Desde que Alexander Parkes dio a conocer el primer plástico hecho por el hombre en la Gran Exposición Internacional de Londres de 1862, las tecnologías de fabricación y transformación de los materiales plásticos ha evolucionado mucho. En este blog vamos a repasar algunos de los más importantes y conocer todo lo que debemos tener en cuenta a la hora de materializar nuestras ideas. En ocasiones, escoger el método de fabricación correcto puede ser una decisión crucial para lograr que un proyecto sea viable.
Desde mitades del siglo XX, es imposible entender la industria sin el uso de los plásticos: desde una botella de agua hasta un mueble o desde una carcasa de un microprocesador hasta unas gafas de realidad aumentada. Los plásticos permiten fabricar productos con unos costes y ciclos de producción impensables antes de su aparición.
Sin embargo, ¿sabes qué es mejor para tu proyecto? Hoy te ayudamos a descifrarlo, entendiendo cada método de fabricación, para qué se emplea, y también vamos a profundizar en las decisiones que nos llevarán a saber qué elección será la mejor, como por ejemplo atender al número de unidades (u) que vamos a producir o el coste (€) por unidad según el proceso.
Vamos a hacer un descripción de los métodos de fabricación existentes para plásticos que nos ayude a entender sus características.
Moldeo por inyección
Este proceso consiste en introducir un polímero fundido a presión dentro de un molde. Cuando el material rellena la cavidad, se enfría y las placas del molde se separan, expulsando el objeto ya conformado. Existen moldeos por inyección de baja presión y de alta presión.
La diferencia de presión influye en muchas variables:
Material: en baja presión, los materiales que se pueden utilizar son más limitados.
Diseño formal: las formas que se pueden generar en baja presión deben de ser más sencillas. Sin embargo, el moldeo de alta presión permite obtener formas más complejas, ya que es más fácil rellenar un molde con recovecos, paredes finas y canales estrechos. Se pueden obtener varios objetos de un mismo molde.
Tiempo: en fabricación de elevada presión mecanizar el molde requiere más tiempo por su complejidad, pero los ciclos de producción son más cortos, por lo que la producción es más rápida.
Precio: los moldes de alta presión son más caros, por lo tanto la inversión inicial es mayor.
Impresión 3D
La impresión 3D es un conjunto de tecnologías de fabricación que se han desarrollando notablemente en los últimos años. Existen distintos tipos:
Extrusión de material FDM
Estereolitografía SLA
Fusión en lecho de polvo SLS
Procesamiento digital de luz DLP
En general el tiempo y coste de producción de estos métodos suelen ser altos, pero no suponen una gran inversión inicial, ya que no requieren un molde. Por ello son muy comunes a la hora de generar prototipos y testearlos para corregir las dimensiones. Aún así, se están empezando a usar cada vez más para producciones en serie.
La mayor ventaja es que permite generar formas de todo tipo, con huecos, taladros, hundidos y nervios complejos. Por ello, se ofrece la posibilidad de diseñar productos estilizados, orgánicos y con formas atractivas, que llamen la atención al comprador y destaquen en el mercado, pudiendo renovar y mejorar los diseños cada poco tiempo, con diferencias mínimas en los costes de producción. El inconveniente principal es el acabado. En la impresión por deposición fundida (FDM), la más común, la superficie queda marcada por las capas de material que generan estrías. En cambio, en la estereolitografía, el acabado es más liso, aunque puedan apreciarse ligeramente las capas. En el caso de la fusión en lecho de polvo (SLS), el acabado es algo arenoso. Sin embargo, existen numerosas maneras de mejorar el acabado superficial de las piezas, mediante tratamientos con ácidos, pinturas o pulidos, aunque se debe de tener en cuenta que se aumentan los tiempos y costes de producción.
Estos métodos son viables para pequeños volúmenes de producción o no demasiado altos, piezas pequeñas o formas muy complejas u orgánicas. Además, en métodos como el FDM, la gama de materiales está creciendo mucho, pudiendo emplear aditivos, metales o fibras para conseguir buenas propiedades mecánicas, como la resistencia de las piezas, así como plásticos respetuosos con el medioambiente que permiten en muchos sectores, como el packaging un gran posicionamiento en el mercado.
Moldeo por compresión
El moldeo por compresión es un método de fabricación consistente en una prensa que calienta y comprime el material para darle la forma deseada. Su uso es limitado debido al coste y a la limitación en la forma, ya que generalmente el moldeo por inyección se presenta como una opción más adecuada.
Envolvente de plástico
La generación de piezas por envolvente de plástico es un método poco extendido, a pesar de ser una opción con bastante viabilidad en algunos casos. Consiste en plegar y mecanizar una plancha de plástico. Combinando dos o más piezas que se pueden ensamblar, se consigue obtener cajas y carcasas.
Las limitaciones principales están en el diseño formal, ya que solo se pueden plegar las planchas en una dirección. La gama de acabados y materiales es también más reducida que los métodos alternativos.
Se presenta como una alternativa al moldeo de inyección, ya que la inversión inicial es bastante menor, aunque el precio por pieza sea algo mayor. Por ello a la hora de fabricar tiradas cortas y objetos relativamente grandes, es una opción viable.
Termoconformado por vacío
El termoconformado con vacío se emplea para generar formas de un grosor aproximadamente constante, a partir de láminas de plástico. El precio de inversión inicial por el molde es mayor que la envolvente o la impresión 3D, pero menor que un molde de inyección.
Las limitaciones principales residen también en el diseño formal: las laminas de las que se parte tienen un grosor máximo, y por tanto unas propiedades mecánicas limitadas. Aun así, en algunos casos se le pueden aplicar mecanizados posteriores. Es, por tanto una alternativa al moldeo de inyección o al moldeo por compresión, reservada para ser aplicada cuando la forma lo permite.
Molde de silicona
En este caso, se emplean moldes fabricados con materiales gomosos, que pueden utilizarse hasta 25 veces, aunque es entre 15 y 20 donde se garantizan mejores resultados. La inversión para obtener el molde es bastante menor que otros formatos, por lo que se convierte en una opción viable para tiradas cortas.
Existen limitaciones en el diseño, así como con el tipo de polímeros que se puede usar. Puede funcionar para obtener un prototipo o una preserie, que posteriormente pueda ser mejorada y fabricada, por ejemplo, en inyección en moldes de acero, donde harán falta muchas más unidades para que la producción salga rentable.
Rotomoldeo
El rotomoldeo se emplea para generar formas vacías, de un grosor aproximadamente constante y que se definen por su superficie. El polímero se vierte en el molde y este rota en todas direcciones para distribuir el material.
Al igual que en el moldeo de inyección, se necesitan un número mínimo de unidades para que este método salga rentable. A partir de ahí, el precio marginal por unidad es bastante bajo. Existen bastantes limitaciones en el diseño de la forma, por lo que se debe adaptar el producto para este método concreto. A pesar de ello, tiene la ventaja de permitir diseños muy voluminosos y resistentes, así como admitir distintos tipos de polímeros y aditivos.
¿Cuántas unidades (u) voy a producir?
Conocer el número aproximado de unidades de fabricación
Lo primero es saber, aproximadamente, la escalabilidad del proyecto y cuántas unidades se van a fabricar. Hay clientes que requieren una primera fase de estabilización y conocer la viabilidad mediante pruebas, que es accesible mediante la fabricación con plásticos gracias al gran número de opciones que hay.
Rentabilidad
Cuántas más unidades se produzcan, más barata sale la unidad y mejor rentabilidad se saca a la inversión realizada inicialmente.
Método de fabricación
El método de fabricación se elegirá teniendo en cuenta la previsión del volumen de fabricación.
Coste por unidad según proceso
Como se observa en el gráfico comparativo de costes para la fabricación de plásticos mediante diferentes procesos, frente a las unidades, existen métodos adaptados a la cantidad de unidades que se desean fabricar. Por ejemplo, se puede extraer que el moldeo por inyección a alta presión resulta completamente más rentabilizado para tiradas muy largas de fabricación, al igual que el termoconformado por vacío.
Además, influyen otros factores que explicaremos a continuación.
| Restricciones en el diseño | Acabados superficiales | Materiales |
Inyección | Existen limitaciones geométricas como recovecos, paredes finas y espacios cerrados. Además, el diseño deberá tener ángulos de desmoldeo para poder extraer la pieza del molde. | El acabado se define mecanizando el molde. Conlleva un encarecimiento, pero es posible obtener diferentes variantes, y aplicarlas a una misma pieza. | Pocas restricciones: gran parte de los plásticos son aplicables en este método. |
Impresión 3D (FDM, SLS, SLA...) | La principal restricción del diseño es el tamaño. Es posible generar prácticamente cualquier forma, aunque resulte muy compleja. | El acabado no es controlable, puede ser estriado (FDM), liso (SLA) o arenoso (SLS). Se pueden aplicar pintados, pulidos o alisados con acetona, si el material lo permite. | Al ser una tecnología relativamente reciente, los materiales son limitados, aunque innovadores. Se pueden integrar partículas metálicas para obtener mayor resistencia. |
Rotomoldeo | Permite generar espacios cerrados, pero el grosor de la pieza debe ser constante. | Se define por el molde. El acabado de las superficies internas no es controlable, ya que no está en contacto con el molde. | Pocas restricciones: gran parte de los plásticos son aplicables en este método. |
Envolvente de plástico | Son piezas que parten desde láminas, que sólo pueden curvarse en una única dirección y en un único sentido | Los acabados son limitados, y se aplican con la pintura tras la conformación. Se permiten distintos tipos de granulados. | Pocas restricciones: gran parte de los plásticos son aplicables en este método. |
Como hemos observado, la industria de fabricación de plásticos es muy amplia y permite diversos métodos, adaptados a la forma, los requerimientos del producto, el volumen de producción, etc. Existen otros factores que es importante controlar, como los proveedores, alternativas al uso de plásticos no reciclados y métodos de inversión o financiación.
Proveedores
Conocerlos nos permite encontrar la solución más eficiente y con mejores resultados para nuestro proyecto. Igualmente, hay más factores que influyen a la hora tomar nuestra decisión. Por ejemplo, si queremos fabricar un producto con distintas piezas, puede que cada una tenga un método de fabricación ideal, pero nos obligaría a tratar con varios proveedores. Por tanto, diseñar piezas adaptadas a los métodos de
fabricación, puede reducir el número de proveedores, y por tanto tener un mayor poder de negociación a la hora de conseguir precios de fabricación competitivos en el mercado.
Plásticos reciclados
En ocasiones, se buscan piezas que no requieren de unas propiedades mecánicas y estéticas demasiado exigentes. En estos casos, se pueden utilizar plásticos reciclados, con el objetivo de tener una producción más respetuosa con el medio ambiente. También existen alternativas a los polímeros de altas prestaciones que tienen su origen en materiales biodegradables como el PLA (ácido poliláctico), procedente de materias primas renovables y naturales, muy utilizado en impresión 3D. Conocer los requerimientos técnicos de nuestro proyecto nos llevará a elegir el método de fabricación más adecuado.
Inversión y financiación
Otros factores se deben a la inversión y vistas de futuro del proyecto. Conocer el mercado, las posibilidades de éxito y los riesgos, permite decidir correctamente a la hora de fabricar nuestro producto. Una tirada corta requiere menos inversión, pero si el producto funciona y quieres aumentar el volumen de producción, conllevará más tiempo y dinero. En ocasiones, es una buena idea generar un prototipo o una imagen fotorrealista atractivo para buscar financiación y así poder tomar la decisión de iniciar una inversión mayor con otro método de fabricación que aporte una mayor rentabilidad en el futuro. Por lo tanto, hacer un análisis del producto y el mercado, siempre será necesario para asegurar la viabilidad del proyecto.
Estos son algunos de los factores a tener en cuenta. Desde Trem ye acompañamos y guiamos en todas las partes de este proceso para lograr resultados óptimos. Si tienes alguna duda, puedes contactarnos, sin ningún compromiso, estamos encantados de escucharte.