
TEMA 3. Fundamentos y técnicas de procesado de materiales poliméricos
3.4 IMPRESIÓN 3D
ETAPAS PROCESADO IMPRESIÓN 3D
3. LAMINACIÓN MEDIANTE SOFTWARE ESPECÍFICO. Generación archivo .gcode
Convierte un .STL en un .gcode, con las instrucciones necesarias para imprimir
- PERMITE establecer y modificar:
· La orientación de la pieza
· El tamaño de la pieza
· La altura de capa
· El espesor de pared
· El porcentaje de llenado
· Las condiciones de impresión (temperatura, exposición,...)
· Velocidad de impresión
· Generación de soportes y estructuras de adhesión
· Etc
4. PREPARACIÓN DEL EQUIPO DE IMPRESIÓN
2. CONVERSIÓN A .STL
Aproxima la superficie del objeto a una malla basada en triángulos
Define el volumen interno del modelo
Resolución durante la exportación
Criterio para una exportación correcta
5. FABRICACIÓN DEL OBJETO MEDIANTE IMPRESIÓN 3D
1. Generación de un CAD
Rhinoceros, AutoCAD, Fusion 360
6. POST - PROCESADO
PROCESOS
(LÍQUIDOS)
TERMOPLÁSTICOS / FUNDIDOS EXTRUSIÓN
FDM (Modelado por deposición fundida)
Enfriamiento diferencial
Atracción áreas circundantes
Tensiones internas
Base precalentada
Buena adhesión a la base
Las piezas FFF no suelen imprimirse sólidas
Estructura interna de baja densidad
Distorsión ligera de cada capa de la impresión
- MATERIALES:
· Termoplásticos en filamento
· Amplia gama de colores
· Temperaturas de impresión altas aumenta la probabilidad de deformación (enfriamiento a mayor velocidad)
3.1 INTRODUCCIÓN
PROPIEDADES:
Ligeros
Resistentes a la corrosión
Aislantes térmicos
Baja resistencia térmica
Baja rigidez: se puede aumentar con refuerzo (material compuesto)
APLICACIONES
Muy variadas: juguetes, artículos del hogar, artículos decorativos, adhesivos, etc
POLÍMERO
Material que contiene muchas partes enlazadas entre sí químicamente
Son moléculas orgánicas gigantes con pesos moleculares entre 10.000 y 1.000.000 g/mol
Constituido por átomos C y otros elementos
SEGÚN SU COMPORTAMIENTO TÉRMICO:
(tres tipos)
TERMOPLÁSTICOS:
Cadenas independientes formadas por enlaces covalentes, enlazadas entre sí por enmarañamiento físico y enlaces de Van Der Waals
Al solidificar desde estado líquido = sólido NO cristalino o semicristalino
Enfriamiento lento de termoplásticos = descenso del volumen específico
TERMOESTABLES:
Red altamente reticulada de enlaces covalentes
ELASTÓMEROS:
Estructura intermedia entre TP y TS. Cadenas enlazadas entre sí por algunos enlaces covalentes, con bajo grado de reticulación
3.2 PROCESOS DE FABRICACIÓN PARA POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Se conforman a temperaturas superiores a la de la
Tg
y se mantiene la presión mientras se enfrían por debajo de
Tg
para que conserve la forma mientras sea blando y plástico
RECICLABLES: se funden y se conforman
MOLDEO POR SOPLADO
- Necesidades:
· Material tiene que tener estabilidad en la fusión para soportar la extensión de la preforma y el soplado en el interior del molde
· Dos piezas fundamentales: extrusora o inyectora; y unidad de soplado
- Ventajas:
· Proceso muy adecuado para fabricación de cuerpos huecos como botellas
· Gran versatilidad
· Proceso en continuo: alta productividad
- Inconvenientes:
· Sólo Termoplásticos
· Sólo polímeros que puedan hincharse a alta temperatura
PROCESO DE inyección-soplado:
Fusión del material
Obtención de la reforma por inyección
Introducción de la reforma hueca en el molde
Insuflado de aire dentro de la preforma
Enfriado de la pieza
Desmolde de la pieza
TIPOS DE PRODUCTOS:
Uso muy extenso
APLICACIONES: botellas, recipientes lácteos, bebidas, pelotas, barriles de distinto tamaño,...
PROCESO DE extorsión-soplado:
Mediante una extrusora se producen dos tubos o preformas calientes en estado pastoso con espesor determinado; se introducen al interior del molde partido
El cabezal desvía la masa hasta la dirección vertical, para luego pasarla por una boquilla que la convierte en una reforma tubular
El molde consta de dos partes móviles con la forma del negativo de la pieza a moldear. Una vez que la reforma tiene la longitud suficiente, el molde se cierra en torno a ella
El molde se desplaza a la unidad de soplado, el cabezal entra dentro del molde y de la reforma y da forma al cuello de la pieza a la vez que le insufla aire
El aire origina presión y el material se estampa en las paredes del molde adoptando forma
La pieza se enfría en el molde. Una vez frío se extrae.
TERMOCONFORMADO
- Ventajas:
· Piezas muy grandes que difícilmente se podrían obtener por otra técnica
· Geometrías complicadas
· Se emplean bajas presiones y temperaturas
· Moldes bajo coste
- Inconvenientes:
· Sólo una de las caras de la pieza copia exactamente la forma del molde
B. CONFORMADO CON MACHO
C. CONFORMADO A PRESIÓN
PROCEDIMIENTO
Dos estampas fundamentales:
El material se calienta por radiación infrarroja (o por convección o conducción)
El material se tensa encima de un bastidor y, por medio de aire a presión, se estampa sobre las paredes de un molde frío
D. CON NÚCLEO DE AYUDA
A. CONFORMADO AL VACÍO
Moldeo de preformas en forma de lámina o plancha
Lámina reblandecida por calentamiento (NO fundida)
La lámina se presiona contra el molde cuando se genera vacío entre el molde y la lámina
TIPOS DE PRODUCTOS:
Envases, grandes letreros, interiores de frigoríficos, de aviones; etc
MATERIALES PARA MOLDES:
Madera - Escayola
Poliéster reforzado con fibra de vidrio
Colada epoxi
Aluminio
Acero
MOLDEO POR INYECCIÓN
- Ventajas:
· Piezas de gran calidad
· Piezas complejas, precisas y sección delgada
· Alta velocidad de producción
· Bajo coste de mano de obra
· Buenos acabados superficiales
· Automatización gradual
· Muy preciso dimensionalmente
· Principal método de la industria moderna en piezas plásticas
· Termoplásticos y algunos termoestables
· Producción en serie
- Inconvenientes:
· Alto coste de maquinaria: molde
· Necesidad de control exhaustivo
PROCEDIMIENTO:
Puede durar pocos segundos
Se caracteriza por un elevado flujo productivo
Molde caro pero su amortización es rápida
Material en polvo o granulado se deposita en una tolva
Se comprime con un embolo o tornillo y se transporta desde la salida de la tolva hasta la tobera de inyección
Plástico se va fundiendo hasta llegar a líquido y se inyecta a presión dentro del molde
4.Con el molde lleno, el tornillo sigue presionando el líquido dentro del molde y es refrigerado por medio de aire o agua hasta su solidificación
Se abre el molde y se saca la pieza (con aire o eyectores)
Se inyecta exceso de polímero para compensar la contracción en el molde
TIPOS DE PRODUCTOS:
Carcasas, recipientes, cubiertas, manivelas, asas,...
MOLDEO POR CALANDRADO
Para la fabricación de películas plásticas
PROCEDIMIENTO:
Se pasa un polímero en masa blanda entre una serie de rodillos giratorios calentados
A medida que pasa por medio de estos rodillos se forma un producto uniforme
Espesor final del producto = espacio entre rodillos
El último par de rodillos se ajustan para dar el espesor deseado
Superficie resultante lisa o mate (según superficie de los rodillos)
TIPOS DE PRODUCTOS:
Revestir materiales textiles, papel, cartón o plancha metálicas
Producción de hojas o películas de termoplástico de distintos espesores
Manteles, films, bolsas, etc
MOLDEO POR COMPRESIÓN
- Ventajas:
· Molde simple y barato
· Baja abrasión y desgaste del molde
· Producción de grandes piezas
· Moldes compactos
· Expulsión de gases durante moldeado
- Inconvenientes:
· Dificultad para fabricar piezas complejas
· Difícil ajustar inserciones con bajas tolerancias
· El sobrante debe cortarse
PROCEDIMIENTO:
Se introduce material de moldeo (polvo o pastilla), se cierra el molde caliente y se aplica presión
En ocasiones, se abre un instante para permitir la salida de humedad y materias volátiles
Se aplica toda la presión al molde caliente y se mantiene hasta el curado total del material
La industria utiliza este método para Termoestables más que Termoplásticos
Termoplásticos: polipropileno, nylon o PEEK (muy caro)
TIPOS DE PRODUCTOS:
Se aplica en piezas simples sin muescas
Suelen requerir acabado superficial
APLICACIONES: bandejas, parachoques,...
MOLDEO ROTACIONAL (ROTOMOLDEO)
- Ventajas:
· Fabricación de formas más complejas
· Utilización de moldes de distinto tamaño y forma simultáneamente
· Al no aplicar presión = moldes baratos y piezas libres de tensiones
- Inconvenientes:
· Materiales finamente pulverizados
· Tapas de carga y descarga del material hechas a mano = ciclos lentos
PROCEDIMIENTO:
Material en polvo o pasta líquida
Plástico frío se introduce en una mitad del molde también frío
El molde se cierra y rota biaxialmente en el interior del horno
El molde se calienta y el plástico comienza a pegarse por las paredes del molde
El plástico fundido recubre completamente la superficie interna del molde
Se comienza la etapa de enfriamiento aún rotando biaxialmente
Una vez solidificado el plástico, se abre el molde y se extrae la pieza
TIPOS DE PRODUCTOS:
Objetos huecos de gran volumen
Sillas, juguetes, lámparas,...
MOLDEO POR EXTRUSIÓN
- Ventajas:
· Proceso continuo y barato
· Alta velocidad de producción
· Bajo coste de mano de obra
· Buenos acabados
· Flexibilidad: puede producir perfiles complejos
- Inconvenientes:
· Necesidad de control exhaustivo
· Variación de forma: el plástico sale del extrusor y se expande: variaciones en el tamaño
· Sólo para geometrías en forma de perfil
PROCEDIMIENTO:
Se alimentan los pellets del polímero en la tolva y se funden por calentadores y por la fricción interna en el contenedor
Al rotar, el tornillo mezcla los pellets con aditivos y los fuerza a pasar a través del orificio, obteniéndose una forma continua
Al ir saliendo el polímero extraído se enfría por aire o por paso a través de un canal lleno de agua
TIPOS DE PRODUCTOS:
Cambiando la forma de la boquilla se obtienen barras de distintos perfiles
Casi todos los termoplásticos (y mayoría de elastómeros) se pueden obtener como barras sólidas y huecas.
Se pueden extruir láminas y películas
APLICACIONES: perfiles, tuberías, fibras, canaletas lluvia, etc
3.3 PROCESOS DE FABRICACIÓN PARA POLÍMEROS TERMOESTABLES
Se realiza normalmente en 2 etapas:
· Se prepara un prepolímero en líquido y se introduce en el molde
· Se añade entrecruzan o catalizador para el curado
NO son reciclajes: no se funden
MOLDEO POR COMPRESIÓN
Introducción de resina plástica (precalentada o no) en un MOLDE CALIENTE
PRESIÓN sobre la resina para que descienda
Licuación de la resina por calor y temperatura para que rellene el molde
Calor para completar el curado (1-2 min)
Expulsión de la pieza
Recortar exceso de material
MOLDEO POR INYECCIÓN
Inyectar resina SIN CURAR en el molde
Curado bajo PRESIÓN y temperatura
El cilindro se calienta a temperaturas moderadas para evitar el curado prematuro
Proceso y equipo similares al moldeo por inyección en termoplásticos
MOLDEO POR COLADA
Mezcla de resina, endurecer y catalizador se vierte en el molde SIN presión
Se produce una contracción muy importante de la pieza
Molde pequeño = posibilidad de fabricar con un elastómero = piezas coladas de alta complejidad sin moldes partidos
MOLDEO POR TRANSFERENCIA
Introducir resina plástica en una cámara exterior donde calienta
Introducir resina en el molde cerrado a través de orificios de colada con un percutor
Curado de la resina con temperatura
Se expulsa la pieza
- Ventajas:
· NO sobrante, NO acabado
· Fabricación de muchas piezas al mismo tiempo
· Fabricación de piezas pequeñas y complejas
- Productos:
· Circuitos integrados, enchufes,...