Diseñar una pieza para fabricación mediante inyección de plástico no consiste únicamente en crear una geometría que cumpla una determinada función. Para que un producto pueda fabricarse de forma eficiente, repetitiva y con la calidad esperada, su diseño debe tener en cuenta desde el principio las particularidades del proceso de inyección.
Una pieza puede funcionar perfectamente sobre el papel o en un modelo 3D y, sin embargo, presentar importantes dificultades cuando llega el momento de fabricar el molde y comenzar la producción.
Espesores inadecuados, ángulos de desmoldeo insuficientes, nervios sobredimensionados o una incorrecta elección del material pueden traducirse en deformaciones, rechupes, marcas superficiales, ciclos demasiado largos o incluso dificultades para extraer la pieza del molde.
Detectar estos problemas durante la fase de diseño permite evitar modificaciones posteriores del molde, reducir costes y conseguir un proceso productivo mucho más estable.
En este artículo repasamos algunos de los errores más frecuentes al diseñar piezas de plástico para inyección y explicamos cómo pueden prevenirse.
1. Diseñar espesores de pared excesivos
Uno de los errores más habituales es pensar que aumentar el espesor de una pieza siempre incrementará su resistencia.
En inyección de plástico no necesariamente es así.
Un espesor excesivo supone utilizar más materia prima, pero además puede provocar:
- mayores tiempos de enfriamiento;
- incremento del tiempo de ciclo;
- aparición de rechupes;
- tensiones internas;
- diferencias de contracción;
- deformaciones;
- y un aumento innecesario del peso y del coste de la pieza.
Cuando se necesita incrementar la rigidez, muchas veces resulta más eficiente trabajar sobre la geometría mediante nervios, refuerzos o cambios de sección que aumentar indiscriminadamente el espesor.
El objetivo debe ser encontrar el equilibrio entre resistencia mecánica, consumo de material y facilidad de fabricación.
2. Cambios bruscos de espesor
Tan importante como seleccionar correctamente el espesor es mantener una distribución lo más uniforme posible.
Cuando una zona fina conecta repentinamente con otra mucho más gruesa, ambas partes de la pieza se enfrían y contraen de manera diferente.
Esto puede provocar tensiones internas, rechupes, deformaciones y defectos visibles en la superficie.
Siempre que la geometría de la pieza lo permita, las transiciones entre diferentes espesores deberían realizarse de forma progresiva.
Un diseño homogéneo facilita además el flujo del plástico fundido dentro del molde y contribuye a obtener una pieza dimensionalmente más estable.
3. No prever correctamente los ángulos de desmoldeo
Una vez que el material se enfría, la pieza debe abandonar el molde.
Parece evidente, pero es uno de los aspectos que pueden generar más problemas cuando el producto se ha diseñado sin tener suficientemente en cuenta el proceso de fabricación.
Las paredes paralelas a la dirección de apertura necesitan normalmente cierto ángulo de desmoldeo.
Si este ángulo es insuficiente pueden aparecer:
- rozaduras;
- marcas superficiales;
- deformaciones;
- esfuerzos excesivos sobre los expulsores;
- dificultades para extraer la pieza;
- y mayor desgaste del molde.
El ángulo necesario dependerá de la geometría, profundidad, material y acabado superficial de cada pieza.
Por ello, no existe un valor universal aplicable a todos los proyectos.
4. Nervios y refuerzos sobredimensionados
Los nervios son una excelente herramienta para aumentar la rigidez de una pieza sin incrementar considerablemente su peso.
El problema aparece cuando se diseñan demasiado gruesos.
Una acumulación de material en la unión entre el nervio y la pared principal puede generar contracciones diferenciales y provocar los conocidos rechupes, especialmente visibles en la cara opuesta.
El diseño de nervaduras debe analizar conjuntamente:
- espesor;
- altura;
- separación;
- geometría de unión;
- y material utilizado.
Un nervio bien diseñado aporta resistencia. Uno mal dimensionado puede convertirse precisamente en el origen de un defecto.
5. Diseñar esquinas completamente rectas
Las esquinas interiores muy pronunciadas generan concentraciones de tensiones y pueden dificultar el correcto flujo del material.
La incorporación de radios adecuados permite suavizar estas transiciones y favorece tanto el comportamiento mecánico de la pieza como su fabricación.
Los radios ayudan a:
- mejorar el flujo durante el llenado;
- reducir concentraciones de tensión;
- facilitar la refrigeración;
- y aumentar la resistencia estructural.
Es un detalle aparentemente pequeño que puede tener una influencia considerable en el comportamiento final de la pieza.
6. No pensar en el punto de inyección
El material tiene que entrar en la cavidad del molde por algún lugar.
La posición y características del punto de inyección condicionan cómo se llenará la pieza y pueden influir directamente en su aspecto y propiedades.
Una ubicación inadecuada puede favorecer:
- líneas de soldadura;
- atrapamientos de aire;
- llenados desequilibrados;
- diferencias de presión;
- marcas visibles;
- o problemas dimensionales.
En piezas complejas, el análisis del recorrido que realizará el material dentro de la cavidad debe formar parte del desarrollo del producto.
La simulación del proceso puede ser especialmente útil para anticipar estos problemas antes de fabricar el molde.
7. Ignorar las líneas de unión
Cuando dos frentes de material fundido se encuentran dentro de la cavidad aparece una línea de unión o línea de soldadura.
Dependiendo del material, la geometría y las condiciones de proceso, esta zona puede afectar tanto al aspecto visual como a la resistencia mecánica.
El problema resulta especialmente relevante cuando la línea aparece en una zona estructuralmente crítica o en una superficie que debe presentar una elevada calidad estética.
La posición de entradas, obstáculos, agujeros y cambios de sección debe estudiarse teniendo en cuenta dónde previsiblemente se producirán estos encuentros del material.
8. Crear geometrías imposibles de desmoldear
Algunas formas aparentemente sencillas en CAD pueden complicar enormemente la fabricación del molde.
Contradesmoldeos, agujeros laterales, pestañas interiores o geometrías cerradas pueden requerir sistemas adicionales como:
- correderas;
- machos móviles;
- expulsores especiales;
- mecanismos hidráulicos;
- o soluciones específicas dentro del molde.
Esto no significa que estas geometrías no puedan fabricarse.
Significa que cada complejidad añadida al diseño puede trasladarse al coste, mantenimiento y complejidad del molde.
Por ello, conviene valorar si esa geometría es realmente necesaria o puede obtenerse el mismo resultado funcional mediante una solución más sencilla.
9. Definir tolerancias más estrictas de lo necesario
Otro error habitual consiste en especificar tolerancias extremadamente reducidas en todas las cotas de una pieza.
En ingeniería, una tolerancia más estrecha no significa automáticamente una pieza mejor.
Cada requisito dimensional debe responder a una necesidad funcional.
Las tolerancias excesivamente exigentes pueden obligar a:
- aumentar la precisión del molde;
- realizar ajustes adicionales;
- incrementar los controles de calidad;
- utilizar materiales específicos;
- o mantener condiciones de proceso más restrictivas.
Todo ello repercute en el coste.
La mejor pieza no es necesariamente la que tiene las tolerancias más pequeñas, sino aquella cuyas tolerancias están correctamente definidas de acuerdo con su función.
10. Elegir el material demasiado tarde
La elección del material no debería producirse cuando el diseño de la pieza ya está completamente cerrado.
Cada polímero tiene un comportamiento diferente en aspectos como:
- contracción;
- fluidez;
- rigidez;
- impacto;
- temperatura;
- absorción de humedad;
- resistencia química;
- o estabilidad dimensional.
Una geometría adecuada para un material puede necesitar modificaciones cuando se fabrica con otro.
Por ello, diseño de pieza, elección del material y diseño del molde deben abordarse conjuntamente.
Es precisamente aquí donde contar desde las primeras fases con el fabricante puede aportar un valor importante al proyecto.
11. Diseñar pensando únicamente en la pieza y no en el proceso
Este es probablemente el error que resume todos los anteriores.
Una pieza inyectada forma parte de un sistema mucho más amplio:
Diseño → Material → Molde → Inyección → Refrigeración → Expulsión → Control de calidad
Una decisión tomada en cualquiera de estas fases puede afectar a las demás.
Por ejemplo, aumentar el espesor puede mejorar aparentemente la rigidez, pero también incrementar el ciclo de refrigeración. Cambiar de material puede modificar la contracción. Añadir una pestaña puede obligar a incorporar una corredera al molde.
Por eso, el diseño para inyección debe contemplarse desde una perspectiva global.
Diseñar bien desde el principio también significa reducir costes
Una buena optimización de la pieza antes de fabricar el molde puede generar importantes ahorros durante toda la vida del proyecto.
Una reducción aparentemente pequeña de material, por ejemplo, puede convertirse en una cantidad considerable cuando hablamos de cientos de miles o millones de unidades.
Lo mismo ocurre con el tiempo de ciclo.
Reducir unos segundos cada ciclo puede representar muchas horas de máquina a lo largo de una producción de gran volumen.
Por tanto, el diseño no solo determina la calidad.
También determina buena parte del coste futuro de fabricación.
La importancia de trabajar conjuntamente con el fabricante
Involucrar al especialista en inyección durante las primeras fases del desarrollo permite analizar el producto desde el punto de vista de su fabricación real.
En TPlastic podemos estudiar conjuntamente aspectos como la selección del material, espesores, desmoldeo, geometrías, construcción del molde y parámetros de producción antes de llegar a la fabricación en serie.
Además, disponer de taller propio de moldes permite mantener una relación directa entre diseño, fabricación, ajustes, mantenimiento y producción.
Esta integración facilita detectar oportunidades de mejora y reaccionar con mayor rapidez cuando un proyecto requiere modificaciones.
Conclusión: una buena pieza empieza mucho antes de la máquina de inyección
Muchos problemas que aparecen durante la producción tienen su origen varias fases antes, en decisiones tomadas durante el diseño.
Espesores uniformes, radios adecuados, nervaduras correctamente dimensionadas, ángulos de desmoldeo suficientes y una elección temprana del material pueden evitar numerosos problemas posteriores.
Por eso, cuando una pieza va a fabricarse mediante inyección, no basta con preguntarse:
“¿Funciona este diseño?”
También debemos preguntarnos:
“¿Está diseñado para ser inyectado de forma eficiente, repetitiva y con la calidad que necesitamos?”
Resolver ambas preguntas antes de fabricar el molde permite reducir riesgos, acortar los tiempos de desarrollo y conseguir piezas más competitivas.
En TPlastic acompañamos a nuestros clientes desde las primeras fases del proyecto para transformar un diseño en una pieza técnicamente viable y preparada para una producción industrial eficiente.
