informe termoformado

8/17/2019 Informe Termoformado

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Sede BogotáFacultad de Artes

Escuela de Diseño Industrial

Tecnología de Procesos de Materiales

German Felipe HernandezJuan Camilo Laverde

Daniela Sanchez Buitrago

Alvaro Acero

Bogota D.C. , Colombia Abril, 14 de 2016



Marco Teórico

Termoformado:

El proceso de termoformado más común consiste en calentar una lámina de polímero de un

espesor determinado de manera tal que alcance el estado semi-plástico para así, mediante

vacío o presión, tener contacto con las superficies de un molde copiando así sus

características geométricas y formales. De manera tal que los espesores de la lámina se

ven alterados teniendo en cuenta la profundidad del molde pudiendo comprometer o no la

integridad física del polímero, por esto es el método más utilizado en la realización de

empaques de tipo blíster o embalajes de tipo burbuja. Sin embargo, existen algunas

variaciones en el procedimiento pertenecientes al conformado de una sola etapa en donde

se necesita un alto nivel de estiramiento y por esto se utiliza una lámina gruesa haciendo difícil el uso del método anterior.

Conformado por adaptación: La lámina se calienta y luego se hace descender sobre el

molde macho (O se hace subir éste hacia la lámina) de manera tal que el polímero se

acopla a su forma. Dicho acople se complementa por la presencia de vacío entre el molde y

la lámina, o bien aplicando presión de aire sobre ella. Los productos obtenidos de este

procedimiento tienen un espesor mayor en el fondo que va disminuyendo gradualmente

hasta ser el mínimo en los bordes.

Moldeo por vacío: La lámina es fijada sobre el borde del molde hembra y posteriormente

se somete al vacío, pero a diferencia del procedimiento anterior la lámina presenta un

espesor mayor en los bordes que disminuye gradualmente hacia los cantos en la parte

inferior.

Formado a presión: Es similar al moldeo por vacío, pero además se aplica sobre la lámina

aire comprimido hasta 1,4 MPa, lo que hace precisar una cámara cerrada en la parte

superior. Éste procedimiento se utiliza para producir piezas en materiales como PP suministrado en rollo, o para modificar láminas de gran espesor en piezas que necesiten un

gran detalle superficial.

Por libre soplado: Se aplica aire comprimido entre una cámara que reemplaza al molde

(inexistente en este caso) y la lámina con el fin de obtener una burbuja cuya altura es

controlada por una fotocélula. Debido a que la burbuja de la lámina no tiene contacto con

ningún elemento metálico, no presenta ninguna marca y su espesor es regular excepto en

cercanías al marco de fijación. Luego de esto el aire enfría la burbuja para dejar rígida la



pieza. Este procedimiento es ampliamente utilizado en empaques de tipo blíster (Ampollas)

en donde se suministra una lámina delgada mediante un rollo.

Molde y contramolde: Son utilizados para conformar elementos a partir de polímeros con

mayor rigidez como la espuma de PS. Puede aplicarse vacío al molde hembra para apoyar el conformado.

Por otro lado es posible encontrar procesos de termoformado en etapas múltiples que suple

las falencias de los procesos anteriores en tanto se emplea para producir elementos que

presenten mayor complejidad, que necesiten un control más preciso de los espesores, con

cantos de radios reducidos o con embutisajes profundos. Para cumplir con esto se emplean

métodos con más de un paso, en es común que el primer paso se haga para generar un

estiramiento de la lámina y los siguientes para controlar los otros factores. Algunas de las

variantes de este método en etapas múltiples son:

Estirado de burbuja: Se genera una burbuja como en el proceso anterior y posteriormente

desciende un macho. Al cerrarse sobre los bordes se genera vacío entre ambos y una

presión de aire en la cámara inferior.

Vacío con respaldo: De manera contraria al método anterior, la burbuja es lograda gracias

al vacío entre la lámina y la cámara inferior. El molde macho desciende y termina el

conformado efectuando vacío entre éste y la lámina y aplicando aire comprimido entre la cámara y éste.

Vacío con burbuja: Se emplea un molde hembra y se aplica aire a presión entre la lámina

y el molde. Una vez lograda la burbuja se genera vacío entre ésta y el molde

Vacío asistido con pistón: Con el fin de asegurar el espesor de las aristas y el fondo de

las piezas un pistón macho que tiene la contra-forma desciende sobre la lámina hasta

hacer contacto con el molde hembra, entre los cuales se aplica vacío para completar el

moldeo.

Presión asistida con pistón: Se combina el método anterior con una cámara en la parte

superior, en donde se aplica presión de aire sobre la lámina y el molde hembra posee

taladros de ventilación que pueden ser conectados o no con una bomba de vacío.

Por otro lado existen plásticos que poseen características que hacen necesarias otras

técnicas de trabajo tales como el conformado con lámina apoyada que es utilizado para

moldear láminas sensitivas al calor como el PP o el PE que son calentadas apoyándose

sobre una chapa porosa o láminas muy orientadas OPS. Luego de llegar a la temperatura



de moldea la lámina se apoya sobre el molde aplicando aire comprimido a través de los

poros de la chapa o se genera vacío entre la lámina y el molde

Inyección:

Es el proceso más utilizado para la producción industrial de piezas en polímeros

sintéticos debido a la posibilidad de producción en serie en donde principalmente se moldean termoplásticos y algunos duroplásticos con algunas modificaciones. El proceso

consiste en depositar el material plástico en presentación en polvo o granulado, en una tolva que alimenta un cilindro de caldeo, mediante la rotación de un tornillo sin fin se transporta el polímero desde la salida de la tolva hasta la tobera de inyección, en donde por efecto de la fricción y del calor la resina se va fundiendo hasta llegar al estado líquido. El husillo o tornillo sin fin también presenta un movimiento axial para brindarle a la masa líquida la presión que necesita para llenar el molde actuando así como un émbolo. Una vez que se ha llenado el molde el tornillo sin fin sigue generando presión sobre la resina líquida dentro del molde que se refrigera por medio de aire o agua a presión hasta solidificar la pieza. Todo este proceso es desarrollado en una pieza denominada inyectora de tornillo sin fin o husillo impulsor, o de manera más genérica se le conoce como extrusora.



Soplado:

El procedimiento de soplado se emplea para el trabajo de termoplásticos y es un

método en donde una máquina extrusora genera preformas calientes denominadas

macarrones o simplemente preformas dependiendo de su tamaño, en estado pastoso con un espesor determinado que ha de ser inflable, para posteriormente introducirlo en el interior de un molde de dos piezas o de separación que es cerrado para que mediante un mandril se introduzca aire a alta presión entre las paredes interiores de l molde con el fin de que las pre-formas en estado pastoso montadas previamente se adhieran a las paredes del molde tomando su configuración, seguidamente el molde es sometido a enfriamiento para que las películas del polímero se endurezcan y posteriormente poder extraer la pieza y mediante un proceso mecánico automatizado se pueda eliminar la rebaba (sobrante de material)

En este procedimiento se utilizan termoplásticos que poseen estabilidad de fusión para que soporten la extrusión de la preforma y el soplado de la misma en el interior del molde. El moldeo por soplado se utiliza para producir en serie piezas como botellas, pelotas, barriles, galoneras entre otros objetos de distintos tamaños y configuraciones.



Extrusión

Es un proceso para polímeros termoplásticos, en donde el polímero en estado

termoelástico-fundido debe pasar por empuje a través de una boquilla que tiene un perfil preestablecido, así moldeando el polímero de forma axial, generando una forma alargada con el material como por ejemplo: tuberías y ductos en plástico, hilos entre otros.

Generalmente el material se ve reducido en volumen al salir del molde de la boquilla, puesto que la presión para que el perfil quede evidenciado en el polímero hace que este se vea obligado a cambiar sus dimensiones. Esto solo puede ser posible en el estado

termoelástico del polímero y sus propiedades termoplásticas.

Rotomoldeo:

Es un proceso en el cual mediante el cual se puede obtener piezas huecas, productos con doble capa, materiales espumados, y piezas cerradas y sin juntas. El proceso consiste en depositar una cantidad previamente determinada de polímero en estado líquido o sólido en polvo en el interior de un molde que al finalizar el proceso permita abrirse para recuperar la pieza. Posterior a esto el molde ya cerrado se introduce en un horno con temperaturas que oscilan entre los 250°C y los 450°C con el fin de fundir o sintetizar el material para luego

comenzar a girar lentamente en un movimiento biaxial el molde de manera tal que dicha



acción ocasione que el polímero cubra todas las superficies internas del molde. Por último se somete el molde a enfriamiento para poder retirar la pieza ya solidificada.

Este proceso es generalmente desarrollado en materiales termoplásticos, aunque también puede ser llevado a cabo en termoestables y látex. Algunos de los termoplásticos más comunes son el polietileno (HDPE-LDPE), Polipropuleno (PP), Policloruro de vinilo (PVC), Poliestireno (PS), Acrilonitrilo bitadiense estireno (ABS), entre otros. En el caso de los termoestábles es desarrollado en resinas de PU, poliéster RFV, resinas de poliéster o epoxi.

Poliestireno:

El Poliestireno se designa con las siglas PS., estructuralmente, es una cadena larga de carbono

e hidrógeno, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una

polimerización vinílica de radicales libres a partir del monómero de estireno. A temperatura

ambiente, el poliestireno es un sólido termoplástico que puede ser derretido a altas temperaturas

para moldear por extrusión y después resolidificarlo. El monómero utilizado como base en la

obtención del poliestireno es el estireno (vinilbenceno).

Este plástico es rígido y está constituido por una doble microestructura en el interior de un

entramado de tipo nido de abeja. El

poliestireno es el cuarto plástico más consumido. Se

caracteriza por ser liviano, resistente al agua, excelente aislante térmico, aislante acústico y

http://www.pac.com.ve/busqueda/poliestireno



aislante eléctrico; es resistente mecánicamente, y ofrece óptima estabilidad dimensional,

dureza y rigidez. Posee alta durabilidad. Es un material perenne. Todas estas ventajas lo

hacen un material muy solicitado por profesionales de la construcción en general. A la hora

de la demolición de un edificio, el poliestireno se encontrará intacto.

El número 6 y las siglas PS indican que se trata de poliestireno. El triángulo con flechas

indica que se trata de un plástico reciclable (en ningún caso significa que el objeto esté

hecho con plástico reciclado).



Dentro de sus propiedades térmicas, el poliestireno "compacto" (sin inyección de gas en su interior) presenta la conductividad térmica más baja de todos los termoplásticos. Las espumas rígidas de poliestireno XPS presentan valores aún más bajos de conductividad, incluso menores de 0,03 W K-1 m-1, por lo que se suele utilizar como aislante térmico. Sin embargo, tiene relativamente poca resistencia a la temperatura, ya que reblandece entre 85

y 105°C (el valor exacto depende del contenido en aceite mineral). Cuando el poliestireno es calentado las cadenas son capaces de tomar numerosas conformaciones. Esta capacidad del sistema para deformarse con facilidad sobre su temperatura de transición vítrea permite que el poliestireno sea moldeado por calentamiento fácilmente.

Práctica 1

Desarrollo: Por medio de dos sencillos ejercicios de transformación de polímeros por termoformado, se busca entender, interiorizar y aplicar los conceptos teóricos vistos en clase sobre dicho procesos de manufactura. El primero consiste en cambiar la geometría de

una lámina de poliestireno sometiendola a una fuente de calor directa y posteriormente copiando la forma de un objeto determinado. El segundo ejercicio, tenía como fin realizar el proceso contrario al de la lámina de poliestireno, pues en este se tomaba como base un recipiente de material polimérico, el cual por efecto de la fuente de calor retornada a su geometría laminar de inicio.

Materiales para el desarrollo de la práctica:

Lámina de Poliestireno; espesor: 1mm, dimensiones: 20cmx20cmRegla

MarcadorCaja de termoformado ManualCompresor de AireModelo a termoformar



Proceso:

1. Deformación de láminas poliméricas:

Se toman en inicio tres láminas de poliestireno de 25x25 cm de dimensión y 1 mm de espesor. Sobre cada una se dibuja una cuadrícula de 1x1cm. Posteriormente, se procede a precalentar un horno de resistencia eléctrica y a ubicar una lámina de poliestireno en la caja o soporte, que tiene una pequeña abertura mediante la cual se suministra aire a alta presión que completa el proceso.

Cuando la resistencia alcanza una temperatura adecuada, se ubica la caja sobre la fuente de calor, con la lámina en ella, y se espera a que esta llegue su punto de trabajo, que se evidencia en la forma en que se tensa el material antecediendo un posterior estiramiento del polímero.

Después se ubica rápidamente la caja sobre el objeto a copiar o modelo, se ajusta evitando las salidas de aire y se suministra el aire a presión por el agujero de la caja. Luego se retira la caja y se desmolda con cuidado.

Al finalizar el proceso, se debe identificar, cuál de las líneas de la cuadrilla dibujanda al inicio presentó una deformación más notoria y se procede a hacer un corte por esta línea.

Con un calibrador pie de rey digital y una cinta métrica se toman las medidas de espesor y longitud de cada uno de los veinticinco

cuadrado que tocan esa línea. Se tabulan los datos en Excel y se analizan. El proceso se repite con las dos láminas restantes.



Lámina 1 Lámina 2 Lámina 3

Espeso

r

Longit

ud

%

Estir.

Pérdida

material

Espeso

r

Longitu

d

%

Estir.

Pérdida

Material

Espes

or

Lon

gitud

%

E

P

e

1 1 1 100 0 1 1 100 0 1 1 100 0

2 0.98 1 100 0.02 0.98 1 100 0.02 1 1 100 0

3 0.98 1 100 0.02 0.99 1 100 0.01 1 1 100 0

4 0.97 1 100 0.03 1.05 1 100 -0.05 0.99 1 100 0.01

5 0.96 1 100 0.04 1.01 1 100 -0.01 0.99 1 100 0.01

6 1.01 0.9 90 -0.01 0.89 1.1 110 0.11 0.94 1.1 110 0.06

7 0.99 1 100 0.01 0.75 1.1 110 0.25 0.87 1.1 110 0.13

8 1.05 1 100 -0.05 0.43 1.5 150 0.57 0.85 1.5 150 0.43

9 0.89 1.4 140 0.11 0.51 3.2 320 0.49 0.67 1.2 120 0.33

10 0.65 1.7 170 0.35 0.47 1.2 120 0.53 0.74 1.1 110 0.26

11 0.84 1.1 110 0.16 0.35 1.3 130 0.65 0.57 1.2 120 0.43

12 0.67 1.2 120 0.33 0.38 1.3 130 0.62 0.5 1.1 110 0.5

13 0.8 1.4 140 0.2 0.38 1.2 120 0.62 0.49 1.1 110 0.51

14 0.55 1.3 130 0.45 0.37 1.2 120 0.63 0.54 1.4 140 0.46

15 0.45 1.6 160 0.55 0.46 1.2 120 0.54 0.63 1.2 120 0.37

16 0.62 1.3 130 0.68 0.32 1.2 120 0.68 0.2 1.7 170 0.8

17 0.74 1.6 160 0.26 0.44 2.3 230 0.56 0.4 3 300 0.6

18 0.39 1.8 180 0.61 0.81 1.3 130 0.19 0.75 1.6 160 0.25

19 0.77 1.2 120 0.23 1.06 1.1 110 -0.06 0.85 1.1 110 0.15

20 0.95 1 100 0.05 1.13 1 100 -0.13 1.04 1.1 110 -0.04

21 1.05 1 100 -0.05 1.06 1.1 110 0.06 0.99 1 100 0.01

22 0.98 1 100 0.02 1 1.1 110 0 0.98 1 100 0.02

23 0.98 1 100 0.02 1 1 100 0 0.99 1 100 0.01

24 0.99 1 100 0.01 1 1 100 0 1 1 100 0

25 0.99 1 100 0.01 1 1 100 1 1 100 0



Gráficas:

Lámina 1.

Lámina 2.

Lámina 3.



Conclusiones:

- A partir del ejercicio se concluye que es posible la transformación del material polimérico en un rango de hasta el 300% de su geometría inicial, esto confirma su común uso en diferentes ámbitos de la industria pues tiene diferentes aplicaciones tanto en diseño directamente como en pruebas de resistencia.

- Por medio del proceso de termoformado realizado en clase se puede llegar a la conclusión de que no es realmente necesario tener un equipo de alta tecnología para lograr los resultados esperados en un proceso de este tipo, por medio de diversas ayudas y aplicación de principios tecnicos y teoricos a pequeños diseños se puede llegar a un acercamiento acertado de la práctica industrial.

- El resultado de la práctica fue óptimo, pues las láminas lograron copiar la gran mayoría de los detalles del objeto que se utilizó, no hubo gran problema con el desmolde de este y tanto la lámina como el objeto no terminaron con afectación alguna (rayaduras, perforaciones, quemaduras, entre otras).

- Al finalizar la práctica se reconoce que no se requiere de un periodo prolongado de tiempo para realizar el proceso por diferentes variables, la primera está directamente relacionada con la capacidad de la fuente de calor, pues entre más potencia y rapidez llegando a la temperatura ideal, mas rapido sera el desarrollo del termoformado, la segunda se relaciona con el grosor de la lámina, como en este caso esta tenía una espesor de 1mm, no requirió tiempo relevante para llegar a su punto de trabajo.

Práctica 2:

Materiales:

Envase vacio de alpinitoLámina de cartón con agujeroPegamentoHorno

Proceso:Deformación de envase de alpinito por aplicación de calorEn el siguiente ejercicio de termoformado se seleccionó un envase de alpinito construido en poliestireno. Se procedió a montar el envase en una lámina de cartón con un orificio en el centro de tal forma que al calentarse en el horno a cierta temperatura el aire del recipiente escapara por esté retornando el envase a la lámina original de la que fue producido.



Resultado:

Antes de aplicar calor:E = Espesor del material = 0,85 mmT = Tiempo ideal

min.1 min x E (mm) 2.1 min x (0, 5) , 85T = 2 = 8 = 1 7

Estiramiento máximo del PS: 3 – 4%Después:Temperatura ideal: 170 ° c Temperatura seleccionada en el horno: 180 ° c Temperatura alcanzada: 200 ° c Tiempo de exposición del material: 2 minEspesor del material = 0,85

Resultado Final:

Vista Superior Vista Inferior Vista Lateral

Conclusiones:

- Como se observa en las fotografías anteriores se cumplio satisfactoriamente con el ejercicio planteado, es posible que se haya superado el tiempo y la temperatura ideal dentro del horno del envase (PS), sin embargo no se observa una afectación grave en el material.

- El tiempo ideal para la deformación del material es de 1,8 min, en el resultado final existe una variación aproximada de unos 0,2 min de más. Si hubiésemos abierto el horno a los 1,8 min aproximadamente el material debió haber sido deformado en ese tiempo cumpliendo la fórmula del tiempo ideal.

- El éxito de la muestra se debe a que dentro del proceso existen diferentes tipos de variables que inciden en el resultado, la temperatura del horno y el tiempo de exposición al calor, son algunas de estas. En nuestro caso el horno alcanzó temperaturas máximas de 200 grados centígrados. A pesar de haber seleccionado

un temperatura de 180 grados, esta aumentó constantemente debido a que la puerta del horno se mantuvo cerrada.



- Finalmente el resultado nos corrobora que el espesor del material de la lámina y el envase terminan siendo iguales cumpliendo los parámetros establecidos por las propiedades del material y las condiciones con las que se realizó el ejercicio.

- Conclusiones generales:

+ Por medio del análisis del estiramiento y la pérdida de espesor de las láminas de poliestireno se puede llegar a argumentar diferentes decisiones de diseño y producción de algún producto o serie.

+ Se concluye que el estiramiento de la lámina es directamente proporcional a la altura de la pieza que se termoforma pues de allí se deriva el límite de estiramiento en el proceso.

+ Por otra parte se llega a la conclusión que el espesor de la lámina es inversamente proporcional al estiramiento de la misma.

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