MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 200 Nota: Una relación L/D alta indica un tornillo largo en relación a su diámetro; por lo tanto, el plástico tendrá una distancia mayor que recorrer desde la zona de la garganta hasta la boquilla. Un recorrido excesivo puede causar degradación del material. El 75% del calor para derretir al plástico es proveniente del husillo. Una relación de radio más grande incrementa el tiempo de residencia, por lo tanto favorece la degradación del plástico dentro de la unidad de inyección. El tiempo de residencia en un tornillo con L/D 18: 1 es de 1.72 seg. El tiempo de residencia en un tornillo con L/D 24: 1 es de 2.17 seg. Un recorrido excesivo puede causar degradación del material. Un recorrido muy pequeño puede dar como resultado pellets sin fundir y una mezcla deficiente de la masa fundida. Esquema de relación de L/D Definición de la relación L/D. En un husillo con relación L/D 20:1, tienes 10 filetes para la alimentación (poca o ninguna fusión en esta sección); cinco filetes de transición o compresión, donde se realiza la fusión; y cinco filetes en la zona de dosificación, que no están diseñados para fundir sino para bombear o empujar el plástico a través de la válvula de retención para construir la contrapresión y su disparo.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 201 Definición de geometría de los tornillos. Dependiendo del tipo de plástico a procesar es el diseño de la geometría de los tornillos, esta geometría nos mejora el proceso de fundición del plástico. Esquema de geometría de los tornillos Nota: Es importante seleccionar bien el tipo de tornillo en lo referente a la geometría, sino también en la resistencia al desgaste. La dureza del barril y el tornillo está en el rango de 54 Rc. a 64 Rc. Los acabados más comunes del tornillo. Se utilizan acabados en los tornillos es para dar mayor resistencia al desgaste abrasivo o corrosivo. Definición acabado de nitrurado. Incrementa su dureza superficial y la vida del husillo, es el tratamiento térmico de más bajo costo, utilizado principalmente para husillos de material 135M y 4140. Esquema de tornillo nitrurado Definición de cromado.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 202 Incrementa la dureza superficial y reduce la fricción del material fundido y los filetes. También es utilizado para prevenir la corrosión del acero debido a las reacciones químicas del polímero en el cañón. Ideal para la inyección de PVC. Esquema de husillo con acabado cromado Definición de carburado. Este tratamiento incrementa la dureza superficial y aumenta la vida útil. Utilizado en acero CPM 9. Esquema de camisas en el barril Tipos de geometría de los tornillos. La geometría del husillo en sus tres zonas no está diseñada para proporcionar un mezclado eficiente, por lo que se deberá tomar en cuenta los aditivos del plástico a procesar y cuando estos tengan master Bach. Aparte de los husillos convencionales, existen otros más especializados. Husillos de doble filete. Husillos para PVC rígido. Husillos para desgasificación.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 203 Filete estándar Doble filete Filete de mezclado Definición de piñas en los tornillos. Es la figura geométrica que tienen algunos tornillos en la zona de homogenización y su función principal es el de mezclar los componentes del polímero. Esquema de piñas en el tornillo Esquema de piña mezcladora en válvula check. Esquema de llave puntera para desmontar válvula check Definición de válvula check. La función de esta válvula inicialmente es dejar pasar el material libremente desde la unidad de inyección al molde para llenar la cavidad y una vez terminado de
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 204 inyectar, y no permitir que el plástico que se está cargando para el siguiente tamaño de disparo se tire. Esquema de válvula check. Válvula en posición de inyección Válvula en posición de carga del tamaño de disparo Esquema del funcionamiento de la válvula Check Esquema de válvula check convencional Esquema de válvula check de 4 piezas Esquema de válvula check con un sistema check Componentes de la válvula Check Punta. Anillo fijo Anillo móvil
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 205 Esquema de funcionamiento de válvula check convencional y bola Nota: Las ranuras de la válvula check sirven para alinear el flujo del plástico antes de ser inyectado en el molde para el llenado de la cavidad. Definición de barril. Es un cilindro metálico que aloja al tornillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de moldeadora. El barril debe ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al mínimo cualquier desgaste. La dureza del barril se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas del cañón, que son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la corrosión durante la operación del equipo. El cañón cuenta con resistencias eléctricas que proporcionan una parte de la energía térmica que el material requiere para ser fundido. El sistema de resistencias, en algunos casos va complementado con un sistema de enfriamiento que puede ser flujo de líquido o por ventiladores de aire. Todo el sistema de calentamiento es controlado desde un tablero, donde las temperaturas de proceso se establecen en función del tipo de material y del producto deseado.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 206 Esquema de un barril Definición de barril venteado. Se utiliza cuando utilizamos plásticos no higroscópicos y la poca humedad que pueda absorber el plástico del medio ambiente se expulsado por la ventila de la unidad de inyección. Definición de barril venteado. Es un barril que se utiliza normalmente con cualquier tipo de plástico higroscópico y no higroscópico. Esquema de unidad de inyección venteada. Esquema de unidad de inyección convencional Tipos de unidad de inyección Unidad de inyección convencional Unidad de inyección venteada
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 207 Esquema de unidad de inyección adiabática Grupo de alto punto de fusión. Son polímeros de alto punto de fusión normalmente entre los 400° a 600° F O 200° a 315° C Para estos polímeros no es suficiente el calor adiabático, ya que este solamente proporciona en promedio el 75 % del calor para derretir el polímero, y se requiere el uso de resistencias eléctricas montadas en la parte exterior del cañón. Para proporciona calor eléctrico que aportara en promedio un 25 % del calor requerido para fundir el plástico. Esquema de unidad de inyección con resistencias Procedimiento para la limpieza de la unidad de inyección. Purgar el tornillo. El primer paso para la limpieza del sistema de plastificación es purgar el husillo. Comience cerrando el flujo de la resina que se está procesando, por lo general mediante el cierre de la puerta de corredera en la parte inferior de la tolva de resina. A continuación, reduzca la velocidad de rotación del tornillo a aproximadamente 15 a 25 rpm y deje operar a esta velocidad hasta que el polímero deje de fluir desde el extremo del dado de extrusión o fuera de la boquilla de inyección.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 208 Esquema de purgado de unidad de inyección. Purgar el tornillo con material purgante. Todas las zonas del cilindro se deben ajustar para alcanzar la temperatura de fusión recomendada para la resina que se utiliza. La máquina necesita alcanzar esta temperatura antes de proceder con el proceso de purga. Dependiendo del tipo de proceso de extrusión, puede ser necesario remover el dado o cabezal para reducir el exceso de presión sobre el extremo de la extrusora. Es por esto que es muy importante que durante la purga se tenga extrema precaución y utilizar dos operadores para realizar esta parte del proceso. Esquema de purgado con material purgante Un operador debe estar en el panel de control para observar la velocidad del tornillo y carga del motor para garantizar que la unidad no se sature. El segundo operador necesita observar el indicador de presión de descarga para asegurarse de que el sistema no tenga exceso de presión. Al mismo tiempo, el tornillo debe estar girando a alrededor de 15 a 20 rpm.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 209 Esquema de por qué dos operadores. Una vez que el dado ha sido completamente purgado, la rotación del tornillo se puede detener de manera que el dado de la extrusora o la tapa del extremo en la máquina de inyección se pueda quitar y el extremo del tornillo pueda quedar expuesto. Con el dado o la tapa de extremo retirados, el tornillo se puede reiniciar girando a aproximadamente 10 rpm para permitir que la resina de purga restante se bombé con el tornillo. Limpieza de un husillo. Es muy común que los departamentos de mantenimiento usen un soplete de acetileno como parte del procedimiento de limpieza del tornillo. Esto es un gran error. Los husillos de plastificación se fabrican con gran precisión. La mayoría de las tolerancias en el tornillo son de ± 0,001 pulg. (0,025 mm). Los husillos son rectos a aproximadamente 0,004 pulg. (0,1 mm) y tienen un acabado muy pulido. El uso de un soplete no sólo afectará estas tolerancias estrechamente mecanizadas, sino que puede destruir las propiedades metalúrgicas del metal base. Para evitar daños a los componentes, no debe utilizar destornilladores de acero, raspadores, o palancas para limpiar husillo y barriles. Las herramientas y los materiales de limpieza adecuados necesarios. Esquema de limpieza del husillo
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 210 Esquema de tornillo de extrusión Esquema de limpieza de cañón El tamaño del tornillo determinará la cantidad de resina necesaria para la purga el sistema. Por ejemplo, en un tornillo de 2 pulgadas (50 mm) de diámetro, la cantidad necesaria sería de alrededor de 10 libras (5 kg); mientras que un tornillo de 3,5 pulgadas (90 mm) puede requerir 33 libras (15 kg) de material de purga. Definición de estrusado de doble husillo. Descrito de una manera simple, la extrusora de doble tornillo es una máquina compuesta por dos tornillos idénticos, que están montados sobre ejes y que giran en la misma dirección dentro de una carcasa cerrada y fija llamada «barril». Las extrusoras de doble tornillo funcionan de manera continua y con tiempos de residencia muy cortos. Esquema de extrusora doble husillo
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 211 Funcionamiento de la extrusora doble husillo. La extrusora de doble tornillo utiliza tornillos modulares. Los tornillos segmentados se ensamblan en ejes estriados. El motor de la extrusora transmite la potencia a los ejes de la caja de engranajes y los tornillos giratorios imparten cizalla y energía en los materiales que se procesan. Los tornillos están compuestos por elementos con y sin canales, para transportar, fundir y mezclar los materiales que están siendo dosificados en el husillo mediante alimentadores. Las ventajas de las extrusoras de doble tornillo ofrecen. Notable capacidad de mezcla Alto nivel de flexibilidad de los procesos Mejor control de los parámetros de los procesos Mayor productividad de los procesos Esquema de extrusoras de doble husillo Esquema de tipos de giro de extrusora doble husillo Definición del motor. El motor de la maquina extrusora es el componente del equipo responsable de subintrar, la energía necesaria para proporcionar el transporte y el bombeo de la resina atreves del cabezal y la boquilla. Aparte de suministrar entre el 70 a 80 % de calor adiabático. La velocidad del motor es de 1750 a 2000 revoluciones por minuto.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 212 Mientras la velocidad de giro del tornillo es de 40 a 60 revoluciones por minuto. La reducción de velocidad del tornillo puede hacerse con reductor de velocidad de engranes o sistema de reducción de velocidad con poleas y bandas o una combinación de engranes y poleas. El motor proporciona velocidad de giro del tornillo (R.P.M) y torque de giro que es es la fuerza aplicada en una flecha para hacerla rotar. Esquema de motor y reducción de velocidad Definición de coplee de acoplamiento del tornillo El husillo de extrusión es básicamente un tornillo de Arquímedes fijado por un extremo a un motor que lo hace girar a una velocidad angular (R.P.M.). Es en la parte trasera del husillo que se acopla al motor para poder transmitir velocidad de giro y torque al husillo, a esta parte del husillo se le denomina coplee. Esquema de coplee de acoplamiento del tornillo Definición de cabezal o dado. El componente de la línea denominado cabezal, es el responsable de conformar o proporcionar la forma del perfil.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 213 Esquema de cabezal o dado Definición de plato rompedor o filtros. Constituyen el punto de transición entre la extrusora y el cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad del material estrusado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado a romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte, mientras que la función de los filtros es la de eliminar del estrusado partículas o grumos provenientes de impurezas, carbonización, pigmentos o aditivos. Esquema de plato rompedor Nota: El plato rompedor cambia el flujo de rotación del plástico (Axial) a flujo recto (Radial) Coloquialmente le quita lo mareado al plástico para evitar deformación de los perfiles al salir del dado Filtros es quitar las impurezas que tienen el plástico o pellet que no se fundieron Esquema de ubicación del plato rompedor
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 214 Esquema de unidad hidráulica portátil Esquema de plato rompedor Los parámetros de control del proceso de moldeo por extrusión. Temperatura de la unidad de inyección. Temperatura del dado. La revoluciones por minuto del tornillo o husillo La velocidad de giro del tornillo sin fin de alimentación de la tolva a la unidad de inyección. Se debe cuidar porque el plástico fluya, con volumen y velocidad de flujo uniforme, Temperatura del agua de la tina (Calandria) donde se enfría el plástico.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 215 Esquema de maquina extrusión Defectos más comunes de moldeo por extrusión. Flujo interrumpido Superficie del perfil con ondulaciones o perturbe rancias (acabado cascara de naranja) Perfiles contaminados por plástico degradado. Perfiles con hundimientos o burbujas. Esquema de problemas en proceso de extrusión Técnica de solución de problemas Documentar las lecciones aprendidas en proceso de extrusión. Esquema de solución de problemas de extrusión
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 216 Problemas y soluciones del proceso de extrusión. Como paso previo a emprender las acciones con miras a remediar problemas que pudiesen presentarse durante este tipo de procesamiento, se sugiere verificar primero. Existe alguna falla reportada en el equipo. Se ha seguido cabalmente el procedimiento de arranque, funcionamiento y parada del equipo. Esquema de reporte del equipo Se están empleando las condiciones de operación recomendadas para la resina utilizada. Esquema de manual de la resina Se han razonado las consecuencias de modificar las condiciones de operación del equipo. Esquema de autoridad Las respuestas a estas preguntas pueden evitar que se emprendan acciones correctivas que tengan peores consecuencias que el inconveniente inicialmente detectado.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 217 En caso de no conseguir solventar el problema mediante el análisis de los cuatro puntos anteriormente cuestionados, a continuación se presenta una lista de recomendaciones para la solución de frecuentes problemas en el procesamiento de resinas mediante la técnica de extrusión. Finalmente un operador calificado debe estar siempre atento ante la presencia de situaciones indicadoras de posibles fallas en el proceso, para ello se sugiere inspeccionar. Amperaje alto en el motor: Las posibles causas para este suceso pueden llegar a ser: baja temperatura de la resina, mala selección de la misma, atascamientos en las rejillas, capacidad del motor o contaminación dentro del sistema. Las posibles soluciones incluyen en primera instancia incrementar las temperaturas y verificar la salida eléctrica de los calentadores, así como cambiar las rejillas de la placa perforada. También es necesario evaluar el motor, diagnosticar su estado y ver si requiere mantenimiento, o disminuir su velocidad. También debería extraerse el tornillo para revisar si hay algún tipo de contaminación. Esquema de motor eléctrico
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 218 Salida de material interrumpida. Las posibles causas de este inconveniente pueden ser el aglutinamiento de la tolva, obstrucción o problemas con temperatura de la zona de la garganta, temperatura máxima de esta zona debe ser 145°. Esquema de temperatura en la unidad de inyección También es una buena opción ver la proporción de plástico reciclado por lo normal no debe ser mayor a 25%. Revisar que tengamos flujo de agua y llaves abiertas. Esquema d eflujo de llaves abiertas y flujo de agua Flujo desigual (“surging”): Las causas pueden ser temperaturas no adecuadas, en la unidad de inyección, problema con termocoples o resistencias dañadas. Filtros o placa rompedora sucia.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 219 Esquema de plato rompedor o filtros sucios Lote de material. No hay salida de material: Aquí intervienen factores relacionados con la tolva, el tornillo, el paquete de mallas y/o el dado de extrusión. Obstrucción en la zona de la garganta. Limpieza del tornillo con material purgante. Esquema de limpieza con material purgante Incrementar temperatura del dado Partículas no fundidas en la pieza extruida: El origen del problema proviene seguramente del paquete de mallas. Un ajuste incorrecto de temperaturas.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 220 Esquema de controlador de temperatura Contaminación. Perfil de extrusión descolorido. El motivo de un perfil sin color homogéneo involucra degradación del polímero, Mezcla mala o incorrecta. Bajar las revoluciones por minuto Superficie rugosa. Temperaturas de la unidad de inyección. Cambio de lote de material. Piel de tiburón. Cambiar filtros Limpieza del plato rompedor Temperaturas de la unidad de inyección. Cambio de lote de material.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 221 Finalmente un operador calificado debe estar siempre atento ante la presencia de situaciones indicadoras de posibles fallas en el proceso, para ello se sugiere inspeccionar. Ver. Se encuentran operando correctamente los sensores de temperatura, presión y consoladores de temperatura. Esquema de ver Se encuentran todas las zonas de calentamiento dentro, por encima o por debajo de la temperatura programada de control. Escuche. El motor de la extrusora, los relevadores (Relay) de los controladores de temperatura, tienen el sonido característico. Esquema de escuchar Sentir. Existe una vibración inusual en la reductora. Se encuentra caliente o fría la línea de salida de agua de la garganta. Esquema de sentir Es importante que en cada jornada se lleve un registro detallado de las fallas y anomalías que se presentan en la operación de una extrusora, ya que esta información permite la realización de análisis para repotenciación y/o reemplazo de equipos.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 222 Esquema de documentación de problema Diferencia entre el proceso de moldeo por inyección y moldeo por extrusión. Parámetros de moldeo por extrusión Parámetros de molde por inyección Temperatura zona de alimentación. Temperatura zona de alimentación. Temperatura zona compactación. Temperatura zona de plastificación. Temperatura zona de dosificación. Temperatura zona de homogenización. Velocidad del husillo de alimentación. No aplica. Revoluciones por minuto del husillo. Revoluciones por minuto del husillo. No aplica. Presión de inyección. No aplica. Velocidad de inyección. No aplica. Posición por transferencia. No aplica. Pull back. No aplica. Back presure. No aplica. Tamaño de disparo. Esquema de diferencia entre moldeo por extrusión e inyección Definición de máquina de extrusión de filamento para impresora 3D Esquema de una extrusora de filamento 3D Qué material utilizan las impresoras 3d.
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 223 El adquirir una impresora 3D involucra varios aspectos que deben ser considerados previamente a la compra. Una de las características más importantes de estos equipos es el material que utilizan para la impresión de los sólidos. Dependiendo de la industria o negocio en el cual vaya a ser utilizada la impresora variará el material, ya que cada uno tiene propiedades distintas que determinarán la apariencia final del sólido. La mayoría de las impresoras 3D utilizan un filamento de material termoplástico, el cual durante la impresión sale derretido del extrusor y luego se endurece a medida que se enfría. Materiales flexibles TPE o TPU (Plásticos elastómeros) Son los filamentos flexibles. La ventaja de usar estos filamentos para la impresión 3D es que permiten la creación de objetos deformables, ampliamente utilizados en la industria de la moda. Esquema de TPU El más común es el ABS (Plástico comercial) Es un plástico muy resistente al impacto (golpes) El material ABS es un plástico que puede resistir altas temperaturas por lo que debe ser utilizado en impresoras que sean capaces de alcanzar temperaturas elevadas. Se funde entre 230ºC y 260ºC. Esquema de plástico ABS
MOLDEO PARA ADMINISTRATIVOS 224 El menos común es PLA (Plástico comercial) Este material tiene la ventaja de ser biodegradable, a diferencia del ABS. El PLA se fabrica con materias primas renovables como el almidón de maíz. Es uno de los materiales más fáciles de imprimir, aunque tiende a reducirse ligeramente después de la impresión 3D. Se imprime a una temperatura más baja que el ABS, entre 190ºC a 230ºC. Esquema de PLA Plásticos de ingeniera. (PEEK, PEKK, ULTEM) La evolución de las tecnologías de impresión 3D ha llevado a un extenso trabajo de investigación sobre materiales de impresión, permitiendo el desarrollo de una gama completa de filamentos de alto rendimiento con características mecánicas similares a las de los metales. Existen varios tipos de materiales de alto rendimiento como PEEK, PEKK o ULTEM. Estos filamentos tienen una resistencia mecánica y térmica muy alta, son muy fuertes y al mismo tiempo mucho más ligeros que algunos metales. Estas propiedades los hacen muy atractivos en los sectores aeroespacial, automotriz y médico. Debido a sus características, los polímeros de alto rendimiento no se pueden imprimir en todas las máquinas 3D del mercado. Esquema de PEEK, PEKK, ULTED