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Una nueva era en el diseño de piezas de plástico

01/11/1997



CAE Desktop para plásticos


Desde principios de los años 80 se han desarrollado herramientas de CAE para plásticos que proporcionan una única fuente de ingeniería predictiva. Las herramientas en esta categoría, que normalmente se denomina análisis de flujo, permite a los ingenieros especializados crear un prototipo electrónico de una pieza, molde y proceso específicos. En este artículo de C-Mold, representado por SCL, S.A. se explican los últimos avances en estos campos.

Las ventajas de utilizar estas herramientas son obvias aunque la mayoría de las compañías aún no hayan realizado importantes inversiones en ellas. Pero la creación de la malla de elementos finitos es incómoda y, además, el usuario requiere un perfil técnico muy específico. Éstas han sido las principales barreras que han impedido la diseminación de CAE para plásticos. Para beneficiarse de las ventajas de CAE para plásticos, el usuario debe tener experiencia en Análisis por elementos finitos (FEA), ciencia de polímeros, diseño de pieza, y diseño y fabricación de moldes. Hoy en día, en un momento en el que los grupos de ingeniería están divididos por funciones, existen muy pocas personas con el background y tiempo necesario para dominar todas estas disciplinas.

El Ingeniero "desktop"

Hoy en día en las empresas hay, mayoritariamente, ingenieros "desktop". Es decir, técnicos que habitualmente tienen una área de conocimiento, como diseño de pieza o molde, pero se le han dado responsabilidades que afectan directamente a la rentabilidad del producto, como la calidad y coste del producto final.

Estos ingenieros "desktop", de los que hay miles, se apoyan básicamente en la tecnología CAD de modelado de sólidos (3 dimensiones), para acelerar el proceso de diseño, con tal de poder realizar más diseños en menos tiempo y sin recursos extraordinarios. De este modo se lanzan más productos al mercado, pero se destina poco tiempo a asegurar su fabricabilidad y calidad. Por lo tanto, aunque se alcancen las cuotas de producción requeridas, el aseguramiento de la calidad y el control de costes no están todavía optimizados.

El ingeniero "desktop" típico trabaja bajo restricciones de tiempo severas. La mayor parte de ellos ni siquiera se plantean la posibilidad de utilizar el CAE para plásticos como herramienta convencional.

CAE Desktop para plásticos

Resulta evidente que el ingeniero "desktop" es un candidato ideal para disfrutar de los beneficios del CAE, siempre que éste cumpla con los siguientes requisitos:- Uso fácil



  • Resultados rápidos e intuitivos
  • Evitar el mallado y traducción de datos
  • Proporcionar de forma inmediata información útil y fiable para ingeniería, que pueda ser utilizada de forma inmediata por el usuario para mejorar la fabricabilidad y rentabilidad.
  • No requerir entrenamiento ni formación o experiencia específica.
  • Proporcionar claros beneficios económicos desde su primera utilización, ayudando así a gerencia a apoyar y difundir su uso.

Sorprendentemente, incluso durante la primera mitad de esta década, no se desarrollaron herramientas CAE enfocadas a las necesidades concretas de los ingenieros "desktop". No había nada que se pudiera presentar como CAE para plásticos Desktop...., una herramienta para todas las personas involucradas en la creación y fabricación de piezas y productos de plástico, para todos aquellos responsables de una de las fases de diseño y fabricación, que sienten la presión de evaluar opciones, con limitaciones de tiempo, y por lo tanto mal avenidos con las mallas de elementos finitos. Una herramienta para el diseñador de moldes que necesita saber el tiempo de ciclo; una herramienta para el inyectador, que necesita saber de forma precisa el tamaño y forma de su ventana del proceso de inyección.

En la ausencia de una herramienta concreta para el ingeniero "desktop", algunas empresas de software trataron de educar a la industria para que cambiaran su modo de pensar y su organización, y poder así disfrutar de las ventajas de su complejo programa basado en FEA. Realmente se creó un paradigma antes de que se hubiera desarrollado una herramienta efectiva de simulación Desktop 3D.

Dr. C-MOLD, presentado en Interplast’96 en el Reino Unido fue el primer producto que surgió a raíz de ese paradigma. Proporciona información única de la ventana de proceso (ilustración 1), ayuda al técnico a elegir el plástico apropiado, predice, de forma precisa, de qué forma aumenta el tiempo de enfriamiento en función del grosor de pieza y colada. Esta herramienta encaja perfectamente en el ciclo de trabajo del ingeniero "desktop" y proporciona soluciones que impactan de forma directa en la fabricabilidad y rentabilidad de la pieza.

De uso sencillo y fácil de aprender, sin requerimientos de modelo de CAD o malla de elementos finitos, Dr. C-MOLD se ha convertido en la piedra angular del CAE Desktop para plásticos.

3D Quickfill, el segundo producto en esta nueva categoría de CAE Desktop para plásticos, fue presentado en la feria NPE 97. 3D Quickfill lee información en piezas en 3D utilizando el formato.stl de ampliamente difundido (ilustración 2). La introducción de una tecnología tan esperada marca el principio de una nueva era en la cual, al pulsar un solo botón, se obtiene de forma cómoda información en 3 dimensiones de la pieza a inyectar.

3D Quickfill de C-MOLD es un software que funciona independiente de cualquier otro programa o CAD, es fácil de utilizar, y capaz de simular de forma precisa el llenado de una pieza de plástico por inyección. Por todo ello es tremendamente útil para toda persona relacionada con la inyección de plásticos. El proceso de diseño y producción de una pieza de plástico se compone habitualmente de cinco fases, todas ellas interrelacionadas: diseño, ingeniería de pieza, ingeniería de molde, fabricación de molde e inyecciónQue 3D Quickfill sea un programa independiente, que no corra bajo ningún CAD u otro programa, y sólo necesite un fichero.stl significa que, por primera vez, existe una herramienta que evita la creación de malla de elementos finitos. Sin malla implica que tanto el responsable de ingeniería de pieza como el diseñador de molde o el inyectador pueden cambiar el modelo y analizarlo tantas veces como deseen, y obtener las respuestas que necesitan.

El concepto "sin malla", y el poder ofrecer un programa que da respuestas a toda persona involucrada en el ciclo de diseño y fabricación de una pieza de plástico hace de 3D QuickFill una herramienta imprescindible en todas y cada una de las 5 etapas del proceso de diseño y fabricación de piezas de plástico.

Ingeniería de pieza puede evaluar rápidamente multitud de conceptos, y reaccionar variando la geometría o las condiciones de proceso, o buscando materiales alternativos. Sabrá el volumen de su pieza, así como el tiempo de enfriamiento, por lo tanto podrá determinar el coste de la pieza.

Además, 3D QuickFill es capaz de afrontar el reto que supone el proceso de diseño, conseguir elevar al mismo grado de optimización los 4 elementos fundamentales: geometría, material, proceso y molde. Es de destacar que, en la pura esencia de la ingeniería de plásticos existe una continua, cambiante y mutua influencia de la geometría con el material, del material con la geometría, del material con el molde y del molde con el material hasta conseguir un equilibrio aceptable.

El proceso de diseño de una pieza hasta su lanzamiento al mercado es iterativo, y muestra que, a pesar del trabajo aislado de cada uno de los grupos de ingeniería dentro de una misma empresa, no es posible optimizar únicamente un aspecto, como la geometría, el molde o el proceso. Es decir, en cada fase del proceso de diseño destacará uno de los 4 puntos, pero a la vez los tres restantes deberán modificarse. Cada individuo relacionado con este proceso realmente está contribuyendo a optimizar varios puntos a la vez, la geometría, el molde y la inyección.

Una de las responsabilidades de los diseñadores de moldes es optimizar la localización del punto de inyección. Recibirá un fichero.stl con un diseño totalmente detallado y parcialmente optimizado por algún otro miembro del equipo, utilizando 3D QuickFill, o bien recibirá este fichero y él mismo realizará diferentes pruebas, con 3D QuickFill, con el fin de obtener la distribución óptima.

Otra posibilidad es que el diseñador de molde reciba diferentes geometrías por feedback del departamento de ingeniería. Con 3D QuickFill podrá ver de qué manera aumenta el el tiempo de enfriamiento al aumentar el grosor de pieza o colada (éste último a menudo no se tiene en cuenta como factor influyente en el tiempo de ciclo y calidad del producto). Le mostrará el llenado del material, presión, y fuerza de cierre y, cuando necesite repasar sus conocimientos, o tenga alguna consulta, el asistente de ayuda le será de mucha utilidad, ya que le conducirá directamente al capítulo pertinente del libro de consulta C-MOLD Design Guide, incluido on-line con el software.

En el caso de las piezas técnicas, ingeniería de pieza determinará la apariencia visual del producto, pero en piezas como por ejemplo productos de consumo, habitualmente se encarga del tema un estilista. Este artista nunca será una persona directamente envuelta en el proceso, sino que está sólo parcialmente ligado al resto del equipo de diseño y fabricación. Los estilistas, con 3D QuickFill, podrán verificar sus propuestas de diseño y detectar posibles problemas. La animación del avance de flujo es para ellos tan intuitiva que pueden ver cómo el plástico avanza. También pueden generar un.stl y enviarlo ingeniería de pieza o molde para que evalúen la geometría. De esta forma se acortan mucho las iteraciones entre ellos.

El punto esencial en la industria del plástico es, como en cualquier otra, calidad y coste. Nadie puede intentar no tenerlo en cuenta si se desea rentabilizar el proceso. El coste del material de molde, del diseñador de molde, del mecanizado de molde, de pruebas de molde, de reajuste de molde del plástico, de la máquina de inyección, y el coste actual del producto acabado, todos ellos pueden ser optimizados utilizando el nuevo CAE Desktop para plásticos de C-MOLD.

3D QuickFill no es análisis de flujo. Proporciona respuestas muy rápidamente y puede ser utilizado por las empresas que no posean un especialista en FEA.

No es únicamente un estimador de coste de pieza, sino que permite a los diferentes departamentos involucrados en el ciclo de diseño y fabricación, aplicar sus conocimientos apoyándose en un software dinámico e interactivo y así mejorar de forma significativa su trabajo, y aumentar su valor añadido.

Wim Schermerhorn
C-Mold Europe

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