ES2208053B1 - Procedimiento de fabricacion de moldes. - Google Patents

Abstract

Este procedimiento de fabricación de moldes, comprende las siguientes operaciones: definir la geometría de la pieza a obtener por moldeo, según un programa informático de diseño en CAD-3D; a partir de la geometría de la pieza en CAD-3D, definir la geometría de las figuras de cavidad y de la de punzón; en base a las geometrías en CAD-3D del conjunto del molde, generar prototipos rápidos de las partes cóncava y convexa del molde en un material apto para ser utilizado como modelo en la técnica de fundición a la cera perdida; posicionar los prototipos rápidos en sendas cajas de moldeo; eliminar los prototipos rápidos: e introducir en las cajas de moldeo el material metálico fundido con el que se ha de constituir el molde definitivo.

Description

Procedimiento de fabricación de moldes.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de moldes, especialmente indicado para la fabricación de moldes para conformar productos de material plástico sintético por medios convencionales de inyección, colada y similares, sin excluir, no obstante, su aplicación al moldeo de otros materiales.

En la actualidad, la mayoría de las empresas vinculadas al sector de los transformados de plásticos sintéticos, tienen como principal preocupación, a la hora de desarrollar un nuevo producto, la reducción del tiempo de obtención de piezas prototipo que permitan validar tanto la geometría de la pieza, como su comportamiento mecánico, por lo que les resulta imprescindible la fabricación de un molde prototipo en el que poder inyectar la pieza en el material definitivo.

En algunos casos, la validación geométrica es suficiente y, entonces, las llamadas tecnologías de Rapid Prototyping cumplen perfectamente el objetivo.

En esta tecnología de Rapid Prototyping, la generación de la geometría del modelo o de la pieza a fabricar se realiza mediante un programa informático de diseño CAD (Computer Aid Design) en 3D.

Es técnica conocida desde hace mucho tiempo, el obtener un molde a partir de un modelo de la pieza a fabricar realizado en material resistente al calor y en base al mismo conformar las dos partes de un molde, tal como se expone en la patente GB 175.014 (Denis) de 1920.

También es técnica conocida el sistema denominado "a la cera perdida", según el cual el modelo de la pieza a fabricar o "master" está realizado en cera o un material de bajo punto de fusión, mediante técnicas de tallado manual o mecánico de dicho material con ayuda de pantógrafos tridimensionales u otros instrumentos.

Esta técnica de "a la cera perdida" se aplica modernamente a la obtención de moldes, con la diferencia de que el "master" o modelo de la pieza a obtener se realiza mediante el citado programa informativo CAD-3D y su aplicación a la tecnología de Rapid Prototyping, siendo conocidas esta utilización en las patentes WO 98/15372 (Hek), WO 98/56554 (FCIMSI), EP 0925894 (P.C.R.) y WO 00/30784 (Swift).

En todos los casos precedentes se utiliza un modelo de la pieza a obtener para conformar un molde, el cual, en la mayoría de las ocasiones, solo constituye un molde para la obtención de réplicas de la pieza en un material que, no siendo el definitivo, permite valorar la utilidad de la misma en cuanto a su tamaño, manipulación, estética, ergonomía, etc., sin que se puedan efectuar pruebas de resistencia, de envejecimiento, etc. No obstante, si el referido molde se realiza con una mezcla sinterizable de polvos metálicos y a la misma se le aplica una presión para compactar y conformar a dichos polvos metálicos en una atmósfera no oxidante y a una temperatura próxima a la de fusión de dichos metales, se pueden obtener moldes de mayor duración que, no obstante, adolecen del defecto de que resultan de estructura porosa, lo que los inhabilita para el moldeo de según que materiales.

Como sea que los sistemas tradicionales son cada vez más prohibitivos económicamente, en la mayoría de los casos de transformación de materias plásticas en piezas y artículos de consumo, y que las técnicas actualmente en uso, solo permiten la consecución de moldes para prototipos de las piezas a obtener y no la realización de moldes industriales, seria de desear un procedimiento que utilizando las técnicas modernas actuales permitiera la obtención directa de moldes industriales para el moldeo de piezas definitivas en tiempos reducidos y costos reducidos.

De acuerdo con el precedente deseo, se ha desarrollado el procedimiento objeto de la invención, el cual comprende las siguientes operaciones:

a)

definir la geometría de la pieza a obtener por moldeo, según un programa informático de diseño en CAD-3D,

b)

a partir de la geometría de la pieza en CAD-3D, definir la geometría de la figura de cavidad, parte cóncava o de huella del molde y de la figura de punzón o parte convexa del molde,

c)

en base a las geometrías en CAD-3D del conjunto del molde, generar un fichero de técnica de prototipos rápidos ("Rapid Prototyping") con el que se materializan las partes cóncava y convexa del molde, por separado, en prototipos rápidos obtenidos en un material de bajo punto de fusión u otro, que sea apto para ser utilizado como modelo, o "master", en la técnica de fundición a la cera perdida,

d)

posicionar, por separado, los citados prototipos rápidos de las partes cóncava y convexa del molde en sendas cajas de moldeo,

e)

fundir o eliminar los prototipos rápidos de material de bajo punto de fusión citados,

f)

introducir en las cajas de moldeo un material metálico fundido, con el que se ha de constituir el molde definitivo, para materializar las citadas partes cóncava y convexa del molde en el metal definitivo y

g)

extraer de las cajas de moldeo las piezas metálicas constituyentes de las partes cóncava y convexa del molde, pulir sus superficies de moldeo y montar dichas partes en portamoldes convencionales.

Para facilitar la comprensión de las precedentes ideas, se describe seguidamente el objeto de la invención, haciendo referencia a los dibujos ilustrativos que se acompañan. En los dibujos:

Figura 1, representa, en perspectiva, la geometría del modelo o pieza a fabricar, situada en el centro del dibujo, la cual está flanqueada, superiormente, por la geometría de la figura de cavidad o de la parte cóncava del molde e, inferiormente, por la geometría de la figura de punzón, o de la parte convexa del molde.

Figura 2, representa, en perspectiva, un prototipo rápido de molde de cavidad, obtenido en material de bajo punto de fusión a partir de la geometría de la figura de cavidad de la figura anterior mediante un sistema de Rapid Prototyping.

Figura 3, representa, en perspectiva, un prototipo rápido de molde de punzón obtenido, en material de bajo punto de fusión, a partir de la geometría de la figura de punzón de la figura 1 mediante un sistema de Rapid Prototyping, al que se le ha añadido un aro extractor.

Figura 4, representa, esquemáticamente en sección longitudinal, el prototipo rápido de molde de cavidad de la figura 2 montado en una caja de moldeo y ocluido en una masa de arena o similar, en la que se ha previsto un bebedero y una chimenea para realizar la colada del material que ha de constituir el molde definitivo de cavidad.

Figura 5, análogamente a la figura anterior, representa esquemáticamente la disposición del prototipo rápido de molde de punzón de la figura 3 en una caja de moldeo para obtener el molde definitivo de punzón.

Figura 6, representa, en sección longitudinal, el molde definitivo de cavidad resultante de la operación de moldeo por colada realizada según la figura 4, en el que no se han retirado la mazarota de colada.

Figura 7, representa, análogamente a la figura anterior, el caso del molde definitivo de punzón.

Figura 8, representa, en sección, los moldes definitivos de cavidad y de punzón de las figuras 6 y 7 ya montados en un portamoldes convencional y asociados a un aro expulsor de la pieza moldeada.

En la figura 1 se ha representado en forma esquemática y explosionada obtenida mediante un programa informático de diseño en 3D conocido por CAD (Computer Aid Desingn), la geometría del modelo, "master" o pieza 1 a obtener y, a partir de dicha geometría y con iguales medios informáticos de CAD, las geometrías de la figura de cavidad 2 y de la figura de punzón 3, cuyas superficies corresponderían a las superficies cóncavas de moldeo de un molde definitivo de cavidad 4 y convexas de un contramolde definitivo de punzón 5, ver figuras 6, 7 y 8, necesarios para obtener por moldeo del material interesado la citada pieza 1 con sus características formales, mecánicas y químicas definitivas.

A partir de las geometrías de la figura de cavidad 2 y de la figura de punzón 3 y mediante el citado proceso de Rapid Prototyping se obtienen, en un material de bajo punto de fusión, tal como una resina, una aleación metálica, papel, etc., sendos postizos de cavidad 6 y de punzón 7, tal como se muestra en las figuras 1 y 2, que serán geométricamente idénticos a los moldes definitivos de cavidad 4 y de punzón 5, pudiendo incorporar escalones de montaje 8 y 9, aros 10 de expulsión de la pieza moldeada, conductos de refrigeración (no representados) u otros.

Dichos postizos de cavidad 6 y de punzón 7, se conforman mediante la generación de un fichero en formato universal de intercambio de información entre el programa CAD de diseño en 3D y un sistema que permita la materialización del postizo en cuestión, conocido generalmente por estereolitografía, escogido entre los de sinterizado metálico, estereolitografía con resinas epoxi, proyección metálica, moldes de silicona u otros.

Los indicados postizos de cavidad 6 y de punzón 7, como se muestra en las figuras 4 y 5, se posicionan en sendas cajas independientes de moldeo 11 y 12 ocluidos en una compacta masa de moldeo 13, tal como arena, en la que se configuran una chimenea 14 y un bebedero de colada 15.

En estas condiciones de las figuras 4 y 5, se calientan las cajas de moldeo hasta que se funde y/o se elimina el material constituyente de los postizos de cavidad 6 y de punzón 7, restando en la masa de moldeo 13 unos huecos, no representados, que responden fielmente a los citados postizos.

Seguidamente, a través de dichos bebedero 15 y chimenea 14, se introduce por colada el material metálico fundido que, rellenando los citados huecos resultantes de la eliminación de los postizos de cavidad 6 y de punzón 7, dará lugar al molde definitivo de cavidad 4 y al contramolde definitivo de punzón 5 realizados, preferentemente, en acero o aluminio, como se observa en las figuras 6 y 7, tras lo cual bastará eliminar las mazarotas 15 de colada, pulir las superficies de moldeo, si procede, y endurecerlas por tratamiento térmico, también si procede, para conseguir un molde definitivo industrial.

Finalmente, el molde definitivo de cavidad 4 y el contramolde definitivo de punzón 5, se montan en un portamoldes convencional 17, con su chimenea 18 y boquilla 19 de inyección, que permiten la inyección de un material plástico sintético que, llenando el hueco 20, materializará la pieza 1 que se deseaba obtener en forma industrial.

Análogamente al caso descrito de obtener unos postizos de cavidad 6 y de punzón 7, ambos realizados, en cada caso, en una sola pieza, es posible conformar cada postizo en dos o más piezas componentes y que además incluyan disposiciones de refrigeración, de extracción de piezas moldeadas, etc., con los que se podrá componer los respectivos moldes definitivos industriales.

La necesidad de obtener piezas en material definitivo o lo más parecido a éste, ha conducido al desarrollo de un nuevo concepto propio, el RAPID TOOLING que, como se ha descrito, consiste en la fabricación de moldes industriales utilizando novedosamente tecnologías diferentes de las de la mecanización por arranque de virutas, en las que esta mecanización solo se contempla como un acabado final o de pulido del molde.

Claims (1)

1. Procedimiento de fabricación de moldes, especialmente de los moldes metálicos destinados a moldear materiales en estado fluido, principalmente mediante técnicas de moldeo por inyección, por colada y similares, caracterizado por comprender las siguientes operaciones:

a)

definir la geometría de la pieza a obtener por moldeo, según un programa informático de diseño en CAD-3D,

b)

a partir de la geometría de la pieza en CAD-3D, definir la geometría de la figura de cavidad, que corresponde a la parte cóncava del molde, y de la figura de punzón, que corresponde a la parte convexa del molde,

c)

en base a las geometrías en CAD-3D del conjunto del molde, generar un fichero de técnica de prototipos rápidos ("Rapid Prototyping") con el que se materializan las partes cóncava y convexa del molde, por separado, en prototipos rápidos obtenidos en un material de bajo punto de fusión apto para ser utilizado como modelo en la técnica de fundición a la cera perdida,

d)

posicionar, por separado, los citados prototipos rápidos de las partes cóncava y convexa del molde en sendas cajas de moldeo,

e)

fundir los citados prototipos rápidos de material de bajo punto de fusión,

f)

introducir en las cajas de moldeo el material metálico fundido con el que se ha de constituir el molde definitivo, materializando las citadas partes cóncava y convexa del molde en el metal definitivo y

g)

extraer de las cajas de moldeo las piezas metálicas constituyentes de las partes cóncava y convexa del molde, pulir sus superficies de moldeo y montar dichas partes en portamoldes convencionales.