Coinyección Twinshot

Introducción

La coinyección es un proceso de inyección que permite la encapsulación de un material dentro de una capa externa de otro de forma que, las distintas propiedades de los materiales utilizados en el núcleo y en el exterior, permiten conjugar unas propiedades internas específicas con un excelente acabado superficial.
La co-inyección se basa en la inyección secuencial de dos materiales diferentes a través del mismo punto o puntos de inyección y, habitualmente, cierto volumen de inyección simultánea.
El proceso de co-inyección se inicia con una inyección del material superficial, continúa con una inyección combinada de ambos y finaliza con la inyección de un solo material interno hasta llenar la cavidad (algunas veces una última inyección de material superficial para cubrir totalmente el punto de inyección).

Como ventajas fundamentales del proceso de co-inyección cabe destacar las siguientes:
- Utilización de un volumen elevado de material reciclado o fuera de normas.
- Utilización de materiales estructurales en el interior y cosméticos en el exterior.
- Combinación de distintos materiales que mejoren las características de la pieza para obtener una superficie blanda en el exterior, con un interior rígido, o un material rígido en el exterior con un interior resistente al impacto.
- Posibilidad de espumar el interior obteniendo ventajas tales como la reducción del peso de la pieza, eliminación de deformaciones y rechupes, menores tensiones en la pieza, menor tamaño de máquina necesario y muy buen acabado superficial.
- Oportunidad de reducir el uso de materiales técnicos de coste elevado utilizando materiales de bajo costo para el núcleo.

Si bien son claras las ventajas de la co-inyección es también muy importante tener en cuenta que presenta inconvenientes como los siguientes:
- Elevada inversión en maquinaria especializada.
- Máquinas de elevada complejidad.
- Proceso de trabajo muy complejo sólo asumible por expertos.
- Costo de mantenimiento muy elevado.

El sistema Twinshot de co-inyección es una nueva tecnología de coinyección que permite la inyección de dos materiales distintos utilizando una única unidad de inyección en una máquina de inyección convencional modificada.

Inyectora con tecnología Twinshot (versión II)

Tecnología Twinshot
El sistema Twinshot es un sistema de co-inyección bi-materia con un único conjunto de inyección. Este sistema puede aplicarse a una máquina de inyección estándar que seguirá funcionando según un proceso de inyección normal.
El proceso de funcionamiento es el mismo que el de una máquina de inyección con un único husillo.

Inyectora KraussMaffei 320-1900 con tecnología Twinshot instalada

Hoy en día la tecnología Twinshot está disponible en dos versiones. La más moderna y reconocida es la Twinshot Versión II. En el conjunto de plastificación Twinshot existen dos secciones independientes, una para el material exterior y otra para el material interior. Cada una de las secciones dispone de zonas de control de temperatura múltiples. Con un único proceso de inyección se utilizara la primera parte de la inyección para la superficie y la segunda para el núcleo. El llenado del molde sigue el mismo principio de los demás procesos de co-inyección tipo sándwich; primero ingresa el material para el exterior de la pieza provocando que recubra la superficie del molde y se enfríe, mientras el material interior rellena el núcleo fundido de la pieza. El grueso de ambas capas de material se regulan variando la carga de la máquina y la velocidad de un sinfín de velocidad variable situado bajo o en el centro de la tolva del material interno. Como resultado se obtiene una pieza de tres capas tipo sándwich A-B-A.

Frisbee hecho por co-inyección con un 33% de material reciclado (tecnología Twinshot)

El sistema Twinshot consta de un conjunto de plastificación especial que se compone de dos husillos contiguos con dos puntos de alimentación, y como se ha dicho, de un dosificador de velocidad variable para el material interior localizado en la entrada de alimentación más adelantada, de válvulas anti-retorno en ambos husillos, de una puntera de husillo de geometría especial que vacía totalmente la cámara a cada inyección y de diversas zonas de temperatura para cada sección.

Válvula sistema twinshot

La primera versión corresponde al invento original y consta de un tornillo insertado dentro (en el centro) de otro tornillo hueco. Cada tornillo procesa independientemente una resina diferente y las dos corrientes se almacenan en una cámara al frente de los tornillos, donde uno de los materiales ha entrado primero y el otro lo ha hecho en segundo término. Enseguida, el material almacenado se inyecta en la cavidad mediante el impulso axial de los tornillos. Así como en la segunda versión, en este caso la máquina consta de un sólo barril, pero tampoco hay necesidad de instalar bandas de calentamiento y termocuplas adicionales. Tampoco se deben instalar uniones adicionales en el barril para equilibrar las dos corrientes de resina fundida. Por otro lado, al igual que en la segunda versión, la válvula de inyección es única y no es necesario emplear bombas hidráulicas adicionales para manejar individualmente unidades independientes de inyección. No se requieren acumuladores, computadores o equipos externos especiales.
Cuando los tornillos son concéntricos se debe adaptar un sistema de embrague que activa y desactiva la rotación del tornillo exterior. Cuando el embrague está en la posición abierta, el tornillo interno rota mientras que el externo no. Cuando se cierra el embrague, se activa el funcionamiento del tornillo externo mientras que el interno se detiene, en el sentido que rota a la misma velocidad del externo.
Los materiales fundidos se acumulan al frente de la combinación de tornillos cuando cualquiera de ellos está plastificando material. Se puede variar el contenido de cada resina programando el embrague que activa los tornillos. El proceso puede ser diseñado para invertir el orden de los materiales en la estructura inyectada, de tal manera que la resina que está en el centro pueda ser llevada al exterior y viceversa.

Tecnología twinshot de tornillos concéntricos (versión I)

En la concepción original de la idea de la tecnología de Twinshot, se cuenta con dos tornillos concéntricos los cuales procesan una resina diferente cada uno de ellos. En este sistema, se cumplen todos los principios de la co-inyección de materiales.
El sistema Twinshot abre un nuevo abanico de posibilidades en la utilización de la co-inyección simplificando el complejo proceso de la co-inyección y poniendo al alcance de los diseñadores, de los constructores de moldes y de las empresas de inyección una nueva tecnología que permite conseguir nuevas piezas de co-inyección para satisfacer tanto las complejas necesidades actuales como las que puedan aparecer en el futuro.

Ventajas
Las ventajas fundamentales del sistema de co-inyección Twinshot respecto a la co-inyección convencional son las siguientes:
- Inversión más reducida en relación a la tecnología de co-inyección convencional.
- Fácil transformación de una máquina de inyección existente.
- Menor complejidad en relación a la co-inyección convencional, menor costo de aprendizaje y mantenimiento.
- Menor espacio ocupado que una máquina de co-inyección convencional
- Posibilidad de pasar a trabajar en co-inyección de dos materiales a la inyección con un único material rápidamente.

Desventajas
Las siguientes limitaciones impiden la utilización de la co-inyección Twinshot en todos los casos:
- No puede utilizarse con moldes de cámara caliente; sólo coladas frías.
- Sólo pueden hacerse capas tipo sándwich A-B-A, No puede programarse para alternar entre distintos materiales varias veces.
- El menor diámetro de husillo posible es de 25 mm.
- Moldes de varias cavidades con llenado no laminar se llenarán desequilibradamente y por tanto el resultado no será homogéneo para todas las piezas.
- Paredes extremadamente delgadas, inferiores a 0,5mm, no llegan a llenarse con ambos materiales.

Video: Co-inyección Twinshot
Para una mejor comprensión de la tecnología de co-inyección Twinshot obsérvese la siguiente animación en video del proceso:

Referencias:
Industrias Deu
Instituto Tecnológico del Plástico (Aimplas)
http://www.plasticstoday.com
http://cfnewsads.thomasnet.com