Introducción
Tienes un diseño que requiere la creación de prototipos de varias docenas de piezas. El costo de los moldes para la producción en masa es demasiado alto; la impresión 3D es demasiado lenta y las propiedades del material no son adecuadas. El prototipado rápido con silicona soluciona este problema.
El prototipado con silicona satisface necesidades específicas. Permite producir múltiples piezas que se asemejan mucho a las piezas de producción en masa, tanto en apariencia como en rendimiento. Estas piezas se pueden utilizar para pruebas, validación e incluso para la producción en lotes pequeños. Este método cierra la brecha entre el prototipado de una sola unidad y la producción a gran escala. Ese es su propósito, y por eso los fabricantes lo adoptan.
¿Por qué se utiliza la silicona en la creación rápida de prototipos?
La silicona no es el único material para moldes, pero es la mejor opción para ciertos trabajos. Sus propiedades se adaptan al proceso.
Excelente reproducción de detalles
La silicona reproduce con precisión hasta los detalles más finos, recreando fielmente las características de la superficie. Se pueden reproducir geometrías complejas sin pérdida de detalle. Ya sea que el molde original presente bordes afilados, texto fino o patrones intrincados, las piezas resultantes coincidirán a la perfección.
Propiedades de moldeo flexible
La flexibilidad de la silicona es una ventaja clave. Las piezas con chaflanes se desmoldan fácilmente. Los componentes curvos se retiran sin dañarlos. Las características complejas que se atascarían en moldes rígidos se pueden desmoldar limpiamente en moldes de silicona.
El molde es flexible, lo que permite que las piezas se desprendan de forma natural sin necesidad de aplicar fuerza ni riesgo de rotura. Esto hace posible la creación de prototipos de silicona para diseños que son imposibles de moldear en materiales rígidos.
Bajo costo de herramientas y producción rápida
Los moldes metálicos pueden costar decenas de miles de dólares y tardar meses en fabricarse. En cambio, los moldes de silicona cuestan solo una fracción de eso y se pueden producir en pocos días. Los moldes se pueden cortar a partir de un molde maestro o fundir. Los plazos de entrega son cortos. Para la creación de prototipos y la producción de lotes pequeños, esta estructura de costos ofrece una ventaja significativa.
Amplia compatibilidad de materiales
Los moldes de silicona son compatibles con una amplia variedad de materiales. Las resinas de poliuretano se utilizan comúnmente para fabricar piezas tanto rígidas como flexibles. Los materiales a base de caucho proporcionan propiedades elastoméricas, mientras que los plásticos de ingeniería ofrecen un buen rendimiento estructural. El vertido de elastómeros de silicona en moldes de silicona produce piezas blandas aptas para el contacto con la piel. Este proceso puede adaptarse a aplicaciones específicas.
Estas cuatro ventajas convierten a la silicona en el material estándar para el prototipado rápido. Es rápida, rentable, permite reproducir detalles finos y es adecuada para formas complejas. Ningún otro material para moldes ofrece estas cuatro ventajas. Por eso domina este campo.
¿Cómo funciona el prototipado rápido con silicona?
Crear el modelo maestro
El molde maestro define la pieza. Existen tres métodos para crear un molde maestro.
| Mecanizado CNC | Consiste en cortar material sólido, lo que da como resultado una alta precisión y un acabado superficial excepcionalmente liso. |
| Impresión 3D SLA | El uso de resina líquida permite obtener superficies lisas y detalles finos. |
| Impresión SLS | El uso de material en polvo da como resultado una mayor resistencia que el proceso SLA. |
Aunque existen otras tecnologías de prototipado rápido, estas tres cubren la mayoría de los escenarios de aplicación.
El molde maestro determina el límite superior de la precisión y la calidad superficial del prototipo final.
Un molde maestro en bruto produce piezas fundidas en bruto; un molde maestro pulido produce piezas fundidas pulidas. El acabado superficial del molde maestro se transfiere directamente a la pieza. Cada rayadura, cada línea de capa y cada marca de herramienta se replican con exactitud.
Antes de fabricar el molde, el molde maestro debe mecanizarse según los estándares requeridos.
Fabricación de moldes de silicona
El ingeniero coloca el molde maestro en la caja de moldeo, luego mezcla la silicona líquida y la desgasifica para eliminar las burbujas de aire. Finalmente, se vierte la silicona alrededor del molde maestro. Una vez que la silicona se ha curado, se retira el molde maestro y el molde está completo.
Las ventajas son evidentes: puede reproducir con precisión los detalles de la superficie; la superficie del molde es lisa y se puede transferir completamente a la pieza; y puede reproducir formas complejas, incluyendo socavados y superficies curvas.
Los moldes de prototipado de silicona suelen durar entre 20 y 50 vaciados. El número exacto depende del material de moldeo, la geometría de la pieza y el cuidado durante el desmoldeo. Esto es suficiente para la producción en lotes pequeños. Para la producción en grandes volúmenes, se pueden fabricar varios moldes utilizando el mismo molde maestro.
Fundición de prototipos
Los operarios vierten el material de moldeo (resina o silicona) en el molde. El moldeo al vacío de silicona elimina las burbujas de aire antes y durante el vertido. El vacío garantiza que el molde se llene por completo, obteniendo así una pieza sin poros. Una vez curada, la pieza se retira del molde y se somete a un proceso posterior: recorte de la entrada de inyección y limpieza de la superficie. Las piezas prototipo de silicona están listas para su inspección y prueba.
Las piezas fabricadas mediante este proceso son idénticas al molde maestro en cuanto a geometría y acabado superficial. Sus propiedades materiales son comparables a las de las piezas producidas en serie. Si bien el costo unitario es mayor que el del moldeo por inyección, el costo del molde es solo una fracción del de este último. Para series de producción de 20 a 50 piezas, esta es la solución más rentable. Esa es la propuesta de valor del prototipado rápido con silicona.
Procesos comunes de prototipado rápido con silicona
Fundición al vacío de silicona
Primero, crea un modelo maestro, que luego se utilizará para fabricar un molde de silicona. Coloca el molde en una cámara de vacío, vierte resina o silicona en él bajo vacío para eliminar las burbujas de aire y, una vez que la pieza se haya curado, abre el molde y retira el producto terminado.
Ventajas
El molde confiere directamente un acabado superficial de alta calidad a la pieza, garantizando que su apariencia coincida con la del producto final esperado. Además, al estar fabricado en silicona en lugar de acero, el coste de producción en lotes pequeños es menor.
El moldeo al vacío de silicona produce prototipos de piezas de silicona con la apariencia y el tacto de componentes de producción. Presentan un acabado superficial de alta calidad con detalles nítidos y definidos. Las propiedades del material son similares a las de los plásticos y elastómeros de grado de producción en masa. Por ello, este proceso es el más común en el prototipado rápido de silicona.
Aplicaciones
Entre sus aplicaciones se incluyen carcasas y botones para electrónica de consumo, componentes y juntas para el interior de automóviles, así como prototipos para dispositivos médicos que requieren materiales biocompatibles y superficies lisas. Este proceso es adecuado para cualquier aplicación en la que sea necesario validar la apariencia, el tacto y la funcionalidad antes de fabricar un molde para la producción en masa.
Moldeo por compresión de silicona
El material de silicona se introduce en la cavidad del molde caliente. El molde se cierra. El calor y la presión hacen que el material fluya hacia la cavidad, donde se endurece. El molde se abre y se extrae la pieza.
La creación de prototipos de silicona mediante moldeo por compresión es ideal para piezas de caucho. Las juntas, los sellos y los componentes flexibles son aplicaciones comunes. Dado que este proceso es idéntico a la producción en masa —aunque a menor escala—, las propiedades del material cumplen con los estándares de producción en serie.
Para volúmenes bajos, el moldeo por compresión es más lento que la fundición al vacío. Sin embargo, permite trabajar con materiales de baja fluidez. La silicona de alta viscosidad, la fluorosilicona y los compuestos con cargas se moldean más fácilmente mediante moldeo por compresión que mediante fundición al vacío. Las piezas prototipo de silicona producidas de esta manera son funcionalmente idénticas a las piezas de producción.
La desventaja radica en el tiempo. La fabricación del molde lleva varias semanas y la preparación requiere varias horas. Para una pequeña serie de prototipado rápido de silicona, el moldeo al vacío suele ser más rápido. Sin embargo, para piezas que deben utilizar exactamente los mismos materiales y procesos que la producción en masa, el moldeo por compresión es la mejor opción. La elección específica depende de la aplicación.
Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR)
Se mezclan los dos componentes líquidos. La máquina inyecta la mezcla en un molde caliente, donde la silicona se endurece dentro de la cavidad. A continuación, los operarios retiran las piezas terminadas del molde.
Ventajas
Consistencia y rapidez. Las variaciones entre inyecciones son mínimas y los tiempos de ciclo son cortos. Este es el proceso de producción para piezas de silicona de alto volumen. También se utiliza para la producción de silicona de bajo volumen cuando la geometría de la pieza justifica la inversión en utillaje.
La creación de prototipos de silicona mediante moldeo por inyección de LSR es poco común. Los costes de los moldes son elevados y el proceso de depuración es complejo. Para la producción en lotes pequeños, el moldeo al vacío suele ser más económico; para la producción en grandes volúmenes, el moldeo por inyección de LSR es la única opción rentable. El punto de equilibrio entre ambos métodos depende del tamaño, la geometría y el material de la pieza.
Sobremoldeo de silicona
La silicona se puede moldear directamente sobre otros materiales, como insertos de plástico y componentes metálicos. Durante el proceso de curado, la silicona forma enlaces químicos, eliminando la necesidad de adhesivos.
Aplicaciones
Empuñaduras suaves al tacto para herramientas y dispositivos electrónicos; dispositivos portátiles con superficies que entran en contacto con la piel; y mangos de dispositivos médicos que requieren superficies antideslizantes y fáciles de limpiar.
Para la creación rápida de prototipos de silicona, el sobremoldeo presenta desafíos. Primero se deben fabricar los insertos y el molde debe ser capaz de alojarlos. El proceso de preparación es más complejo que el simple moldeo. Sin embargo, para las pruebas funcionales de componentes ensamblados, a veces esta es la única opción. El prototipo se comporta de forma consistente con el producto final, lo que permite verificar su tacto, ajuste y rendimiento antes de fabricar los moldes de producción.
Servicios de prototipado rápido de silicona en NOBLE
NOBLE es una empresa manufacturera líder. Sus principales áreas de negocio incluyen la fabricación de metales, la fabricación de plásticos, el prototipado rápido, la producción en lotes pequeños y la fabricación de piezas a medida. Brindamos apoyo a nuestros clientes durante todo el ciclo de desarrollo del producto.
NOBLE ayuda a las empresas a convertir conceptos en prototipos funcionales y piezas listas para la producción. A diferencia de los proveedores que solo ofrecen servicios de creación de prototipos, NOBLE proporciona soluciones de fabricación integrales que abarcan desde la asistencia en el diseño hasta el ensamblaje final.
Capacidades de prototipado rápido de silicio de NOBLE
En NOBLE, la creación rápida de prototipos de silicona se integra con otros servicios. El soporte de diseño se incorpora directamente al proceso de fabricación. El mecanizado CNC produce los moldes maestros. El moldeo por inyección satisface las necesidades de producción en masa. El ensamblaje y el acabado superficial dan al producto su forma final. Todo el proceso es gestionado por un único proveedor.
Estándares de Calidad y Certificaciones
El sistema de calidad ha sido certificado y está debidamente documentado.
ISO 9001:2015 Abarca la gestión general de la calidad. Los controles del proceso de fabricación garantizan la repetibilidad de los resultados; los procedimientos de inspección verifican las dimensiones y la calidad de la superficie.
ISO 13485:2016 Añade los estrictos requisitos necesarios para la fabricación de dispositivos médicos: una trazabilidad más rigurosa y una validación de procesos más estricta.
Preguntas frecuentes sobre la creación rápida de prototipos de silicona
¿La silicona se utiliza como material para el prototipo o como material para el molde?
Ambas. La silicona puede cumplir ambas funciones. En la mayoría de las aplicaciones de prototipado rápido con silicona, esta se utiliza para crear moldes flexibles. Estos moldes se emplean para producir prototipos vertiendo resina, poliuretano o silicona en su interior.
¿Cuántas piezas puede producir un molde de silicona?
Un molde de silicona típico puede producir entre 20 y 50 piezas. La vida útil real depende de la geometría de la pieza, el material de moldeo, el diseño del molde y las condiciones de funcionamiento. Se puede producir un mayor número de piezas con una geometría simple y resinas de baja viscosidad; por el contrario, se pueden producir menos piezas con una geometría compleja y materiales con cargas. El molde se desgasta. Es algo normal.
¿Qué tan precisas son las piezas prototipo de silicona?
La fundición al vacío de silicona permite una excelente reproducción de detalles. El nivel de precisión depende de la calidad del molde maestro, la elección del material de silicona, las dimensiones y la geometría de la pieza, y el control del proceso de fundición. Un molde maestro pulido, combinado con un molde de silicona estable, permite obtener piezas que cumplen con los requisitos de diseño y las tolerancias estrictas; por el contrario, un molde maestro rugoso junto con un molde de silicona de mala calidad dará como resultado piezas defectuosas.
¿Cómo se compara el prototipado rápido con silicona con el moldeo por inyección?
Los moldes de prototipado de silicona son menos costosos y requieren menos tiempo de preparación, lo que los hace adecuados para la producción en lotes pequeños. Las herramientas de moldeo por inyección son más caras y requieren más tiempo de preparación, pero resultan en un menor costo por unidad para la producción en grandes volúmenes, lo que las hace más adecuadas para la producción a gran escala y la fabricación a largo plazo.
¿Cuándo debería optar por el prototipado rápido con silicona?
Cuando necesite entre 10 y 100 o más prototipos, componentes flexibles o de caucho, una validación rápida del diseño o una producción transitoria de bajo costo, elija el prototipado rápido de silicona. Este proceso produce piezas con una calidad comparable a la de las piezas producidas en masa, sin necesidad de moldes de producción.
¿Puede NOBLE proporcionar servicios de prototipado rápido de silicona, desde el diseño hasta la producción?
¡Por supuesto! NOBLE ofrece soporte integral.
Las revisiones de diseño ayudan a identificar problemas desde el principio. El prototipado se utiliza para validar el diseño. El moldeo por inyección de silicona se utiliza para crear moldes. El mecanizado de plástico y metal se encarga de otros componentes. El acabado superficial da los toques finales a las piezas. El ensamblaje une todos los componentes. El soporte de producción se puede ajustar de forma flexible a medida que aumenta el volumen de producción.
