Manufactura aditiva en insertos para moldes de inyección

El enfriamiento eficiente del molde de inyección es clave para lograr tiempos de ciclo cortos y piezas de alta calidad, pues precisamente el enfriamiento representa entre 70 y 80% del ciclo completo. Hasta hace algunos años crear canales de enfriamiento en moldes de formas complejas era un desafío, sin embargo, hoy la manufactura aditiva (MA) en metal ofrece una solución a este problema.

Aunque el mecanizado sigue dominando la fabricación mundial, la MA está demostrando ser más eficiente en ciertos procesos. Es el caso de la industria de moldes, donde la manufactura aditiva permite diseñar y fabricar canales de refrigeración que copian o siguen la superficie de la cavidad del molde.

Esto es lo que se llama la refrigeración de contorno o conformal cooling, con lo que se puede reducir hasta en 70% el tiempo de ciclo, que resulta en un impacto en la mejor calidad de las piezas inyectadas, mayor productividad, reducción del scrap, entre otras ventajas.

“Al bajar el tiempo ciclo, la cantidad de inyecciones es mayor, esto implica un impacto importante en los moldes. En algunas ocasiones hemos visto que da una mejora de entre 40 y 70% de la capacidad del molde. Eso puede llevar a que se aumente la producción y se evite comprar otro molde, es decir, si el tiempo ciclo se redujo, obviamente la producción va a ser mayor con un mismo molde”, explica Humberto García, director de Ceqsamex, fabricante de moldes ubicado en Querétaro.

Con moldes bien enfriados también se ahorra en mantenimiento porque un molde bien enfriado evita los choques térmicos en los metales, y en consecuencia, el desgaste. Además, en MA se utilizan materiales pulvimetalúrgicos, es decir, metales de mucho mayor rendimiento, duran más y representa un menor costo a largo plazo, según comenta el experto.

Joseba Sagarna, gerente y cofundador de Addimen Bizkaia —pionera en la fabricación aditiva en metal en España y con oficina en México— asegura que hacer los insertos con MA desde el primer momento es rentable. Si bien la tecnología es más cara que la manufactura convencional, los beneficios son inmediatos.

Los beneficios de utilizar insertos impresos en 3D son incomparables, lo que se puede hacer con MA en sistemas de refrigeración no pueden hacerse con otra tecnología.

“Nosotros le hicimos la refrigeración interna a un molde de Inditex para tapones de perfume de Zara. Entonces, con el mismo molde hacían 10 mil tapones más al día porque la refrigeración interna permitía que al inyectar, la pieza se enfriaba más rápido y la sacaban en menos tiempo”, comenta Sagarna.

El inserto hecho con manufactura aditiva dura más tiempo, y tiene menos desgaste porque el material utilizado es resistente a la abrasión de los plásticos. Pero las posibilidad de la MA también se traduce en menor tiempo de diseño y piezas que pueden estar listas para usar en menos de 24 horas.

TUPPERWARE

Uno de los clientes de Addimen en México es Tupperware. Hace dos años, Diego García, líder de Proyectos y diseñador de moldes en Tupperware, buscaba una solución para uno de los moldes.

Desde que el molde se fabricó ya existía el problema de calentamiento, era una zona donde se juntaban tres nervios de la pieza plástica y generaba rechupe. Había problemas para la expulsión de la pieza y se deformaba mucho, en consecuencia, también se generaba scrap de piezas y era muy difícil establecer el setup de la máquina para arrancar la producción.

Para iniciar el proceso, Addimen recibe el archivo 3D de la pieza a imprimir, pero si no se tiene un diseño, pueden enviarle la pieza y el equipo se encarga de generar el archivo CAD. También se pueden encargar de hacer el diseño desde cero.

En el caso de Tupperware, en conjunto trabajaron en el diseño de un inserto para refrigerar mejor la zona donde estaba el problema y evitar los rechupes. Como era un molde de cuatro cavidades, Addimen les hizo una simulación antes de implementar la pieza para saber si funcionaba, les imprimió una pieza sin costo y se hicieron las pruebas.

Así vieron que se podía bajar el tiempo ciclo y entonces se hicieron los otros tres insertos impresos en corrax, un acero inoxidable que ofrece buena resistencia para moldes de inyección de plásticos corrosivos, con una dureza de aproximadamente 50 HRC. Este material puede ayuda a reducir los costos de mantenimiento y mantener ciclos constantes de producción durante largos periodos.

“Logramos reducir el scrap, también redujimos el tiempo ciclo total de inyección, más específicamente el tiempo de enfriamiento se redujo 50%. El tiempo ciclo era de 32 y quedó en 26, dependiendo el técnico va de entre 6 y 8 segundos”, explica Diego García.

El tiempo de máquina, el tiempo que se tardaba el técnico en la puesta a punto de la máquina, antes de la implementación les llevaba hasta tres horas y ahora se hace en aproximadamente una hora.

Gracias a estos resultados la compañía optó por solicitar otros insertos, ahora tienen alrededor de 40 insertos para tenerlos como stock para diferentes moldes, estos están impresos en acero martensitico 1.2709, y si hay problemas de calentamiento entonces se usan. La compañía ya está cotizando nuevos insertos para componentes pequeños. Si bien el costo ha sido alto, los beneficios también han sido importantes.

“En nuestro caso, el costo beneficio ha valido la pena, sí fue elevado, pero se recuperó rápidamente. Se recuperó en un año más o menos, aunque hay piezas que corren mucho más rápido y eso se recupera más rápido, entonces depende de qué tanto produzca ese molde”, comenta.

OBSTÁCULOS

Humberto García es también socio de Aceros Progresivos Mexicanos (APM), empresa que desde 2019 ofrece en México los servicios de manufactura aditiva en metal. Esta surgió de la asociación con Alpin de México, distribuidor de soluciones de afilado, sujeción, automatización e impresoras 3D.

Una de las áreas que atiende APM es la fabricación aditiva en metal de insertos para moldes de inyección y die-casting. Cuenta con una máquina de la marca china Farsoon donde se puede trabajar con cobre, acero inoxidable y materiales al carbón. Es quizá una de las pocas empresas mexicanas que ofrecen este servicio, pero el camino para dar a conocer la tecnología a los clientes no ha sido sencillo.

Con 18 años de experiencia en la fabricación de moldes, Humberto García conoce los principales problemas a los que se enfrentan las empresas con sus moldes. Todas tienen algún tipo de problema con ellos, pero no se los confían a cualquiera. Y también hay cierta resistencia a probar nuevas tecnologías.

“La manufactura aditiva en metal en México no ha sido tan usada todavía porque se le tiene miedo a la tecnología, no creemos que haya tecnología que nos va a mejorar algunos procesos”, dice.

Todavía en el país se sabe poco de las posibilidades de la MA en metal. A decir del experto, muchas empresas no saben que hay piezas muy complejas que no se pueden hacer en un centro de maquinado, pero que impresas pueden eliminar subensambles o mejorar su desempeño. Actualmente, en el país empresas automotrices como Valeo que es cliente suyo ya están usando componentes impresos en metal y otras empresas de la industria aeroespacial, médica y de electrodomésticos también lo están considerando.

En su opinión, el mercado mexicano dará para mucho, poque con la MA se puede fabricar cualquier pieza que uno se imagine. La MA no es para producción de alto volumen, sino para piezas específicas que ayuden a mejorar los procesos y ser más productivos.

Para las empresas mexicanas, el costo de esta tecnología es también un freno para su adopción. Sin embargo, como explica Humberto García, el costo de una pieza impresa puede ser 20 o 30% más alto que el de una hecha de manera convencional, pero los beneficios también son superiores. Con MA los moldes y sus componentes se pueden diseñar según las necesidades de la empresa y no de acuerdo al proceso de fabricación.

La tecnología está disponible en México, y se tiene acceso a diversos proveedores de todo el mundo. Y en cuanto a los materiales aunque es limitado, el país siempre ha sido dependiente del extranjero en cuanto al acero y metales. Lo que hace falta, de acuerdo con el directivo de APM, es que más empresas comiencen a usar la MA para que haya más disponibilidad.

Joseba Sagarna de Addimen coincide en que en la medida en que haya más demanda los costos van a bajar. Para su empresa representaría colocar un equipo en México como los que tienen en España, pero todo dependerá de que las empresas empiecen a darse cuenta de las ventajas de esta tecnología.

En 2014, cuando Addimen inició operaciones en España sucedía lo mismo, las empresas allá tampoco estaban dispuestas a experimentar. Comenzaron con un equipo de Renishaw con un láser, y ahora ya tienen otra de la misma marca con cuatro láseres, que en un año no han parado de trabajar haciendo insertos y postizos para moldes. Poco a poco las empresas se han ido abriendo a la tecnología y hoy Addimen trabaja con Repsol, Petronor, Hyundai, Mercedes Benz, entre otras.

“Nos costó en España porque somos muy tradicionales, pero creo que el mercado mexicano está mejor posicionado porque tiene mucha más industria que España, es mucho más grande y hay muchas empresas de automoción”, asegura Joseba Sagarna.

Desde su perspectiva, la industria automotriz es la que puede detonar esta tecnología, además de la cercanía de México con Estados Unidos, donde ya están muy avanzados en manufactura aditiva. Addimen tiene cada vez más consultas de clientes en México, sólo tienen que dar el primer paso.

“La experiencia nos dice que todos los clientes que prueban manufactura aditiva, luego repiten, pero claro, tienen que dar el primer paso, el problema es que las empresas no se arriesgan y otro obstáculo es que lo comparan con un maquinado y los costes no son iguales”, comenta.

Con la fabricación aditiva se tiene que hacer una pieza diferente, algo que no se pueda hacer por maquinado, diseñada específicamente para MA, y aunque a Addimen llegan muchas consultas de clientes, si su pieza se puede hacer por maquinado, le recomiendan hacerlo porque es más barato.

Joseba considera que en México para empresas automotrices esta tecnología es indispensable, y con una que decida usar piezas impresas en metal, se reducirán costos, tiempos de fabricación y demás. “En inyección de plásticos se reduce el tiempo ciclo, si en 10 horas puedo hacer 200 piezas en vez de 100, no hay más, la primera inversión es la que cuesta, pero en menos de un año está amortizado miles de veces”, afirma.

En la próxima década, la MA en metal generará componentes por un valor de USD 228,000 millones, de los cuales el 60% serán piezas de producción, de acuerdo con la consultora SmarTech Analysis. Esta es una tecnología que ya ha probado su efectividad en diversos sectores y varios países alrededor del mundo.

Para las empresas ubicadas en México, la apuesta es inminente, ya que su principal socio comercial, Estados Unidos, que es el destino del 85% de sus exportaciones, está apostando fuerte por la manufactura aditiva, no sólo de plásticos, sino de metales.