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25 de octubre de 2016 | formlabs.com
LIBRO BLANCO DE FORMLABS :
Fabricación de Moldes Mediante Impresiones 3D
Técnicas de Prototipado y Producción
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Tabla de Contenidos
Introducción 3
Moldeado por Inyección 5
Termoformados 7
Fundición con Elastómeros 11
Conclusión . 13
La fabricación de moldes mediante la impresión 3D de
escritorio permite a los ingenieros y diseñadores obtener una
mayor funcionalidad de su impresora 3D, más allá del
prototipado. La fabricación de moldes abre un mundo de
materiales de producción, y proporciona la capacidad de
producir lotes a corto plazo y diseños de moldes de prueba
antes de comprometerse a herramientas costosas.
Este documento técnico cubrirá tres de estas estrategias de
moldeo: moldeo por inyección, termoformado y elastómeros
de fundición. Usualmente, los moldes se hacen con la Resina
Clear de Formlabs, preferida por su translucidez, aunque
cualquier Resina Standard es apropiada, y la Resina High
Temp es ideal para procesos de moldeo más exigentes
térmicamente. Debe tenerse en cuenta que para estos
procesos la impresión 3D de estereolitografía (SLA) es la más
adecuada, dado que las piezas impresas son tanto isotrópicas
como estancas.
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Prototipado y Producción a Corto Plazo con Herramientas de Impresión 3D
Proceso Material Tiempo de espera Coste Material (e g: 300 ml / cm³ molde)
Creación de Moldes y Producción en Casa
Form 2 & máquina de moldeado
5–24 horas (timpo de impresión del molde
Approx $50 de la Resina High Temp
Molde de SLA Encargado
Máquina de moldeado
3–5 díasApprox $700 de la oficina del servicio de impresión industrial de SLA
Molde de Metal Encargado
Máquina de moldeado
1–2 semanasApprox $6,400 de la oficina del servicio de macanizado en alumbre
Creación y Producción del Molde Encargado
Nada - completamente subcontratado
1–3 semanasVa desde $4,000 to $15,000, dependiendo del volumen y los materiales
La fundición de la silicona y algunos moldes de inyección de escritorio son posibles con las
Resinas Standard de Formlabs. La Resina High Temp, que tiene el HDT @ 0.45 MPa más
alto de todos los materiales de impresión 3D actuales del mercado, permite imprimir piezas
que se pueden utilizar para moldear a temperaturas altas, como el termoformado y
moldeado por inyección de materiales con temperaturas de fusión más elevadas.
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Moldeado por Inyección
La impresión 3D SLA de alta resolución de la Form 2 se puede usar para
prototipar rápidamente moldes de inyección baratos que pueden producir
piezas reales en una amplia variedad de termoplásticos. Los moldes de
inyección de escritorio pueden ser utilizados para validar los diseños de
moldes antes de fabricarlos en herramientas metálicas, o para la
producción corta de piezas.
El documento técnico sobre el Moldeado por Inyección con Moldes
Impresos en 3D estudia el moldeo por inyección de escritorio usando
moldes impresos con la Resina Clear de Formlabs. Con el lanzamiento de
la Resina High Temp de Formlabs, desarrollada para una mayor resistencia
a la temperatura y rigidez, el documento técnico se ha actualizado para
describir los beneficios de la impresión de moldes con la Resina High
Temp en su lugar, que es menos probable que fallen a causa del choque
térmico o la temperatura de deformación.
Obtenga más información sobre el Moldeado por Inyección con Moldes Impresos en 3D.
Carcasa de un dispositivo USB, impreso en 3D en la Form 2 con la Resina High Temp.
Este molde de extracción directa contiene un núcleo, una cavidad y dos
puertas que conducen a las dos mitades de la carcasa. Los moldes
impresos con la Resina High Temp se pueden utilizar para moldear una
amplia variedad de termoplásticos sin choque térmico o deformación a
causa de la temperatura.
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Formlabs High Temp Resin es capaz de moldear por inyección una amplia gama de plásticos.
El uso de los moldes impresos en 3D reproducen la calidad y la precisión
del acabado de la impresión SLA en la Form 2. Los moldes se pueden
imprimir con una altura de capa de 100 micras para un prototipado más
rápido, no obstante, se recomiendan 50 micras para un alto nivel de detalle
y suavidad.
En el transcurso de tres iteraciones, esta carcasa de USB se ajustó para
eliminar las marcas de las hendiduras, las trampas de aire y la corrección
de la contracción parcial. El coste total de materiales para el prototipado
de esta herramienta de moldeo en Resina High Temp: $ 25.
La carcasa del USB con la electrónica, moldeada en HDPE a partir del uso de la Resina High Temp.
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Termoformados La impresión en 3D de moldes termoformados en la Form 2 es un
método rápido y eficaz para crear piezas de formado por vacío de alta
calidad para la producción de lotes pequeños. Los moldes
termoformados impresos se pueden utilizar para fabricar prototipos de
empaquetado, retenedores ortodónticos y moldes seguros de alimentos
para la realización de chocolate.
Los moldes termoformados experimentan menos presión que los
moldes de inyección, pero todavía alcanzan altas temperaturas
superficiales. La Resina High Temp resiste la deformación y
degradación superficial de la combinación del calor y la presión del
termoformado con la mayoría de plásticos. Las Resinas Standard
también pueden ser adecuadas para el termoformado con algunos
plásticos de baja temperatura, como por ejemplo el vinilo.
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ESTUDIO DE UN CASO
El termoformado de una lámina delgada de policarbonato sobre una
matriz de Resina High Temp da como resultado una pieza que es
transparente, además de adaptarse a la geometría y al detalle de la
matriz impresa. Los envases termoformados se pueden prototipar
fácilmente e incorporarse en el proceso de diseño junto con prototipos
de productos impresos en 3D, todo en la Form 2. El molde impreso se
usó sin ningún tratamiento adicional más allá del post-curado UV
necesario. Se recomienda añadir textura en el diseño del termoformado
para evitar que el aire quede atrapado debajo de la hoja; con respecto a
esto, las líneas de capa en el molde impreso del termoformado pueden
ser útiles.
Ejemplo de un prototipo de embalaje formado con un termoformador Formech.
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CONTROL DE LA TEMPERATURA
Termoformado cíclico con un molde de Resina High Temp
140°C
120°C
100°C
80°C
60°C
40°C
20°C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Max
Tem
p (°C
)
La temperatura de la superficie del molde impreso aumentará a lo largo de
varios ciclos. La Resina High Temp es altamente resistente a la deflexión,
mientras que si se utilizan las Resinas Standard, debe permitir que la
matriz impresa se enfríe entre ciclos, de lo contrario, se puede producir
deformación y degradación.
Si la acumulación de temperatura se convierte en un factor limitante en la
eficiencia del modelado, los canales de enfriamiento son una manera
efectiva de extraer el calor de la impresión. Cuando se usa junto con una
máquina de termoformado automático, un molde refrigerado con agua
puede producir una mayor cantidad de piezas en tiempos de ciclo más
cortos.
Canales de agua visibles en un molde de termoformado de Resina High Temp.
No. of Cycles (n)
La temperatura superficial del molde se estabiliza a 130 ° C.
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Temperatura después de calentar tras usar una técnica de enfriado o no enfriado.
Los canales de refrigeración son fáciles de incorporar durante el diseño
para imprimir en 3D SLA, e imprimir con éxito sin ningún soporte interno
que pueda interrumpir el flujo. Después de la impresión, los canales se
deben enjuagar de resina no curada usando alcohol isopropílico. El molde
se conecta a una bomba y una fuente de agua fría. El sistema integrado
de refrigeración es una estrategia que también se puede aplicar a las
piezas impresas con las Resinas Standard y la Resina Tough para reducir
la deformación por calor cuando se usan en entornos de temperatura más
alta.
Temperatura superficial del molde termoformado
Time (seconds)
130°C
110°C
90°C
70°C
50°C
30°C
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Surf
ace
Tem
pera
ture
°C
Air CooledWater Cooled
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Fundición con Elastómeros
Los moldes de alta precisión para la mayoría de los elastómeros flexibles,
tales como la silicona y los cauchos de uretano, se pueden imprimir en la
Form 2 usando las Resinas Standard. La transparencia de la Resina Clear
permite observar el material durante el proceso de vertido o inyección.
Los materiales flexibles se pueden extraer fácilmente de los moldes
rígidos impresos en SLA, y tienen aplicaciones que van desde la
modelización hasta el sobremoldeado funcional. El moldeado con silicona
se puede usar también para hacer réplicas rápidas de los maestros
impresos, reduciendo enormemente el tiempo de producción donde se
necesitan múltiples partes rígidas y objetos.
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ESTUDIO DE UN CASO
Los moldes impresos en la Form 2 se utilizan para crear piezas
compuestas con funcionalidad integrada avanzada. Los subcomponentes
prefabricados tales como elementos electrónicos, metálicos y elementos
impresos en SLA, pueden ser incrustados y sellados dentro de
sobremoldes blandos.
RightHand Robotics utilizó la Form 2 para crear unidades de producción
de su pinza robótica mediante el sobremoldeado de uretano. Los moldes
se imprimieron en Resina Clear, con insertos de Resina Black para formar
la estructura interna.
La Form 2 permitió a RightHand Robotics hacer la transición de prototipos
a producción de corto plazo sin tener que recurrir a herramientas
costosas. La rápida transición de los prototipos impresos iniciales a los
materiales de producción, que tienen una vida útil más larga en referencia
a la flexión cíclica, se logró mediante la impresión de moldes en 3D en el
mismo programa de la Form 2 que utilizaron para la creación de los
prototipos iniciales.
La primera capa sobremoldeada del proceso de varias etapas de
RightHand Robotics incorpora juntas de uretano que pueden soportar
muchos ciclos de flexión, a la vez que proporcionan la alta elasticidad
necesaria para devolver fiablemente la pinza al estado de apertura.
La capa exterior da a la pinza una sensibilidad y control táctil mejorados, así como a la electrónica del sensor de sellado, mediante el uso de un caucho blando más suave.
Las piezas impresas en 3D SLA también se pueden encapsular dentro de
moldes para proporcionar una estructura rígida a materiales flexibles. La
capa sobremoldeada puede unirse mecánicamente al inserto añadiendo a
las piezas impresas agujeros, depresiones y columnas, lo que refuerza el
conjunto y reduce la necesidad de usar adhesivos químicos.
Las características de fijación mecánicas unen sobremoldeados sin usar adhesivos químicos.
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Conclusión
La fabricación de moldes en la Form 2 es una estrategia poderosa para
producir lotes de piezas en pequeñas cantidades, y en materiales plásticos y
elastoméricos de uso común. Las herramientas de impresión en 3D permiten a
los ingenieros y diseñadores prototipar fácilmente piezas que parezcan y
funcionen como el producto final, en geometrías y configuraciones de
materiales que son desafiantes a través del sólo uso de la impresión 3D, como
la electrónica encapsulada y el embalaje delgado. Para la fabricación de
moldes de alta temperatura, la Resina High Temp ofrece propiedades térmicas
superiores a un coste menor y con plazos de entrega más cortos que la
externalización del proceso de moldeo.
Póngase en contacto con Formlabs para saber cómo el SLA de escritorio puede encajar en su proyecto.
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