Cómo un fabricante por contrato usa moldes impresos en 3D para la producción de bajo volumen

En los años posteriores a su entrada en la Organización Mundial del Comercio (OMC) en 2001, China no tardó en convertirse en el fabricante con mayor producción del mundo. Gran parte de esta capacidad de fabricación proviene de la región del delta del Río de las Perlas, un grupo de nueve ciudades del sur de la provincia de Guandong, entre las que se encuentra Shenzhen. La región representó aproximadamente un tercio del valor comercial de China en 2020. 

Impulsados por este crecimiento rápido, muchos pequeños talleres se convierten en empresas internacionales. Multiplus surgió en 2005 en Shenzhen como un taller de micromoldeo por inyección y pronto se convirtió en un proveedor de servicios que cubren todo el ciclo de producción de productos de plástico, desde el diseño hasta la fabricación, fueran grandes o pequeños o de inyección única o múltiple (los casos en los que se moldean por inyección dos o más colores o materiales al mismo tiempo en un único molde). Actualmente, Multiplus presta sus servicios a más de 250 clientes al año, incluidas algunas empresas de la lista Fortune 500.

Algunos de estos clientes requieren una producción en lotes pequeños, que siempre ha resultado costosa en cuanto a tiempo y dinero con el moldeo por inyección, debido a la complejidad de fabricar utillaje duro.

Sigue leyendo para descubrir cómo Multiplus usa moldes de inyección impresos en 3D para acortar de cuatro semanas a solo tres días los plazos de producción de lotes pequeños de alrededor de 100 piezas moldeadas por ineyección.

En el vídeo, verás cómo Multiplus usa moldes de inyección impresos en 3D para bajos volúmenes de producción.

En la mayoría de los casos, los moldes que se usan para el moldeo por inyección se fabrican con metales como el acero o el aluminio. Sin embargo, cuando la producción se realiza en lotes pequeños, los moldes de metal pueden suponer un coste considerable, ya que fabricarlos requiere mucho tiempo y dinero. 

"Aunque no es la mayoría de lo que hacemos ahora, los pedidos de fabricación en lotes pequeños cada vez son más comunes. Algunos están destinados a la validación funcional y de diseño, pero un número cada vez mayor de ellos pasan a ser productos de uso final. Es algo lógico, ya que cada vez más empresas quieren poner a prueba el mercado", nos cuenta Kevin Li, CEO de Multiplus.

Hace unos años, Multiplus adoptó la impresión 3D, y desde entonces ha adquirido varias impresoras 3D, principalmente para imprimir modelos y piezas de comunicación para la validación de diseño con diferentes materiales. A medida que empezó a crecer la demanda de la fabricación en lotes pequeños, Multiplus recurrió a la impresión 3D para explorar distintos materiales, con la intención de encontrar un modo rentable de producir moldes de plástico más económicos para pedidos pequeños. Fabricar un volumen de producción bajo de moldes de inyección con las impresora de Formlabs redujo los costes, la mano de obra y el tiempo que requería el proceso en comparación con el mecanizado de moldes de aluminio. Además, la impresión 3D podía combinarse sin problemas con sus máquinas Babyplast de moldeo por inyección industrial.

Uno de los materiales que Multiplus sometió a ensayo fue la Rigid 10K Resin de Formlabs, una resina reforzada con vidrio con una alta rigidez y resistencia mecánica, térmica y química; propiedades necesarias para un molde de inyección. Además, las piezas impresas con la Rigid 10K Resin en la impresora 3D SLA Form 3 tienen un acabado mate liso que se traduce en un acabado limpio de las superficies de las piezas inyectadas. 

"No hay muchos materiales impresos en 3D capaces de soportar el presionado, calentamiento y enfriamiento repetido de los que se compone el proceso de moldeo por inyección. Hemos podido comprobar que incluso con un material que supuestamente soporta altas temperaturas, el molde puede resistir entre 10 y 20 ciclos de inyección, pero se agrieta poco después o la calidad se degrada hasta que la pieza acabada ya no es aceptable. El primer lote que produjimos con el molde de Rigid 10K Resin generó 100 piezas sin problemas", afirma el Sr. Lin Wei, el director del departamento de moldeo por inyección de Multiplus.

Multiplus ha sometido a ensayo piezas moldeadas por inyección en acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polipropileno (PP), policarbonato (PC) y una combinación de ABS y PC. Después de diseñar el molde, se imprimía y posacababa el mimso en un día, se montaban los moldes en el taller en aproximadamente media hora y se iniciaba el moldeo por inyección con las máquinas de la empresa. Una vez empezado el moldeo por inyección, la pieza tarda aproximadamente tres minutos en estar terminada. Multiplus limita cada molde a unas 100 inyecciones de uso e imprime copias de los moldes para los pedidos de mayor cantidad. 

Con las múltiples impresoras 3D y máquinas de moldeo por inyección de las que dispone en su taller, Multiplus puede entregar cientos de piezas en un mínimo de tres días, un plazo considerablemente más corto que las tres o cuatro semanas que necesitaría para fabricarlas con un molde de metal obtenido mediante el mecanizado CNC.

Multiplus ha usado sus moldes impresos en 3D con una máquina Babyplast 10/12 Standard y con diversas condiciones de presión, temperatura y materiales. La pieza que se sometió a ensayo fue la carcasa de una caja de mando para electrodomésticos, que incluía varios detalles pequeños. 

A partir de estas pruebas, observamos que el polipropileno inyectado a 180 ºC resultaba bastante fácil de procesar. Multiplus obtuvo piezas inyectadas de buena calidad y con una superficie lisa. El molde impreso se utilizó en 100 inyecciones y seguía en buen estado. De forma parecida, se procesó ABS a 220 ºC durante 60 inyecciones sin que se dañase el molde. Multiplus no sometió los moldes a ensayo hasta que fallaran por su ajustado programa de producción, pero espera que tengan una vida útil que supere las 100 iteraciones por molde con el PP, el ABS y la combinación de PC y ABS.

Los ensayos con policarbonato a 260 ºC produjeron la ruptura del molde tras solo cuatro iteraciones. Esto demuestra que los plásticos con alta viscosidad por encima de los 250 ºC son difíciles de procesar con un molde impreso en 3D de Rigid 10K Resin, especialmente con esta geometría de paredes finas. La High Temp Resin tiene una temperatura de flexión bajo carga mayor y se puede considerar como alternativa siempre que las presiones de sujeción y de inyección no sean demasiado elevadas.

Al integrar la impresión 3D en su proceso de trabajo para el moldeo por inyección, Multiplus ha podido expandir su negocio, realizar más encargos y ser más competitiva, reduciendo sus costes, mejorando el tiempo de producción y ayudando a sus clientes a lanzar mejores productos al mercado con rapidez. 

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