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LA FUNDICION A LA CERA PERDIDA

LA FUNDICION A LA CERA PERDIDA

Notapor Mecaman » Febrero 3rd, 2009, 9:47 am

Nos imaginamos a veces, que un bronce a la cera perdida, es una prueba única sacada de un original en cera, desaparecido en el transcurso de la fundición. Nada de eso. Tal manera de operar, partiendo de una estatuilla enteramente hecha de cera, produciría efectivamente un bronce macizo, lo que no es casi nunca el caso, como venimos de señalar. Al contrario, el modelo y los molde que se han hecho, se conservan y pueden servir para la realización de un número más o menos importante de pruebas o reproducciones.
En cuanto a la cera, está esencialmente destinada a constituir el delgado espacio que el bronce sustituyendo a la cera, ocupará a continuación. Esta va a perderse en cada tirada. De ahí viene el nombre de este sistema.

LA IDEA
La idea de un objeto bulle en la cabeza del artista. En unas cartulinas marca los trazos del objeto concebido hasta perfilarlo para su modelación en barro. Del barro, un material delicado y quebradizo que requiere constante humedad, habrá que obtener un nuevo modelo en una materia más positiva, generalmente escayola, que mantenga la obra en sí. Para ello se sacará un negativo, una impresión de la figura, recubriendo el barro con escayola.
Una vez obtenido el negativo, la escayola se abre por la mitad. Se extrae el modelo, se cierran las mitades y se rellena el hueco con escayola. Después se desmolda nuevamente y se consigue ya el modelo definitivo para su transformación al bronce.

LA FUNDICIÓN
Las fundiciones españolas se encuentran dispersas por Valencia, Gerona, País Vasco y Madrid. La mayoría son pequeñas, artesanales y sujetas a la tradición que únicamente trabaja a la cera perdida. Sólo dos técnicas más se han desarrollado a lo largo de la historia desde que el bronce hiciera su aparición: a la arena, muy empleada en Francia y Bélgica, y con doble molde, durante la prehistoria.
Codina, la más tradicional de todas, y Capa, en la que por vez primera en el mundo se han introducido técnicas mecanizadas de carácter industrial, son las dos fundiciones de mayor significado. Para obra pequeña resaltan, entre otras, Fidias, Cellini, Soriano, o José Luis Hernández con cosas de micro fusión. Del resto del mundo destacan: Berrocal, en Verona, por sus trabajo en multiplex; la Escuela de Investigación de Fundición de Escultura de los Laboratorios Johnson y Johnson, en Estados Unidos, con un destacado montaje, y Susse, Valsuani y Gudiere, de gran arraigo en París. Sin embargo, en todas éstas todavía se sigue trabajando de manera artesanal: batiendo a mano, empujando a dedo o con muflas de ladrillo. Reproducir en bronce requiere un largo, costoso y complicado proceso de realización, de ahí que una fundición no sea importante por el número de su personal, sino por la calidad de sus trabajos, obtenida con una perfecta y adecuada coordinación de los diversos oficios:
moldeadores, -antiguamente vaciadores-, escultor, fundidor u hornero de la fundición, cinceladores y patinadores.
A la cera perdida, lo primero que se hace con el modelo llegado en escayola es sacar un negativo para que con ese molde pueda realizarse un reproducción en cera. Obtenido el molde, el negativo, en escayola, gelatina, plastoflex o silicona —con idéntico procedimiento que el empleado con el barro y la escayola-, se abre por la mitad y se extrae el modelo. Luego, ese molde se cierra, se une fuertemente con unos ganchos, y se vierte en su interior cera líquida para sacar la reproducción en positivo. Se deja enfriar durante uno segundos para que la superficie configure el molde, y finalmente se vacía, para dejar hueca la cera de la reproducción.
Más tarde, con la impresión en cera dentro del molde, se echa en su interior lo que se llama un “macho” de ladrillo molido —líquido y bien batido- y escayola, en la proporción de dos partes de ladrillo y una de escayola, para que macice, proteja y no deforme la cera. Endurecida la mezcla se procede a desmoldar, esto es, extraer el modelo, positivado, en cera. Si la pieza es pequeña se desmoldea sin macho. El modelo pasa al artista, o al escultor de la fundición, para que repase las rebabas de las juntas de unión con el molde o aquellas partes que no han sido rellenadas.
Tras esta operación de repasado, un operario clava en el positivo unas puntas con el macho interior, con las que también quedará sujeto al posterior revestimiento de tierra exterior. Se
trata de que cuando la cera desaparezca mantenga la misma separación y disposición. Acto seguido se le pone unos tubitos de papel envueltos de cera, que son los bebedores, las arterias de circulación del bronce líquido. En la fundición de Capa, con los bebederos puestos, la obra se reviste con un recubrimiento cerámico blanco, de silicecoloidal y harina de siliconio, para mantener una rigurosa fidelidad.
La pieza ya concluida es recubierta con un material líquido, ladrillo molido y escayola, para obtener el negativo refractario. Capa introdujo unas carcasas metálicas para macizar y aprisionar la pieza, como sustitución del enterramiento y el golpe de pisotón tradicional, lo que ahorra y agiliza en gran medida el proceso de la fundición. El bloque con el material refractario entra en la mufla, - estancos metálicos o de ladrillo para quemar los moldes --, y, a una temperatura de 1.200 grados, según sea el tamaño de la pieza, se deja estar hasta que la cera y la humedad desaparezcan. Una pieza pequeña permanece en la mufla unas treinta horas aproximadamente. Si el material refractario mantuviera alguna humedad, la pieza no podría hacerse debido a una extraña reacción que se produce al contacto con el bronce fundido. Secado y ya sin cera, el material refractario se saca de la mufla y se pone nuevamente en la carcasa a la espera de recibir el metal fundido.

LOS COLORES
El bronce de arte, que puede presentar diversas tonalidades sin pátinas, según sea su composición, es una aleación de cobre y estaño, o cobre, plomo, cinc y estaño, en una proporción de 95 % de cobre y 5% de estaño en la primera, y de 85% de cobre, 5% de plomo, 5% de cinc y 5% de estaño en la segunda. A mayor cantidad de plomo con el cobre, el bronce será más rojizo, y si la cantidad mayor es de cinc o de estaño el tono es más amarillento. El bronce, cualquiera que sea su composición y presentado en lingotes, se funde a 1.200 grados de temperatura, aunque hay quién lo hace a 700 grados, en el horno subterráneo de fundición. Una vez licuado se saca el crisol, se limpian las impurezas de la superficie y se vierte sobre el hueco del material refractario y cuela por los bebederos; se deja enfriar un poco el metal y se desmolde quitando la tierra. Este proceso, que tradicionalmente se hace a base de piqueta y cepillo, hoy puede realizarse mecánicamente mediante vibraciones y con chorros de agua a presión. La obra limpia pasa a la sección de repasados del bronce.
Una vez conseguida la pieza en bronce un cincelador la repasa concienzudamente, para ajustarse, con la máxima fidelidad, a lo que el artista quiere. Su labor trata de cortar los bebederos y los clavos y de repasar los cortes y desperfectos que pudieran haber surgido durante la fundición. Asimismo se sueldan los agujeros dejados por los bebederos y los clavos, y se unen las piezas que configuran la obra total con un hilo de la misma aleación utilizada. Después de esto, la obra es alisada mediante una especie de lijado de la superficie, pulimentada y abrillantada por un frotado finísimo, hasta que el poro del bronce queda completamente unificado. Más tarde se procede a dar las pátinas, que pueden darse con o sin pulido, y que no tienen otro objeto que colorear el metal.
Los colores, uno de los aspectos más notables de la escultura en bronce, pueden variar desde amarillo-naranja, verde-azulado, verde, verde oscuro, pardo, rojo, rosado-florentino hasta negro, y se consiguen mediante su provocación por oxidaciones. Los ácidos, rebajados con agua, se aplican con brocha a la superficie, calentada previamente con un soplete para que el calor acelere la oxidación. Suelen emplearse, entre otros, acetato de cobre, sulfuro potasa, sal de hacederas o cianuro.



Fundición a la arena

Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede producir. Se clasifica en función de tipo de modelo usado, ellos son: modelo removible y modelo desechables.
En el método empleando modelo removible, la arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La cavidad producida se alimenta con metal fundido
para crear la fundición. Los modelos desechables son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde.
Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer como se hace un molde y que factores son importantes para producir una buena fundición.
Los principales factores son:
• Procedimiento de moldeo Modelo
• Arena
• Corazones
• Equipo metálico
• Metal
• Vaciadoy limpieza

Los moldes se clasifican según los materiales usados.

Moldes de arena en verde. Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos. La llamada arena verde es simplemente arena que no se ha curado, es decir, que no se ha endurecido por horneado. El color natural de la arena va desde el blanco hasta el canela claro, pero con el uso se va ennegreciendo. La arena no tiene suficiente resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para darle resistencia; luego se agrega un poco de agua para que se adhiera. Esta arena se puede volver a emplear solo añadiendo una cantidad determinada de aglutinante cuando se considere necesario.

Moldes con capa seca. Dos métodos son generalmente usados en la preparación de moldes con capa seca. En uno la arena alrededor del modelo a una profundidad aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se obtiene una superficie dura en el molde El otro método es hacer el molde entero de arena verde y luego cubrir su superficie con un rociador de tal manera que se endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este propósito contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y soluciones liquidas similares. En ambos métodos el molde debe secarse de dos maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el exceso de humedad.

Moldes con arena seca. Estos moldes son hechos enteramente de arena común de moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el método anterior. Los moldes deben ser colocados totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad.
Moldes de arcilla. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas partes se emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso.

Moldes furánico. el proceso es bueno para la fabricación de moldes usando modelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla con ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resma furánica es agregada y se mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resma. El material de arena empieza a endurecerse casi de inmediato al aire, pero el tiempo demora lo suficiente para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece de una a dos horas, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que puedan ser removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de resma furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor del modelo que estará soportado con arena de grano agudo o en verde o puede ser usada como el material completo del molde.

Moldes de CO2. En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y es apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de CO2 es alimentado a presión en el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma intrincada se pueden obtener por este método, aunque el proceso fue desarrollado originalmente para la fabricación de corazones.


Moldes de metal. Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.

Moldes especiales. Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todos estos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares.

El molde debe poseer las siguientes características:

• Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal.
• Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la colada.
• Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde.
• Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal.
• Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento.
• El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación.




MOLDEO GASIFICABLE. POLIESTIRENO

Proceso de fabricación de la fabricación de la materia prima: el poliestireno expansible.

El poliestireno expandible es la materia prima para fabricar artículos acabados en poliestireno expandido. Al igual que cualquier otro tipo de material plástico, el poliestireno expandible deriva en último término del petróleo. El esquema adjunto muestra los componentes y las diferentes etapas desde la destilación del petróleo hasta la obtención del poliestireno expandible.

Esta materia prima se presenta en forma de pequeñas perlas de poliestireno que contienen en su interior un agente expandente homogéneamente distribuido que permite su expansión durante el proceso de transformación. El agente expandente es un hidrocarburo de bajo punto de ebullición (habitualmente pentano). En la fabricación del poliestireno expandible no se utiliza ni se ha utilizado nunca gases expandentes de la familia de los CFCs, HCFCs, o HFCs agentes causantes de la degradación de la Capa de Ozono.
Las perlas de poliestireno expandible se presentan en forma esférica con un diámetro que oscila en el intervalo 0,2-3,0 mm y se tratan con diferentes aditivos para influir en las propiedades del material expandido.

Proceso de fabricación

Éste transcurre siguiendo dos etapas:
• Polimeración
• Secado y acabado
La polimerización consiste en la obtención de macromoléculas basadas en largas cadenas de la unidad básica o monómero. En el caso del poliestireno expandible el monómero es el estireno. La polimerización se realiza mediante suspensión en agua del estireno en unos reactores equipados con mecanismos agitadores que producen la división del estireno en pequeñas gotas suspendidas en el agua. Los reactores están recubiertos por una camisa de refrigeración/calefacción que permite regular la temperatura interna del reactor. Durante este proceso se utilizan además aditivos para los siguientes cometidos:
• Estabilización de la suspensión y regulación del diámetro de las perlas
• Catalizadores para iniciar la reacción de polimerización
• Adición de agentes ignifugantes (para las materias primas que requieren esta característica).
La reacción de polimerización es exotérmica y se desarrolla siguiendo un programa de temperaturas definido y cuando se alcanza una cierta tasa de conversión, variable según los diferentes procesos, el agente de expansión se introduce a presión. Al finalizar esta etapa se obtiene una mezcla de perlas de poliestireno expandible y agua que es enviada a unos tanques de homogeneización.
En la etapa de secado y acabado la mezcla anterior es secada por aire y por centrifugación y se traslada a una cierta altura para su posterior cribado a diferentes granulometrías ya que siempre existe una cierta dispersión en el diámetro de las perlas obtenidas.
Los diferentes tamizados se aditivan, generalmente con estearatos, para mejorar su posterior transformación.
Después de un almacenamiento intermedio en silos la materia prima producida se envasa principalmente en contenedores de cartón recubiertos en su interior por un film plástico aunque también pueden emplearse contenedores metálicos.

El producto debe conservarse a una temperatura moderada (inferior a 20ºC) para evitar la volatización del agente expansor

Parámetros caracterizadores

• Granulometría: los productos más finos, con diámetros comprendidos entre 0,2 y 1,0 mm se destinan principalmente a la fabricación de embalajes. Los productos más gruesos (1,0 a 3,0 mm.) se utilizan para la producción de placas de aislamiento térmico.
• Potencial de expansión: la naturaleza del polímero, el contenido en agente expandente y la presencia de ciertos aditivos permiten obtener productos con una densidad final más ajustada.
• Cadencia para el moldeo: los aditivos y tratamientos superficiales permiten la obtención de productos cuyo ciclo de moldeo/desmoldeo puede acortarse.
• Agentes ignifugantes: cuando la aplicación lo requiera (p.ej. construcción) esta materia prima puede tratarse con aditivos ignifugantes que mejoran notablemente sus propiedades de reacción al fuego.
• Bajo contenido en pentano: el contenido habitual de pentano en el poliestireno expandible se sitúa alrededor del 6-7 %. En los últimos años se han desarrollado materias primas con bajo contenido en pentano (4%) que son muy adecuados para la fabricación de piezas y bloques de densidad media-alta y con los que se consiguen reducciones en los tiempos de estabilización y en los ciclos de moldeo/desmoldeo.
La industria productora está continuamente investigando nuevos desarrollos y de esta forma se han producido en los últimos años productos con mejores prestaciones aislantes o con un mejor comportamiento frente a la absorción de agua.

Polimerización en Suspensión, Emulsión y Masa
a. polimerización en suspensión. En este caso el peróxido es soluble en el monómero. La polimerización se realiza en agua, y como el monómero y polímero que se obtiene de él son insolubles en agua, se obtiene una suspensión. Para evitar que el polímero se aglomere en el reactor, se disuelve en el agua una pequeña cantidad de alcohol polivinílico, el cual cubre la superficie de las gotitas del polímero y evita que se peguen.
b. Polimerización en emulsión. La reacción se realiza también en agua, con peróxidos solubles en agua pero en lugar de agregarle un agente de suspensión como el alcohol polivinílico, se añade un emulsificante, que puede ser un detergente o un jabón.
En esas condiciones el monómero se emulsifica, es decir, forma gotitas de un tamaño tan pequeño que ni con un microscopio pueden ser vistas. Estas micro gotitas quedan estabilizadas por el jabón durante todo el proceso de la polimerización, y acaban formando un látex de aspecto lechoso, del cual se hace precipitar el polímero rompiendo la emulsión. posteriormente se lava, quedando siempre restos de jabón, lo que le imprime características especiales de adsorción de aditivos.
c. Polimerización en masa. En este tipo de reacción, los únicos ingredientes son el monómero y el peróxido.
El polímero que se obtiene es muy semejante al de suspensión, pero es más puro que éste y tiene algunas ventajas en la adsorción de aditivos porque no esta contaminado con alcohol polivinílico. Sin embargo, debido al gran tamaño de sus partículas no se dispersa en los plastificantes y no se usa para plastisoles.

Técnicas de Moldeo de los Plásticos
El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a presión en los moldes. En función del tipo de presión, tenemos estos dos tipos:
Moldeo a Alta Presión
Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y extrusión.
Compresión: en este proceso, el plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica, ya que la presión requerida en este proceso es muy grande.
Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas de baquelita, como los mangos aislantes del calor de los recipientes y utensilios de cocina.
Inyección: consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que actúa de igual manera que el émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los que circula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por inyección resulta muy indicado para la producción de grandes series de piezas. Por este procedimiento se fabrican palanganas, cubos, carcasas, componentes del automóvil, etc.
Extrusión: consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de distintos espesores.
Moldeo a Baja Presión
Se emplea para dar forma a láminas de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente, dos procedimientos: El primero consiste en efectuar el vacío absorbiendo el aire que hay entre la lámina y el molde, de manera que ésta se adapte a la forma del molde. Este tipo de moldeado se emplea para la obtención de envases de productos alimenticios en moldes que reproducen la forma de los objetos que han de contener.
El segundo procedimiento consiste en aplicar aire a presión contra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este procedimiento se denomina moldeo por soplado, como el caso de la extrusión, aunque se trata de dos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la fabricación de cúpulas, piezas huecas, etc.
Colada: La colada consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de materiales baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, este procedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas.
Espumado: Consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Por este procedimiento se obtiene la espuma de poliestireno, la espuma de poliuretano (PUR), etc. Con estos materiales se fabrican colchones, aislantes termo-acústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo y patinaje, plafones ligeros y otros.
Calandrado: Consiste en hacer pasar el material plástico a través de unos rodillos que producen, mediante presión, láminas de plástico flexibles de diferente espesor. Estas láminas se utilizan para fabricar hules, impermeables o planchas de plástico de poco grosor.
Fabricación
La fabricación de los plásticos y sus manufacturas implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, composición del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva.
Materias primas
En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del almidón o el carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nylon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nylon 11 se fabrique todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo hos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.


Forma y acabado

Al principio del proceso de fabricación se remueven y funden pequeños gránulos de nylon (una resina sintética). Una vez fundida, la mezcla de plástico azul recibirá la forma deseada mediante un proceso llamado extrusión.
Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y fluencia (conocido como deformación). La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos.
Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. Los productos extrusionados, como por ejemplo los tubos, tienen una sección con forma regular. La máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo por soplado o moldeo por inyección.
Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde. El calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales. Por ejemplo, el politetrafluoretileno tiene una viscosidad de fundición tan alta que debe ser prensado para conseguir la forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto a temperaturas extremadamente altas que convierten el plástico en una masa cohesionada sin necesidad de fundirlo.

Aplicaciones:
Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo.
Empaquetado
Construcción
Aislamiento térmico
























PROCEDIMIENTO SHAW.
Simulación en inyección de plásticos

El proceso de inyección de plásticos es un fenómeno extremadamente complejo de cara a un modelado físico que permita un tratamiento informático adecuado para una posterior simulación del proceso. Se trata en la práctica de un flujo tridimensional transitorio (en presiones, temperaturas, densidades ...) y con un frente de flujo en movimiento. Las bases físicas para estudiar este tipo de problemas se encuentran en las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo de fluidos generales



Sin embargo, en su momento se determinó que la complejidad que comportaba atacar el problema de esta manera, hacía inabordable el tratamiento de piezas de plástico industriales; por ello debía escogerse un modelo que proporcionara resultados satisfactorios y con tiempos de cálculo aceptables.
Las barreras que aparecían en este punto eran varias. Por una parte estaba la imposibilidad de obtener un sistema de mallado tridimensional correcto (además de automático) para un posterior tratamiento por el método de elementos finitos (FEM); por otro lado estaban los requisitos de memoria que necesitaban tal conjunto de complejas ecuaciones tridimensionales.Además los módulos para post-proceso necesitan calcular y ofrecer al usuario en forma visual y rápida (de hecho hay que transponerlo a través de una pantalla de ordenador 2D) unos resultados que se distribuyen en todo el volumen de la pieza y no sólo en la superfície.
El modelo que se ha demostrado más adecuado para la simulación de este proceso de llenadocompactación en la inyección de plásticos, es el llamado flujo generalizado de Hele-Shaw bajo condiciones no isotérmicas. De hecho es el que utilizan, de una manera u otra, todos los programas de simulación de la inyección de plástico que se comercializan hoy en día en nuestro país: Moldex no es una excepción (aunque con velocidades de proceso mejoradas considerablemente).
En la elección de cualquier modelo, es muy importante conocer las simplificaciones que se han utilizado. De esta manera se podrá entender el ámbito de aplicación de dichas aproximaciones. En el caso del modelo de Hele- Shaw, quizá la aproximación que tiene más repercusiones desde el punto de vista del usuario, es la suposición de vector de velocidad plano para el flujo de llenado del plástico (ver figura 1). El usuario tiene que modelar, a partir de la geometría tridimensional, una geometría de plano medio (o 2.5D), donde la velocidad del flujo a lo largo del espesor no varía.

Esta aproximación es muy conveniente para los polímeros. Las guías de diseño para dichos materiales hablan siempre de la necesidad de utilizar espesores uniformes y de evitar "masas" de material.Se trata pues de definir las piezas con geometrías de tipo corteza o de pared fina.
Esta simplificación geométrica de 3D a 2.5D (con el consiguiente mallado en elementos finitos) ha sido tradicionalmente y todavía sigue siendo uno de los problemas más engorrosos de cara a modelar una pieza 3D realizada en un CAD actual.Afortunadamente,muchos CAD modernos (Pro/Engineer, I-deas...) tienen comandos específicos para generar mallas directamente para programas de simulación de inyección.
Cabe mencionar además,que la exigencia de un programa de este tipo en lo que respecta a la definición del mallado para posterior análisis de elementos finitos,es muy superior a un programa de análisis de elementos finitos de tipo estructural (los más extendidos:Ansys, Abaqus,etc),por una parte porque el programa debe de tener un análisis de los elementos de contorno puesto que el flujo del fluído es móvil;por otra hay tres tratamientos de la fase de inyección que utilizan técnicas distintas sobre la misma geometría (los llamados FLOW/PACK o llenado/compactación, COOL o enfriamiento y WARP o deformación tras moldeo). De ahí la gran importancia de tener un mallado bien definido (en el caso de Moldex, por ejemplo, el mallado de cálculo se realiza en el propio programa).
Otras aproximaciones del modelo de Hele-Shaw son que las fuerzas inerciales se consideran insignificantes comparadas con las fuerzas viscosas y que se ignoran los efectos de conducción de calor en la dirección del flujo y de convección térmica en la dirección del espesor

Limitaciones de Hele-Shaw

Las limitaciones del modelo de Hele-Shaw no son muchas (el 90% de las piezas industriales convencionales son de pared fina), sin embargo las hay y deben de tenerse en cuenta (ver gráfico 2):
-Flujos de surtidor ("Fountain flow"). La aproximación plana no es totalmente exacta: como se ve en la figura de la izquierda a veces se dan localmente pequeños retrocesos de flujo, fenómeno que es similar al que provoca la gravedad en una fuente de surtidor.
-Cambios de grosor abruptos. En estos casos los fluidos tienden a ocupar todo el volumen disponible, con lo que el flujo no puede ser localmente plano.
-Bifurcaciones y Ts.El fenómeno es similar.Las desviaciones hacen que localmente el flujo deje de ser plano.
-Fibras. Debido a los fenómenos mencionados previamente, las predicciones de dirección de las fibras es un fenómeno que no se puede predecir con exactitud con un modelo 2.5D. Se trata en definitiva de un fenómeno claramente 3D.Aunque con un estudio "multilayer" a lo largo del espesor se puede aproximar la predicción de orientación de fibras, los resultados no son mucho mejores que una simple observación de los campos vectoriales de velocidad.
En general el modelo de plano medio (o fibra neutra 2.5D) es poco adecuado cuando tenemos piezas de tipo "másico" en vez de tipo "corteza" (como criterio general cociente dimensión lateral/espesor < 10), es decir aquellas piezas donde se hace muy dificil o resulta muy arbitrario definir una geometría de plano medio. Como ejemplo se puede pensar en un cubo (donde hay tres posibles planos medios iguales), y a un nivel menos teórico tornillos o ruedas dentadas.
Para estas aplicaciones se hace necesario lo que podemos llamar un modelo 3D real. Este concepto es lo que los desarrolladores de este tipo de programas están buscando desde hace tiempo y sin duda, la aparición este tipo de programas supone un hito importante de cara a la simulación del moldeo por inyección.Al menos por tres razones:
1.Permite simular correctamente el comportamiento de piezas que hoy en dia no son adecuadas para un análisis 2.5D (piezas de tipo másico,como se mencionaba anteriormente).
2. Evita el traumático paso de mallado en geometría 3D a 2.5D sin pérdidas de precisión (hay programas actuales tipo Fusión que permiten hacer la simulación a partir de ficheros 3D en formato STL, utilizando una tecnología que podríamos llamar de "doble Hele- Shaw" pero que no consigue resultados fiables, básicamente por las licencias matemáticas necesarias -conectores- en la homogeneización impuesta artificialmente de velocidades en caras paralelas.
3.Establece las bases para el modelado completo, es decir, la reutilización total de los modelos para definir la pieza, el molde y la simulación conjunta de ambos elementos con un modelo 3D real.

Solo para poner un ejemplo, en un futuro no muy lejano, podremos generar una geometría 3D con un CAD convencional (I-deas, Pro/Engineer...) analizarla con simulación de inyección 3D real (MOLDEX- 3D...) o estructuralmente (Ansys, Abaqus...) y diseñar por entero el molde con su despiece completo para llevarlo a fabricación (Mold Wizard...), todo ello con una interacción directa entre los distintos interfaces que permitan modificaciones que tengan en cuenta tanto el proceso industrial como el proceso del utillaje y la funcionalidad estructural de la pieza.
En este sentido, el novedoso Moldex- 3D (de Coretech System Co., Ltd.) ha conseguido ya la primera implementación práctica de simulación 3D de inyección de plástico. Para ello utiliza un método basado en la Fluidodinámica Computacional (CFD, en sus siglas inglesas). Emplea del método de volúmenes finitos para resolver las ecuaciones del flujo térmico y en paralelo hace un seguimiento para el avance del frente de flujo (estudio del volumen de fluido en cada instante). (estudio del volumen de fluido en cada instante).
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