Termoformado I : Procesos

Termoformado I : Procesos

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El termoformado es un proceso de gran rendimiento para la realización de productos de plástico a partir de láminas semielaboradas, que hallan numerosos campos de aplicación, desde el envase a piezas para electrodomésticos y automoción

El procedimiento: conceptos básicos

Originalmente, la disponibilidad de planchas de materiales termoplásticos dió lugar a la idea de contruir moldes hembra, emplazar sobre ellos una plancha de estos materiales, fijarla de modo que el hueco entre molde y pieza fuese estanco, calentarla hasta su temperatura de reblandecimiento y hacer el vacío en dicho hueco, de modo que el material se estire y se adapte a la superficie del molde. Una vez fría la pieza, se extrae, se recorta el material en exceso y se obtiene una pieza acabada.

Como alternativa, en lugar de aplicar vacío entre el molde y lámina, puede aplicarse presión sobre ésta para obtener un resultado similar, o pueden combinarse ambas técnicas para embutisajes profundos.

Dado que se produce un estirado de la lámina, puede suceder que el adelgazamiento de la misma se produzca en zonas no deseadas, además de que puede ser preciso obtener un moldeado de espesor más o menos regular o una gran profundidad de embutisaje. Con este objeto, se han desarrollado técnicas de pre-estirado por diversos medios, punzón o soplado previo, que permiten obtener mayor regularidad de espesor.

La adaptabilidad del proceso a las grandes series, especialmente en cubetas de pequeño tamaño para la industria alimentaria, ha hecho que se desarrollasen máquinas de moldeo secuencial con moldes de cavidades múltiples, y sistemas automatizados de alimentación y transporte de la lámina, y troquelado y apilado de las piezas.

Sin embargo, se trata también de un proceso que se adapta a la fabricación de grandes piezas, y aquí se ilustra la mayor de una serie de embarcaciones finlandesas moldeadas en plancha de ABS con una eslora de 4,70 m. Es también el procedimiento utilizado para fabricar grandes bañeras (spa) en lámina de metacrilato, reforzada luego con un respaldo de poliester/vidrio.

La variedad de materiales con que pueden fabricarse los moldes, que va desde la escayola reforzada con fibra de vidrio al acero, con especial preferencia por el aluminio, dados su conductividad térmica y fácil mecanizado, hacen a estos procedimientos especialmente adecuados para series cortas, partidas piloto e incluso prototipos.

La velocidad del moldeo depende fundamentalmente del ciclo térmico. Cada tipo de material y cada grado de embutisaje hacen que se deba trabajar en una zona alta o baja de la ventana térmica de cada polímero. Optimizar el intercambio térmico supone reducir el ciclo total de tiempo que se precisa utilizar.

Métodos de conformado

El sistema más simple es el estirado de una lámina en estado semi-plástico sobre un molde. A medida que la lámina topa con la superficie del molde, el estirado se detiene y, como resultado, las partes de la lámina que tocan al molde en primer lugar tienen un espesor mayor que el resto. Si el estirado es pequeño, no queda comprometida la integridad de la pieza y, por tanto, es el procedimiento más usado en el envase de tipo “blíster” y en los embalajes de tipo burbuja.

Conformado de una sola etapa

Si se precisa un grado elevado de estirado o se utiliza chapa gruesa no es posible usar el sistema anterior. Existen cinco métodos que realizan el conformado en una sola etapa.

A.- Conformado por adaptación: la lámina caliente se baja sobre el molde macho o se hace subir a éste de modo que se adapte a su forma. La adaptacióm se complementa haciendo el vacío entre el molde macho y la lámina, o aplicando sobre ella presión de aire. Los productos de este proceso presentan un espesor grande en el fondo que va disminuyendo hasta ser mínimo en los bordes.

B.- Moldeo por vacío: la lámina se fija sobre el borde del molde hembra haciendo luego el vacío como se ha indicado inicialmente. En contraste con el proceso anterior, el espesor de la pieza es mayor en los bordes y mínimo en los cantos de la parte inferior.

C.- Formado a presión: similar al moldeo por vacío, sobre la lámina se aplica además aire comprimido hasta 1,4 MPa, por lo que el sistema precisa de una cámara cerrada superior. Este procedimiento se utiliza para conformar lámina de pequeña galga de materiales como el PP, que se suministran en rollo, o para transformar lámina de gran espesor en piezas con detalle superficial fino.

D.- Libre soplado: se aplica aire comprimido entre una cámara que substituye al molde, inexistente en este caso, y la lámina para obtener una burbuja, cuya altura se controla mediante una fotocélula. Dado que la burbuja formada de la lámina no toca ningun elemento metálico, no tiene ninguna marca y, excepto en las cercanias del marco de fijación, tiene un espesor regular. El aire enfría la burbuja para rigidizar la pieza. El sistema se utiliza extensamente en envases “blíster” (que significa, precisamente, “ampolla”) a partir de láminada delgada suministrada en rollo.

E.- Molde y contramolde: utilizados para conformar piezas a partir de polímeros relativamente rígidos, como la espuma de PS

Puede aplicarse vacío al molde hembra para ayudar al conformado. Aunque las presiones de cierre son de alrededor de 0,35 MPa, si se aplican fuerzas del orden de 1 MPa puede producirse además un cierto movimiento del material.

Conformado en etapas múltiples

El principal inconveniente de los métodos descritos es la dificultad para controlar el espesor en piezas complejas que presenten cantos con radios reducidos o un embutisaje profundo, especialmente cuando se conforman planchas de un espesor importante. Por ello se han desarrollado métodos con más de un paso, siendo habitualmente el primero una forma de estiramiento de la lámina. Existen numerosas variantes que se describen de forma resumida, con gráficos para facilitar su comprensión

El termoconformado permite el moldeo de una amplia gama de tamaños: desde pequeñas unidades para envasado de alimentos hasta embarcaciones deportivas, como la mayor de las Trehi finlandesas, que tiene una eslora de 47,70 m, fabricada en lámina de ABS, reforzada en sandwich con espuma de poliuretano.

1.- Estirado de burbuja: se forma una burbuja como se ha descrito antes y un molde macho desciende a continuación. Al cerrarse sobre los bordes de la lámina, se aplica vacío entre ambos y presión de aire en la cámara inferior.

2.- Vacío con respaldo: de modo inverso al anterior, la burbuja se forma mediante vacío entre la lámina y la cámara inferior. El molde macho desciende y completa el conformado, efectuándose el vacío entre éste y la lámina y aplicando aire comprimido entre ésta y la cámara.

3.- Vacío con burbuja: se utiliza un molde hembra y se aplica aire a presión entre el molde y la lámina. Una vez formada la burbuja, se hace el vacío entre ésta y el molde.

4.- Vacío asistido con pistón: para asegurar el espesor de el fondo y sus aristas, un pistón macho con la contraforma de éstos desciende sobre la lámina hasta contactar con la cavidad hembra, entre las cuales se aplica el vacío ara completar el moldeo.

5.- Presión asistida con pistón: combinando el método anterior con una cámara superior, este sistema aplica presión de aire sobre la lámina, y el molde hembra lleva taladros de ventilación que pueden o no conectarse a una bomba de vacío.

6.- Presión asistida con pistón con estirado inverso: como en el método anterior, pero con un paso previo de formación de burbuja con aire a presión desde el molde inferior, hasta que ésta toca al pistón, que desciende entonces hasta el contacto con el molde hembra.

7.- Vacío con burbuja asistido con pistón: como en el método anterior, pero sin que exista cámara superior para aplicar presión.

8.- Formado a presión con inmersión de burbuja: en este caso se utiliza, como en el de vacío con respaldo, una cámara inferior, que permite formar la burbuja, y un molde macho superior que desciende en contacto con ésta, completándose el moldeo con presión desde la cámara.

Otras variaciones

Algunos tipos de plásticos tienen características que han hecho necesario desarrollar otras técnicas.

El conformado con lámina apoyada se utiliza para moldear láminas muy orientadas (OPS) o sensitivas al calor (PP, PE), que se calientan apoyadas sobre una chapa porosa. Al alcanzar la temperatura de moldeo, se aplica la lámina contra el molde hembra aplicando aire comprimido a través de los poros de la chapa o se hace el vacío entre lámina y molde.

En el conformado por deslizamiento, la lámina caliente no se sujeta fuertemente con el marco de cierre de modo que, al aplicar presión diferencial, se desliza sobre el borde y hacia adentro de la cavidad. En un momento dado, se aumenta la fuerza de cierre y se completa el moldeo por estiramiento de la lámina. El proceso es similar al embutisaje profundo de chapa metálica con pisador.

Los tamaños de las máquinas varían más en función del tipo de aplicación y serie que con relación al tamaño de las piezas a producir. Esta máquina compacta, contrastando con la gran unidad de la portada del informe, produce piezas varias veces mayores e incorpora todos los automatismos necesarios.

Las láminas de plásticos que se rasgan con facilidad (PET, PA) se conforman mediante moldeo con membrana o diafragma, en el que la lámina se apoya sobre una membrana gruesa de neopreno caliente, dispuesta en la cara opuesta a la cavidad del molde. Al introducir presión entre la membrana y la cámara inferior, se obtiene un estirado muy regular y se hace posible una embutición profunda.

El moldeo de láminas gemelas es una técnica que compite con el moldeo rotacional si se utiliza para láminas gruesas. Dos láminas se calientan en paralelo y, al llegar a la estación de soplado y/o vacío, se juntan por sus bordes mientras que se introduce entre ambas un microtubo de soplado, por medio del que se suministra aire comprimido que hace conectar a ambas láminas con los moldes hembra enfrentados. Las piezas huecas así producidas suelen tener una profundidad limitada y pueden rellenarse con espuma de PUR para darles mayor consistencia.

Una técnica similar se aplica al envase, permitiendo la recuperación del desperdicio de recorte de las distintas películas de plásticos que se precisan para conferir propiedades diferenciadas de estructura y barrera. Los materiales de barrera más efectivos son plásticos incompatibles (EVOH, PA, PP, PET, PVDC). Las películas de los plásticos que han de formar el envase, alimentadas en rollos, pasan individualmente por calentadores dispuestos en sandwich y se moldean luego conjuntamente. A la salida del molde se troquelan y separan las piezas, que están adheridas por contacto, y la membrana de películas sobrantes se separa y se enrollan individualmente las distintas películas para su recuperación.

Finalmente, si se incrementan las fuerzas de termoformado, este proceso imita a los de deformación metálica. A presiones del orden de 1,75 MPa o más, el proceso se asemeja al embutido de hojalata. Si se llega hasta unos 14 MPa, el proceso se convierte en algo similar a la forja y se ha demostrado que pueden fabricarse productos útiles mediante formado por impacto(DOW STP) a alta velocidad.

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Diseñador 3D, CAD y CAM. Soy fanático amateur de GNU/Linux, la programación, redes y todo lo que tenga que ver con las nuevas tecnologías libres. Amante del Control eléctrico, electrónico y la Automatización.

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