En Bronymec, llevamos más de 25 años fabricando piezas poliméricas mediante mecanizado. Esto nos da cierta ventaja a la hora de identificar las tipologías de piezas más adecuadas para la fabricación aditiva, pero el análisis pieza por pieza resulta tedioso.

SCAN es capaz de analizar un extenso inventario de artículos y calificar aquellos componentes de mayor potencial de mejora tanto técnica como económica.

La fabricación aditiva ofrece ventajas añadidas como acortar la cadena de suministro y hacerla más resiliente, además de ser un factor clave en el camino a una industria más sostenible. Es por esto que el mercado necesita conocer qué tipología de componentes pueden ser fácilmente dirigidos hacia la impresión 3D.

Nuestro servicio permite impulsar modelos de fabricación digital que rompen con paradigmas como la necesidad de grandes stocks físicos de componentes y recambios. Estos solo acarrean ineficiencias en su gestión, problemas de obsolescencia, una gran ocupación de espacios y altos costes financieros. Partiendo de un clon digital, la fabricación aditiva permite fabricar exclusivamente las piezas necesarias y en el momento preciso.

En Bronymec, contamos con los recursos necesarios para ofrecer un análisis completo sobre el potencial de ahorro con datos concretos por cada referencia.

Nuestro personal especializado en el diseño para la fabricación aditiva, junto a herramientas de ingeniería inversa y nuestro servicio de optimización de diseños Luma, garantizan maximizar el valor diferenciador de la fabricación aditiva. ¿Cómo? Identificando, digitalizando y optimizando aquellos componentes que permitirán al cliente disponer de un inventario bien dimensionado, resiliente, ágil y eficiente.

Luma Service es un servicio de ingeniería que tiene como objetivo el diseño de piezas aligeradas garantizando la eficiencia, y la reducción de costes, tanto económicos como energéticos.

Luma significa pluma en euskera. La pluma es un material biológico muy ligero, formado por una inusual combinación de características estructurales que permiten un equilibrio perfecto entre ligereza, rigidez y resistencia.

Luma Service ha sido concebido para ofrecer a la industria diseños aligerados. Buscamos diseños más eficientes, aportando exclusivamente el material necesario en el lugar preciso.

El resto son ineficiencias: pesos innecesarios que acarrean sobrecostes energéticos, consumo evitable de material plástico y elementos sobredimensionados que generan cargas excesivas en los equipos productivos.

Durante las últimas décadas, el diseño de muchos componentes ha estado condicionado por el método de fabricación de los mismo. Se aplican diferentes principios de diseño para el mecanizado, moldeo, inyección, soldadura, etc. que terminan por definir tanto la geometría, como el aspecto o tacto de la pieza final. Los equipos de diseño han de considerar aspectos como espesores mínimos/máximos de pared, radios de herramienta mínimos, ángulos de desmoldeo o linealidad de canales internos.

Casi ninguna de estas restricciones existe cuando hablamos de Fabricación Aditiva, por lo que deja de ser eficiente el reproducir los mismos productos de antaño.

Esto requiere una rápida adaptación de las áreas de ingeniería a la nueva realidad, desaprendiendo paradigmas fuertemente instalados en nuestros procesos de diseño. Las nuevas posibilidades permiten imaginar libres de las restricciones tradicionales, para enfocarnos solo en rendimiento.

Esta libertad de diseño, junto a la evolución de las herramientas FEM ha permitido la creación de un servicio como Luma Service.

Diseños aligerados
Montajes más ágiles
Facilita el mantenimiento
Aumenta la vida útil del componente

Ecoeficiencia
Menor consumo
Ahorro energético
0 desperdicio

Menor coste
Ahorro energético
Menor coste de transporte
Menor coste por pieza

Un proceso de 5 pasos:

Además de 25 años diseñando piezas plásticas, contamos con:

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Si lo elevamos a nivel industrial, el pegar piezas de plástico nos abre considerablemente el abanico en cuanto al diseño de nuestras piezas y conjuntos. Por ejemplo, nos permite obtener grosores superiores a los formatos disponibles o construir geometrías difícilmente mecanizables. Pero este método, supone importantes retos en varios de los plásticos más utilizados en la industria. ¿Por qué se dan estas diferencias entre materiales? Detrás de este fenómeno se encuentra la TERMODINÁMICA DE SUPERFICIES E INTERFASES.

A todos nos sonará intentar pegar un juguete o alguna pieza de plástico y ver cómo el pegamento líquido se desliza sobre la superficie y, por mucha presión que se ejerza, termine soltándose.

Empecemos por definir el concepto que más nos puede sonar; el concepto de tensión superficial.

La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía (energía superficial) necesaria para aumentar su superficie por unidad de área (mJ/m²) o, de forma equivalente, a la fuerza normal que actúa por unidad de longitud (mN/m). El factor depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Está originada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase (región de separación entre dos fases. Por ejemplo, la zona de contacto entre un sólido y un líquido). Siendo esto así, los líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermoleculares fuertes, tendrán tensión superficial elevada y viceversa.

El espesor de la interfase es de varias moléculas aunque para simplificar se considera una superficie. En realidad, en la naturaleza no existe discontinuidad y la transición entre diferentes fases es algo gradual.

Las fuerzas adhesivas entre el líquido y el sólido provocan que el líquido se extienda por la superficie, mientras que las cohesivas del líquido hace que éste se abulte y tienda a evitarlo.

Recordemos que la materia siempre busca el estado de mínima energía. Las moléculas del interior de una masa líquida están sometidas a un campo de fuerzas uniforme, haciendo que la fuerza resultante sea nula, encontrándose en equilibrio. Por el contrario, la interfase es desfavorable desde el punto de vista energético. Las moléculas más próximas a la interfase, no solo están sujetas a las fuerzas generadas en su fase, si no que son influenciadas por las fuerzas de la fase contigua.

Debido a estas interacciones, surge una fuerza resultante no neta que actúa en los átomos de la interfase y está dirigida hacia el interior del líquido, como puede verse en la Imagen 2.

El campo de fuerzas generado trata de conseguir el equilibrio característico existente en el interior, minimizando el número de átomos sometidos a estas fuerzas, lo que provoca que la superficie del líquido se altere disminuyendo su área y su energía superficial, es decir, su relación área-volumen. Y la superficie de mínima área con mayor volumen es la esfera.

Ahora que conocemos la tensión superficial, estudiaremos otro parámetro que influye en el pegado: la mojabilidad.

Simplemente observando la naturaleza, hemos podido ser conscientes de que no todos los líquidos mojan de igual manera a un determinado sólido y que no todos los sólidos se mojan de la misma forma por un líquido. Esta propiedad recibe el nombre de mojabilidad y la magnitud física experimentalmente relacionada con la mojabilidad (µ) es el ángulo de contacto θ. En la Imagen 3 se representa esquemáticamente una gota de líquido (L) reposando en equilibrio sobre una superficie sólida horizontal (S) en una atmósfera de gas (G).

La ecuación que da la información de lo que un determinado líquido se extiende sobre una superficie sólida, es la Ecuación de Young.

Donde γ_SG, γ_SL, γ_LG son las tensiones interfaciales sólido-gas, sólido-líquido y líquido-gas.

De forma general, se define el ángulo de contacto como el ángulo que forma la superficie de un líquido al entrar en contacto con una superficie sólida. El valor del ángulo de contacto depende principalmente de la relación existente entre las fuerzas adhesivas del líquido y sólido y las fuerzas cohesivas del propio líquido. De esta manera, si las fuerzas de atracción intramoleculares del líquido son mayores que las fuerzas de adhesión entre el líquido y el sólido con el que está en contacto; el líquido no mojará el sólido. Por el contrario, cuando las fuerzas de adhesión entre el sólido y el líquido son mayores que las del propio líquido, aparecen los fenómenos de mojado.

Uno de los factores que influyen en el mojado es la anteriormente nombrada tensión superficial. Para que ocurra le mojado, la tensión superficial del sólido tiene que ser mayor que la del líquido.

Siendo esto así, si el líquido es agua, una superficie se puede considerar super-hidrófila (buena mojabilidad) cuando el ángulo de contacto es inferior a 10° (θ≤10). La superficie se considera hidrófila cuando 10°<θ<90°. Por el contrario, será hidrófobo cuando el ángulo de contacto se sitúe entre 90° y 120°. Por último, se considerará super-hidrófobo cuando el ángulo de contacto sea superior a 120°. La mojabilidad será nula cuando se alcancen los 180°.

En estos dos últimos casos, la tensión superficial del líquido es mayor que la del sólido. Sin embargo, la tensión superficial no es el único factor que interviene a la hora de conseguir una superficie hidrófoba. También depende de la rugosidad superficial del sólido. Lo que se consigue mediante el control de la rugosidad es disminuir las fuerzas adhesivas entre el sólido y el líquido a través de bolsas de aire (hidrofobicidad).

Cada tipo de material tiene una rugosidad superficial característica y para conseguirlo, se hace uso de recubrimientos de materiales que sí poseen una rugosidad propicia, por ejemplo, el PTFE, o a través de materiales técnicos avanzados que se crean con ese propósito (por ejemplo, el uso de nanofibras alineadas).

Este tipo de rugosidad es muy común en plantas, siendo los ejemplos más conocidos el de la hoja de Lotus (el conocido efecto lotus) o la hoja de arroz. Estas son hojas donde se pueden generar esferas de agua en su superficie, claro ejemplo de superhidrofobia.

Centrémonos ahora en lo que, desde Bronymec, más nos incumbe: aunque la opción del pegado químico entre diferentes termoplásticos permite abrir el abanico de posibilidades a la hora de diseñar piezas plásticas, muchas veces nos encontramos con el mismo problema.

Plásticos tan utilizados a nivel mundial como el polietileno (PE), el polipropileno (PP), o el Teflón (PTFE), son materiales difíciles de pegar, aunque utilicemos adhesivos especiales para plásticos. No es problema del adhesivo: el principal factor no es otro que la baja tensión superficial que tienen, ya que el adhesivo no moja la superficie correctamente. Es decir, las fuerzas de cohesión del líquido son mayores que las fuerzas de adhesión entre el líquido y el sólido con el que está en contacto; en resumen, el líquido no mojará el sólido. Como ya hemos comentado, para que ocurra el mojado, la tensión superficial del líquido tiene que ser más baja que la del sólido a mojar.

A modo de curiosidad, en las tablas que siguen a continuación se pueden ver varios polímeros y otros materiales, y sus correspondientes tensiones superficiales.

No es casualidad que los metales presenten alta tensión superficial; estos, junto con el vidrio y la cerámica, estos forman parte del grupo denominado “alta energía”, ya que sus enlaces químicos son muy fuertes. Por el contrario, los enlaces de los polímeros, son menos rígidos. Estos materiales forman el grupo de “baja energía”, donde la mojabilidad es menor.

A primera vista, parece lógico asumir que un polietileno con mayor peso molecular tendría una densidad superior. Sin embargo, en la práctica, no siempre es así. ¿Por qué sucede esto?

El concepto de polidispersidad se refiere a la distribución de pesos moleculares en un polímero. Se mide mediante el índice de dispersidad (PDI), que es la relación entre Mw y Mn. Un PDI más alto indica que la distribución de pesos moleculares es más amplia, lo que puede afectar las propiedades mecánicas del material. En general, un PDI mayor sugiere que las cadenas del polímero varían más en tamaño, lo que puede resultar en una mayor heterogeneidad en las propiedades del PE.

Normalmente, las piezas de PTFE suelen ser mecanizadas en unas tolerancias de, aproximadamente, +/- 0,12mm. Este dato es, obviamente, meramente orientativo, pero puede tomarse como una norma general que ayudará durante las primeras etapas al dimensionar la pieza. Aunque, ocasionalmente,se pueden requerir mecanizados con tolerancias más estrechas, normalmente no suele ser necesario. La natural resiliencia de este material permite a la pieza acabada adaptarse a la dimensión de trabajo. Por ejemplo, una adecuada interferencia de clavado puede permitir que una pieza sea ajustada mediante presión, en lugar de tratar de obtener la medida de ajuste exacta, y ambos casos funcionarán igual de bien.

En el caso de que sea necesario el mecanizar piezas a tolerancias especialmente estrechas, normalmente es necesario el someterlas a un proceso de destensionado. Esto se obtiene al calentar el fluoropolímero a una temperatura algo superior al de uso esperado, pero inferior a 327 ºC.

Manteniendo esta temperatura durante 1 hora por 25mm de espesor, seguido de un lento enfriamiento. Así, finalizaría la primera etapa del recodico. Un premecanizado podría dejar la medida de la pieza a 0,50mm de la medida final, momento en que se volvería a recocer la pieza para eliminar las tensiones generadas por la herramienta.

La transición que ocurre en la resina de PTFE, resulta en una ganancia de volumen entre 1% – 1,5% ante un aumento de temperatura de 19 ºC. Esto debe ser anticipado si nos encontramos ante una aplicación crítica.

La persona encargada de medir una pieza de PTFE deberá ser especialmente cuidadoso con un aspecto en concreto; el control dimensional se deberá efectuar mediante útiles que no ejerzan demasiada presión sobre la pieza. Por ejemplo, un micrómetro utilizado por personal no experimentado en mediar piezas de este tipo de materiales, podría leer un resultado entre 0,15mm y 0,25mm por debajo de la medida real, debido a la compresión del PTFE ante la presión del útil. Los métodos de metrología ópticos pueden ser muy útiles en estos casos.

Lo recomendable es mediar las piezas una vez hayan adquirido la temperatura esperada de trabajo. En caso de que no fuera posible, podría servir el calcular anticipadamente la ganancia o pérdida de volumen. Las piezas medidas a temperatura ambiente, no cumplirán las especificaciones a temperaturas superiores. El caso contrario es también esperable.

En teoría, se pueden obtener acabados superficiales cercanos a 0,4 µm, pero raramente son necesarias debido tanto al bajo coeficiente de fricción o resistencia a la compresión del PTFE.

Cuando asegurar unas tolerancias realmente estrechas es una prioridad, contamos con la familia Fluorosint®. Partiendo de PTFE reforzados y mediante la adhesión de mica, se obtiene una combinación única que aúna el bajo coeficiente de rozamiento característico del PTFE con una estabilidad dimensional de los termoplásticos más avanzados.