Microinyección: micromanufactura de plásticos

Cosmos . Envase y embalaje, Hules y plásticos 1791 2 Comentarios

Obtener piezas pequeñas de plástico es todo un reto, principalmente porque las micropiezas tienen tamaños menores a 10 milímetros. Además, la preparación homogénea de la masa fundida; los tiempos reducidos de permanencia de los plásticos y el funcionamiento del equipo son decisivos en la calidad de las piezas.

A partir de la microinyección de plástico se fabrican piezas que exigen alta precisión, como husillos, férulas, piezas para aplicaciones dentales, piezas para cirugías quirúrgicas o mecanismos de reloj.

Es real que la microinyección ofrece amplias posibilidades de creación, pero tiene algunas limitantes y requisitos específicos.

La microinyección de polímeros termoplásticos o micromoldeo por inyección son procesos productivos basados en la termofusión e inyección a presión de un plástico en una micro cavidad de un molde, para obtener piezas con un peso menor a 0.1 gramos (100 miligramos) y con un tamaño inferior a los 4 mm.

Las primeras producciones a gran escala de micro componentes plásticos se iniciaron a finales de los años 80, fueron los japoneses, estadounidenses, alemanes y suizos los primeros en trabajar con esta técnica.

Actualmente las micropiezas se moldean mediante procesos de microinyección que utilizan equipos similares a los de inyección convencional, aunque a una escala inferior. La innovación de la tecnología es atractiva y prometedora, no obstante los trabajos son reducidos en comparación con la inyección de plásticos convencional.

Una dificultad que se ha presentado es que desde el punto de vista físico, durante la microinyección, se somete al polímero a condiciones extremas porque se introduce en un volumen muy pequeño y se le fuerza a tomar formas complejas. En general, el proceso termodinámico de calentamiento y enfriamiento es brusco por las condiciones de presión, temperatura y espacio. Todo esto hace que el comportamiento del material no sea el habitual, y por lo tanto, las condiciones que debe cumplir el micromolde y los parámetros del proceso se deben adaptar a las circunstancias físicas.

Como se puede apreciar, todo el conjunto de factores internos y externos son de vital importancia para el resultado final del proceso de microinyección que, en otras palabras, es llevar al extremo a los materiales. Por ello las reglas habituales no funcionan y los lineamientos, tanto de la máquina y del material, son completamente diferentes. La precisión es exigente en la microinyección.

El moldeo por inyección de piezas que pesan menos de un gramo, cuyas aplicaciones llevan al límite a este proceso, converge con la producción de partes con especificaciones precisas.

Algunas de las piezas que ahora se procesan por medio de la microinyección pueden ser engranes, carcasas para engranajes, componentes de aparatos auditivos, sensores, lentes, rodamientos y hasta grapas utilizadas en cirugías quirúrgicas.

De forma muy general, algunas especificaciones del proceso implican:

  • Temperatura del molde: es necesario que la temperatura sea próxima a la temperatura de fusión para evitar la solidificación instantánea del material al entrar en contacto con las paredes del molde.
  • Velocidad de inyección: se deben inyectar a la máxima velocidad que proporciona la máquina en el menor tiempo posible y evitar que el material solidifique durante el mismo. Además, una mayor velocidad incrementa la temperatura, ayudando a que el material fluya mejor.
  • Sistema de control: es importante tener en cuenta que el sistema hidráulico debe ser lo suficientemente dinámico para permitir volúmenes de inyección extremadamente bajos con tiempos de inyección menores de 0.1 segundos.
  • Fabricación de moldes de microinyección: pesar de no formar propiamente parte del proceso, son indispensables para realizar las micropiezas. Actualmente existen equipos específicos de mecanización que proporcionan los requerimientos necesarios.

Para la fabricación de moldes, existen equipos de ultraprecisión con punta de diamante, mecanizado con herramientas de corte especial, sistemas de microerosión, equipos de mecanizado láser, entre otras. El mecanizado láser ha presentado gran potencial para este nivel de requerimientos, pues se pueden fabricar geometrías bastante pequeñas de manera óptima.
La elección del material es de suma importancia puesto que, como habíamos comentado, en el proceso de microinyección el material se estresa más que en una inyección convencional ya que las velocidades de inyección son más altas y las velocidades de enfriado son rápidas, no cualquier material puede soportar estas condiciones extremas necesarias para obtener una pieza de calidad.

Los materiales más usados en microinyección son: polímeros de cristal líquido (LCP), copolímeros de olefina cíclica (COC), policarbonato (PC), poliestireno (PS), polifenileneter (PPE), polimetilmetacrilato ( PMMA), polieteretercetona( PEEK), polisulfonas ( PSU) , poliamidaimida ( PAI), polieterimida ( PEI), polibutilentereftalato ( PBT) , poliamidas ( PA) y poliacetal (POM).

  • Si se requiere una alta reproducción se elegirán LCP o COC.
  • Si el proceso de inyección requiere materiales con alta fluidez se optarán PC, PA, POM, PBT, PEI, PPE y PSU.
  • Si se requiere alta resistencia a la temperatura se utilizará PEEK y PEI.

En la tabla 1 se muestran algunos ejemplos de aplicaciones típicas en micropiezas y el polímero utilizado.


Figura 1. Tabla de aplicaciones típica de algunos polímeros empleados en microinyección.
Fuente: Elaboración propia con datos de La Universidad de Asturias.

Como parte de la innovación en el sector del micromoldeo por inyección, se ha logrado implementar otra técnica: microinyección por ultrasonido. La novedad es que este sistema se basa en la plastificación del material por medio de ultrasonido.

Usualmente, el ultrasonido se utilizaba en aplicaciones industriales para la medición de distancias y caracterización interna de materiales, además, en la industria del plástico se emplea como soldadura en sellado de materiales plásticos, corte, limpieza y desengrase de herramientas.

Las propiedades viscosas y elásticas del plástico permiten que sea moldeado por ultrasonido con un nivel de estrés mucho menor al que se somete el polímero si lo comparamos con los métodos tradicionales que lo friccionan y comprometen durante el proceso.

Las ventajas que tiene el moldeo por ultrasonido incluyen: un mínimo estrés del polímero durante su procesamiento; se logran piezas de espesor menor a 0.2 mm; existe un menor consumo específico de energía que llega a ser hasta 90 veces menor que en la tecnología tradicional; no hay tiempo de calentamiento, es un proceso estable y repetitivo; al tener baja presión y alta fluidez del plástico moldeado permite producir paredes muy delgadas sin deformaciones y como no existe el paso, no hay purga, lo que conlleva a un ahorro de material.

El ultrasonido presenta gran campo de oportunidad para incursionar en un proceso de especialidad para quienes se dedican a la inyección de polímeros que deseen entrar a nuevos y crecientes mercados como los de electrónica, medicina, telecomunicaciones y automotriz.

A pesar de que el desarrollo de inyección de plástico de piezas micro ha sido lento, debido a las características de las micropiezas, se ha avanzado en el tema y hoy en día es una realidad obtener piezas muy pequeñas con características precisas y definidas.

Los campos que se han beneficiado con esta técnica han sido el sector médico, relojero, de electrónica y divisiones industriales que requieren piezas con pesos inferiores a un gramo y de extrema precisión.

Páginas relacionadas:

http://atomizadoresdeplastico.com

http://flejesdeplastico.com

Encuentra proveedores de este producto

"Trackback" Enlace desde tu web.

Comentarios (2)

  • Jenifer Yuñez

    |

    Es increíble la cantidad de aplicaciones que tiene esa tecnología. Gracias por el post. Saludos.

    Responder

    • Cosmos

      |

      Estimada Jenifer. Gracias por tu comentario.

      Saludos.

      Responder

Deja un comentario


tres + = 5