Injection Molding: Moldeo por inyección para las industrias del plástico y los metales

Las industrias se encuentran bajo una gran presión para innovar y producir productos de buena calidad y a una tasa rápida debido a la competitividad en el mercado (Samah et al., 2023). En este sentido, los empresarios están a la búsqueda de tecnologías que les permitan mantener sus ventajas competitivas.

El moldeo por inyección, también conocido como «injection molding», es un proceso de fabricación que se utiliza para crear objetos tridimensionales a partir de plástico fundido, metales, cerámica u otros materiales. El proceso es sencillo en principio, pero puede resultar complejo en la práctica debido a que depende en gran medida de la calidad y eficiencia de las herramientas de moldeo (Rocha et al., 2022).

La Injection Molding ha tenido un rápido crecimiento debido al desarrollo de nuevas áreas de aplicación en el campo de las industrias automotriz/transporte, electrónica, medicina y empacados (Fernandes et al., 2018); y en la actualidad, es una de las técnicas más populares de producción masiva de plástico (Ageyeva et al., 2019) y de otros materiales.

El desarrollo tecnológico, la flexibilidad de los procesos, la sostenibilidad y la creciente demanda de soluciones personalizadas están contribuyendo a la creciente popularidad del moldeo por inyección como método de fabricación (Czepiel et al., 2023).

Los moldes de inyección se utilizan principalmente como piezas semifinales o finales que pueden utilizarse para producir productos finales (Jung et al., 2021). A diferencia de la Impresión 3D, que se utiliza para producir productos con geometría complicada, el moldeado por inyección es ideal para la producción masiva (Boros et al., 2019) debido a su más alta tasa de producción.

Esta guía te proporciona una descripción general de la tecnología del moldeo por inyección (Injection Molding), desde los principios básicos y el proceso, hasta los materiales que se vienen empleando.

¿Qué es el moldeo por inyección (Injection Molding)?

El moldeo por inyección, o “Injection Molding” en inglés, es un proceso que calienta y funde polímeros, metales y otros materiales y luego se inyecta en la cavidad de un molde. El material se enfría y endurece en el molde, y luego se abre el molde para liberar el producto terminado.

Injection molding es un método adecuado para la producción masiva de productos con formas complicadas, y es usada principalmente en la industria del plástico. Fernandes et al., (2018) destaca que uno de los principales objetivos del moldeo por inyección es la mejora de la calidad de las partes moldeadas a un menor costo. Asimismo, esta tecnología se emplea para producir partes más pequeñas (Senthil, 2022) que suelen ser complicados de construir con otros métodos de producción.

De acuerdo con Sina (2015) el principio de injection molding es muy sencillo: em material plástico se calienta hasta que se vuelve una masa fundida viscosa; luego se introduce en un molde cerrado que define la forma del artículo que se va a producir; allí se enfría el material hasta que vuelve a ser sólido, luego se abre el molde y se extrae la pieza terminada.

Historia del moldeo por inyección

El Injection Molding se desarrolló por primera vez en el siglo XIX cuando se desarrolló una máquina relativamente sencilla para moldear botones, peinetas y otros artículos pequeños (Czepiel et al., 2023), y rápidamente se convirtió en un proceso de fabricación popular.

Las primeras máquinas de moldeo por inyección eran relativamente sencillas, pero han evolucionado notablemente con el paso de los años. Las máquinas de moldeo por inyección modernas están altamente automatizadas y pueden producir productos complejos con alta precisión.

La industria del moldeo por inyección ha evolucionado durante décadas y se ha convertido en el método más común para fabricar piezas de plástico (Liau et al., 2018); sin embargo, su aplicación se vienen extendiendo en muchas industrias.

Máquina de Injection Molding

Una máquina de moldeo por inyección es el equipo que se utiliza para realizar el proceso de moldeo por inyección. Existen diferentes tipos de máquinas de Injection Molding según cómo se propulsan los accionamientos: hidráulicas, híbridas y totalmente eléctricas (Elduque et al., 2015).

Los principales componentes de una máquina de moldeo por inyección son:

• Molde: El molde es la cavidad que se utiliza para dar forma al producto terminado.
• Cañón: El cañón es una cámara calentada que contiene el plástico fundido.
• Tornillo: El tornillo se utiliza para fundir y transportar el plástico a través del cilindro.
• Boquilla: La boquilla se utiliza para inyectar el plástico fundido en la cavidad del molde.
• Unidad de sujeción: La unidad de sujeción mantiene el molde cerrado durante los procesos de inyección y enfriamiento.

Proceso de moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación que se utiliza para crear objetos tridimensionales a partir de plástico fundido. El proceso es sencillo en principio, pero puede resultar complejo en la práctica.

El moldeo por inyección es una tecnología de moldeo que funde el material con la ayuda de un tornillo y un dispositivo de calentamiento externo y luego lo inyecta en un molde para formar el producto correspondiente a medida que el molde se enfría (Fu et al., 2020). Una preocupación frecuente cuando se emplea esta tecnología son las diferencias entre la forma diseñada y las piezas reales, todas ellas asociadas a fenómenos de contracción y alabeo (Manoraj et al., 2017).

Los pasos básicos del moldeo por inyección son los siguientes:

• Fusión: El primer paso es fundir el material termoplástico. Esto se puede hacer usando un cilindro calentado y un tornillo. El tornillo gira, empuja el material a través del cilindro y lo funde a medida que avanza.
• Inyección: Luego, el material fundido se inyecta en la cavidad del molde. La presión y la velocidad del proceso de inyección son factores importantes que afectan la calidad del producto terminado. La presión debe ser lo suficientemente alta como para forzar el material a entrar en todos los detalles de la cavidad del molde, pero no tan alta como para dañar el molde. La velocidad de inyección debe ser lo suficientemente rápida como para evitar que el material se enfríe antes de llenar la cavidad del molde, pero no tan rápida como para crear turbulencias que puedan causar defectos en el producto terminado.
• Enfriamiento: El material se enfría y endurece en el molde. El tiempo de enfriamiento depende del tipo de plástico que se utilice. El tiempo de enfriamiento debe ser lo suficientemente largo como para que el material se endurezca por completo, pero no tanto como para que la pieza se deforme o encoja.
• Eyección: Luego se abre el molde para liberar el producto terminado. El proceso de expulsión debe ser lo suficientemente suave como para no dañar la pieza, pero no tan suave como para que la pieza se adhiera al molde.

Más allá del proceso de moldeo que utilices, es importante destacar que las condiciones de moldeo (temperatura de fusión, temperatura del molde, tiempo de llenado, tiempo de empaque y presión de empaque) también afectan la productividad, el tiempo del ciclo y el consumo de energía del proceso de moldeo; y que las condiciones de moldeo tienen una estrecha relación con otros factores como los materiales, el diseño de las piezas y las herramientas, que determinan la calidad de los productos plásticos (Dang, 2014).

En los últimos años, se viene impulsando el moldeo por inyección inteligente que hace referencia al proceso de producción que emplea la tecnología de inteligencia artificial para desarrollar un sistema de optimización en línea (Ageyeva et al., 2019) y que se puede emplear en el entorno de la Industria 4.0.

Materiales para el moldeo por inyección

Se puede utilizar una amplia variedad de materiales termoplásticos en el moldeo por inyección. Algunos materiales ampliamente utilizado son el cloruro de polivinilo (PVC), el nailon, la poliamida, el poliéster, el acrílico, vidrio y elastómeros; asimismo casi todos los metales se pueden moldear mediante el proceso de moldeo por inyección de metales (Senthil et al., 2022).

A continuación te brindamos una pequeña descripción de los principales materiales usados en el moldeo de inyección, basado en el estudio de Czepiel et al., (2023) y en información de las empresas que brindan servicios de moldeo por inyección:

• Polietileno: El polietileno es un material versátil que se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones. Este material es obtenido de la policondensación del etileno, y se caracteriza por su flexibilidad y ductilidad, así como por su resistencia al calor, la electricidad, los agentes químicos y la degradación.
• Polipropileno: El polipropileno es un material resistente y duradero que se utiliza a menudo en aplicaciones industriales y automotrices. La ventaja de utilizar este plástico es su baja viscosidad en estado fundido, lo que permite obtener una consistencia suave y fluida. Es fácilmente moldeable y permite moldear productos de cualquier forma. Es un material resistente a la erosión, oxidación y derrames químicos.
• Poliestireno: El poliestireno es un material liviano y económico que se usa a menudo en envases y productos de consumo. Es uno de los polímeros más utilizados en el mundo. El poliestireno puede presentarse en varias formas, pero se encuentra más comúnmente como plástico o poliestireno expandido (EPS), también conocido como poliestireno.
• Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): El ABS es un material fuerte y resistente a los impactos que se utiliza a menudo en aplicaciones automotrices e industriales. Este copolímero consta de 15 a 35 % de acrilonitrilo, 5 a 30 % de butadieno y 40 a 60 % de estireno.
• Cloruro de polivinilo (PVC): El cloruro de polivinilo (PVC) es uno de los polímeros sintéticos más populares y utilizados. Gracias a su resistencia a la corrosión, durabilidad y facilidad de procesamiento, el PVC es el material elegido para crear sistemas de alcantarillado, sistemas de agua y tuberías para conducir diversos tipos de sustancias. También se utiliza en la fabricación de ventanas y puertas, así como ampliamente en la industria del embalaje. Además, el PVC se utiliza en las industrias del mueble, médica y automotriz.
• Nailon: El nailon es un material resistente y duradero que se utiliza a menudo en aplicaciones mecánicas y eléctricas.
• Metales: Casi todos los metales, a excepción del aluminio y magnesio.

Aplicaciones de moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un proceso versátil que se puede utilizar para producir una amplia variedad de productos. Jung et al., (2021) reportan que los moldes de inyección se utilizan con frecuencia en la fabricación de piezas de plástico, y estas piezas se utilizan en diversos negocios, como la fabricación de automóviles, calzado y productos electrónicos.

Algunas de las aplicaciones más comunes de moldeo por inyección incluyen:

• Productos de consumo: El moldeo por inyección se utiliza para producir una amplia variedad de productos de consumo, como juguetes, electrodomésticos y embalajes.
• Automotriz: El moldeo por inyección se utiliza para producir una amplia variedad de componentes automotrices, como parachoques, tableros y volantes.
• Dispositivos médicos: El moldeo por inyección se utiliza para producir una amplia variedad de dispositivos médicos, como jeringas, implantes e instrumentos quirúrgicos.

Moldeo por inyección de plástico: ejemplos

Cómo se explicó anteriormente, el moldeo por inyección de plásticos es la tecnología más empleada; no obstante, es importante destacar que esta tecnologías viene siendo empleada en diferentes industria utilizando diversos materiales.

Veamos algunos ejemplos específicos de productos fabricados mediante moldeo por inyección de plástico:

• Juguetes: Los juguetes de plástico, como los muñecos, las muñecas y los bloques de construcción, son uno de los productos más comunes fabricados mediante moldeo por inyección de plástico.
• Electrodomésticos: Los electrodomésticos de plástico, como los refrigeradores, las lavadoras y los lavavajillas, también son un producto común fabricado mediante moldeo por inyección de plástico.
• Envases: Los envases de plástico, como las botellas, los recipientes y las bandejas, son otro producto común fabricado mediante moldeo por inyección de plástico.
• Piezas de automóviles: Las piezas de automóviles de plástico, como los parachoques, los salpicaderos y los volantes, también son un producto común fabricado mediante moldeo por inyección de plástico.
• Dispositivos médicos: Los dispositivos médicos de plástico, como las jeringas, los implantes y los instrumentos quirúrgicos, también son un producto común fabricado mediante moldeo por inyección de plástico.

El moldeo por inyección de plástico es un proceso versátil que se puede utilizar para producir una amplia gama de productos. Es un proceso eficiente que puede producir productos de alta calidad a un costo relativamente bajo; está característica lo han convertido en una tecnología muy popular para ser empleada en la producción de productos basados en plásticos.

Ventajas del moldeo por inyección

Los resultados de la investigación de Kazmer et al., (2023) destacan que el moldeo por inyección seguirá siendo más económico y sostenible para aplicaciones de gran volumen hasta que se reduzca el alto consumo de energía de la fabricación aditiva. Al respecto, Tosello et al., (2019) reporta que el moldeo por inyección basado para la fabricación de insertos de herramientas de polímero es económicamente ventajoso, ya que permite una reducción de los costos de producción del 80 al 90 % en comparación con una cadena de proceso de herramientas convencional basada en el mecanizado.

Por su parte, Czepiel et al., (2023) el moldeo por inyección juega un papel importante en el desarrollo sostenible al reducir el consumo de materias primas, minimizar los residuos y promover el reciclaje.

El moldeo por inyección ofrece una serie de ventajas sobre otros procesos de fabricación, entre ellas:

• Alta precisión: El moldeo por inyección puede producir productos complejos con alta precisión.
• Altas tasas de producción: El moldeo por inyección puede producir grandes cantidades de productos de forma rápida y eficiente.
• Amplia gama de aplicaciones: El moldeo por inyección se puede utilizar para producir una amplia variedad de productos.

Desventajas del moldeo por inyección

Como toda tecnología el moldeo por inyección también presenta algunas desventajas que se constitiuyen en una barrera para una adopción más amplia en todas las industrias.

Las principales desventajas del moldeo por inyección las podemos resumir en:

• Costos iniciales elevados: Las máquinas de moldeo por inyección pueden ser costosas de comprar y mantener.
• Proceso complejo: El moldeo por inyección es un proceso complejo que requiere operadores calificados.
• Residuos: El moldeo por inyección puede producir una cantidad significativa de material de desecho. En los últimos años se vienen desarrollando una serie de investigaciones para determinar la generación de residuos y la demanda de energía.

Conclusión

El moldeo por inyección es un proceso de fabricación versátil y eficiente que se puede utilizar para producir una amplia variedad de productos. Al comprender los principios básicos del moldeo por inyección, podrá estar mejor equipado para tomar decisiones informadas sobre cuándo y cómo utilizar este proceso.

Actualmente, el moldeo por inyección tiene perspectivas de crecimiento prometedoras en las diferentes industrias, a medida que la automatización y robotización de los procesos de moldeo por inyección son cada vez más avanzadas (Czepiel et al., 2023). Asimismo, Boros et al., (2019) reportan las posibilidades de combinar las dos más importantes tecnologías de procesamiento de polímeros: el moldeado por inyección y la impresión 3D; con lo que se amplia los campos de aplicación de estas tecnologías.

Aunque es una tecnología creada hace más de un siglo, Injection Molding viene siendo actualizada continuamente debido a los avances tecnológicos y la disponibilidad de nuevos materiales; con estos avances, esta tecnología esta llamada a jugar un importante rol en la Industria 4.0 principalmente como método de fabricación inteligente.

Referencias bibliográficas

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