MICROINYECCION: Proceso

Descripción del proceso de microinyección

La inyección de plástico de micro-piezas se está desarrollando lentamente debido a las características propias de este tipo de piezas.

Por una parte, el proceso requiere de una maquinaria especial de inyección y de un equipo capaz de llevar a cabo un control del pequeño volumen de inyección. Por otra, el molde debe estar diseñado de forma que permita la evacuación de gases, la inyección a alta velocidad y la expulsión. Finalmente, es necesaria una inspección de piezas terminadas, así como su manipulación y embalaje.

Para el proceso de micro-conformado de plásticos, además de una máquina de inyección con características especiales, también serán necesarios equipos auxiliares específicos que aseguren:

Control de los pequeños volúmenes de inyección.

­Dispositivo que permita elevadas velocidades de inyección.

­Evacuación de gases correcta.

­Expulsión adecuada de la pieza.

­Control e inspección de las micro-piezas obtenidas.

­Manipulación de micro-piezas.

­Embalaje de micro-piezas.

Micro-inyectora

El tamaño como los equipos de las máquinas requeridas está básicamente condicionado por los requerimientos de la pieza inyectada. Tanto es así que el peso de la inyectada determina el tamaño de la unidad de inyección así como el diseño del husillo. Además, la superficie proyectada de la pieza a inyectar determina las dimensiones y sistema de la unidad de cierre. Por lo tanto, un sistema hidráulico preciso es esencial para la inyección de micro-piezas.

Microinyectora (Ferromatik Milacron)

El mercado ofrece diferentes posibilidades; existen máquinas de microinyección con pistones, husillos especiales y tecnologías de inyección múltiple. También se fabrican totalmente eléctricas, hidráulicas o híbridas, con motores hidráulicos y eléctricos. A pesar de estas variaciones, existen 3 áreas donde se observan tendencias consistentes:

El micromoldeo requiere el uso de husillos pequeños, proporcionales al tamaño de la cantidad material inyectado, pero también hay un límite inferior en este sentido. Un husillo muy pequeño podría no resistir las presiones de inyección o presentar problemas en la alimentación de los gránulos de resina.

Los sistemas de colada diseñados para el micromoldeo tienden a ser del tipo frío, principalmente porque las coladas calientes no han sido desarrolladas para la fabricación de piezas minúsculas, aunque existen desarrollos de microsistemas de colada caliente, pero serian aplicables en microinyectoras capaces de inyectar pequeños volúmenes de plástico en forma precisa o para micropiezas de mayor tamaño.

Sistema de colada caliente para microinyección (BABYPLAST)

Con respecto a los controles de las máquinas, se puede afirmar que los nuevos procesadores de 32 bits ofrecen las mejores posibilidades para lograr un mejor control en el microconformado de piezas de plástico.

Unidad de inyección

En el proceso de microinyección se requieren unidades de plastificación con husillos de diámetros del rango de 12 a 18 mm. Además, es importante tener en cuenta que husillos de menor diámetro podrían ser inapropiados cuando se utiliza granulado de termoplásticos, ya que el tamaño del grano del material puede superar la profundidad del filete del husillo, por lo que el contacto y la consiguiente fusión de los pellets no sería eficiente. Por esta razón, es recomendable emplear micro-pellets para facilitar la alimentación y transporte del material es este tipo de husillos.

Debido a que los volúmenes de inyección son muy pequeños, los tiempos de residencia del material en el husillo son muy elevados, lo que podría provocar la degradación térmica del polímero. Para evitar esta posible degradación se deberán seleccionar husillos un una relación L/D de 15.

Husillo plastificador de micro-inyectora comparado con un bolígrafo

Parámetros del proceso
Temperatura del Molde

Las micropiezas tienen una elevada relación superficie-volumen por lo que la temperatura del molde debe ser alta para evitar la solidificación instantánea del material al entrar en contacto con las paredes del molde. La temperatura a la que se calienta el molde deberá estar próxima a la temperatura de fusión del polímero. Pero realizar el proceso con una elevada temperatura del molde puede provocar un importante incremento del tiempo de ciclo, por lo que se han desarrollado algunos sistemas que proporcionan un control de temperatura dinámico en el molde. Uno de los sistemas desarrollados consiste en el empleo de 2 circuitos de aceite a diferentes temperaturas para calentar y enfriar el molde en la fase de llenado y de enfriamiento respectivamente. También se utilizan moldes calentados por resistencias eléctricas durante la fase de llenado y enfriados con aceite en la fase de enfriamiento.

Atemperado del molde

Velocidad de Inyección

Las micropiezas deben ser inyectadas a la máxima velocidad que proporciona la máquina para conseguir llenar las microcavidades en el menor tiempo posible y así evitar que el material solidifique durante su recorrido. Además, con una elevada velocidad de inyección se consigue cizallar el material e incrementar su temperatura, ayudando a fluir mejor por la cavidad. Sin embargo, al mismo tiempo es importante tener en cuenta que no se debe exceder su máximo valor de cizalla ya que se produciría la degradación del material y, por lo tanto, las propiedades mecánicas de las micropiezas se verían afectadas.

Otro factor importante a tener en cuenta es la escasa utilidad de la segunda presión o presión de compactación, ya que, debido al bajo volumen de la piezas inyectadas, éstas quedan acabadas y compactadas en el proceso de llenado. Además, al trabajar con espesores tan pequeños, el plástico queda inmediatamente solidificado. La presión de compactación solo se ejercería sobre la colada y únicamente provocaría un innecesario aumento en el tiempo de ciclo.

Dosificación del material

Las limitaciones en el sistema de dosificación de las máquinas de inyección convencionales también son considerables cuando se desarrollan piezas plásticas miniaturizadas con peso de sólo unas pocas centésimas de gramo. Esto plantea una razonable duda acerca de las limitaciones con las cuales se han producido estas piezas hasta ahora y en qué grado puede obtenerse una producción racional y repetitiva utilizando una inyectora estándar.

En muchos casos se incrementa el volumen inyectado para permitir una producción fiable utilizando un sistema de colada sobredimensionado en relación a la pieza.

Colada y pieza inyectada donde el 90% corresponde a la colada y 10% a la pieza microinyectada

Escape de Gases

Uno de los problemas de los moldes de microinyección es el diseño de la salida de gases. Los espesor de las piezas está en el mismo orden de magnitud que los espesores de los canales de purga de gases convencionales. Por lo que si se utilizan estos escapes convencionales, el material plástico podría escapar por esta salida de gases. Por ello, en algunos casos, se utiliza una bomba de vacío para extraer el aire del interior del molde. En cuyo caso, es necesario instalar una junta tórica perimetral, generalmente en el lado fijo del molde, una válvula de cierre en la boquilla de máquina y una pequeña bomba de vacío, la cual actuará al cerrar el molde.

Llenado incompleto de las microcavidades del molde

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Fuentes:
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