MICROINYECCION: Moldes

Moldes para microinyección

Para el proceso de microconformado de plásticos además de una máquina de inyección con características especiales, también serán necesarios moldes y equipos auxiliares específicos.

Molde de micro-piezas (4 cavidades)

Diseño del molde

En microinyección, si se utiliza una pequeña colada, implicaría una elevada precisión en el control del material a inyectar, de hecho, implica controlar la inyección de 1 mm cúbicos de material.

Coladas de microinyección

Cuando se utilizan máquinas inyectoras de tamaño reducido en el proceso de microinyección, es necesario un molde con colada suficientemente dimensionada al volumen de material inyectado en cada ciclo, de este modo, no se necesitará un control tan preciso del volumen mínimo del material ya que la colada compensará dicho volumen.

La utilización de una colada de mayor tamaño, además de distribuir el polímero desde la entrada del molde hasta la cavidad o cavidades, pretende evitar la degradación del material que se encuentra en el plastificador debido a un tiempo de residencia excesivo. Por ello, el volumen de la colada deberá estar calculado para garantizar la renovación constante del polímero.

La principal desventaja en un sistema de inyección con una colada de gran volumen es la necesidad de un mayor tiempo de ciclo total, debido al enfriamiento del volumen de la colada, tiempo mucho mayor al necesario para enfriar las micropiezas. Otra desventaja sería una mayor cantidad de scrap generado en el proceso, que en caso de plásticos de ingeniería, incrementaría mucho más su costo.

Sistema de atemperación del molde: Calentamiento y enfriamiento

Debido a la elevada relación superficie-volumen de las micropiezas, el material plástico solidifica de forma instantánea al entrar en contacto con las paredes del molde. Este fenómeno puede ser solo parcialmente compensado modificando algún parámetro de la máquina como es la velocidad de inyección y la temperatura de masa del polímero. También es posible para eliminar este inconveniente inyectar al vacío.

En micro-inyección se recomienda que la refrigeración de la cavidad se realice mediante canales de enfriamiento conformacionales a la vez de contar con un sistema de calentamiento mediante resistencias eléctricas, con lo que se tiene un control más eficiente de la temperatura del molde mejorando la calidad de las piezas inyectadas y se reduce el tiempo de ciclo.

Como en moldes de gran tamaño, también es posible utilizar los canales térmicos clásicos por los que circula de forma constante un fluido previamente atemperado.

Canales de refrigeración del molde

Sistemas de centrado de la cavidad

Las guías de centrado óptimas para el proceso de microinyección son las de sección cuadrada o rectangular. Con guías de sección cuadrada o rectangular se consigue un mejor centrado de la cavidad puesto que el ajuste se realiza entre dos caras paralelas y, además, se consigue que las tensiones durante el centrado (al cerrar el molde) sean menores que con guías de otra geometría cónica.

Movimiento del molde durante el cerrado

Fabricación de moldes de microinyección

Para la fabricación de moldes de alta producción para microinyección ya existen equipos específicos de mecanización muy sofisticados que proporcionan las elevadas precisiones requeridas. Dentro de estas tecnologías se encuentran el mecanizado de ultraprecisión con punta de diamante, mecanizado con herramientas de corte especial (con diámetros del orden de 0,3 mm en comparación a los 4 mm de diámetro de las herramientas convencionales más pequeñas), sistemas de microerosión EDM, equipos de mecanizado láser, microrectificado, etc.

Sin embargo, con un centro de mecanizado de alta velocidad convencional también es posible conseguir precisiones en el rango de las tecnologías micro que posteriormente se completarán con la técnica de microerosión EDM para los casos en los que sea necesario realizar cantos, grandes profundidades en surco como, por ejemplo, las coladas capilares, o en determinados postizos de gran dureza.

Otra de las tecnologías que se presenta con gran potencial para este nivel de requerimientos es el mecanizado láser, que ofrece grandes ventajas en la fabricación de filigranas y, en general, geometrías demasiado pequeñas para la mecanización convencional.

Tecnologías de mecanizado para microinyección

Para la mecanización del molde se requieren técnicas adaptadas al micro-mecanizado. Estas microtecnologías se suelen clasificar en dos grupos:

Un primer grupo es el formado por los procesos litográficos. Se trata de procesos que usan varias máscaras y luz para imprimir geometrías a modo fotográfico sobre un material. Pueden procesar un limitado grupo de materiales y el “aspect ratio” que pueden alcanzar se limita a valores en torno a 1:100. Su elevado costo frena su expansión y uso.

Un segundo grupo es el de mecanizado de ultra precisión, constituido por la evolución de las técnicas aplicadas habitualmente en las empresas de fabricación de componentes de precisión. Se trata de técnicas sustractivas desarrolladas por máquinas (de corte, fresado, torneado, electroerosión por hilo y penetración) especialmente adaptadas para la realización de pequeños desplazamientos. Estas máquinas se pueden equipar con herramientas de tamaños mínimos, cuentan con sistemas de asistencia para el posicionamiento y toma de referencias y están diseñadas para minimizar el efecto ambiental sobre el componente mecanizado.

Micro-fresado

Al margen de estos dos grupos, quedan algunas tecnologías, como el mecanizado láser, que son aplicadas por ambos procesos.

Es posible generar formas espaciales (3D) complejas combinando las distintas tecnologías una tras otra. Los procesos litográficos están limitados a realizar los mecanizados en piezas de dimensiones similares a las de una oblea y sobre zonas planas, mientras que los procesos de ultraprecisión encuentran un importante mercado en la generación de detalles de gran resolución en zonas localizadas de piezas no necesariamente micrométricas, como pueden ser zonas de moldes o texturización de superficies.

Existen diferentes tecnologías para ejecutar micro-mecanizados. Entre las más destacadas se encuentran:

- Sistemas mecánicos:

Micro-fresado: Una fresa estándar para micro-mecanizado, mide 0,3mm de diámetro. Se han fabricado herramientas de corte (fresas) de 0,05mm de diámetro e incluso herramientas de 50 μm.

­- Sistemas combinados:

Mecanizado por diamante y ultrasonidos

ELID-Grinding (Electrolitc In process Dressing). Técnica combinada para pulido y acabado.

LIGA (Lithografic Galvanic process) Radiación sectorizada de un foto-polímero por láser o rayos X.

­- Sistemas eléctricos:

Ablación láser

Micro-electro-erosión

­- Sistemas químicos:

Selective Reactive Ion Etching (RIE)

Deep Reactive Ion Etching (DRIE)

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Fuentes:
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