En la ingeniería de materiales, los procesos de conformado y fabricación son esenciales para transformar materias primas en productos funcionales. A continuación, se describen algunos de los procesos más importantes:

Procesos de Conformado por Deformación Plástica

Doblado:

Proceso que aprovecha la deformación plástica para dar forma a las chapas, mediante una matriz y un punzón de doblado o estampa. La zona interior se comprime, mientras que la exterior se tracciona, ocasionando un pequeño adelgazamiento en el centro. Es importante considerar la recuperación elástica. El radio de doblado nunca debe ser inferior al espesor, donde (r=k•e).

Embutición:

Se utiliza para dar formas no desarrollables. Un punzón, con la forma interior, ejerce presión sobre la chapa obligándola a entrar en la matriz para formar la parte exterior. Los defectos comunes incluyen arrugas, roturas, marcas superficiales, rayaduras y formas poco definidas.

Laminación:

Consiste en dar forma al material haciéndolo pasar por rodillos con la forma deseada, que lo van comprimiendo. Se consiguen mejores propiedades mecánicas al orientar las fibras internas. Es un proceso altamente productivo para la obtención de perfiles comerciales.

Laminación en Caliente:

• Más fácil de trabajar.
• Mayor variedad de formas y tamaños.
• Propiedades uniformes del material.
• Menores tensiones del material.
• Necesita decapado.

Laminación en Frío:

• Material más resistente.
• Mejores acabados.
• Limitado en espesores por la necesidad de mayor carga.

Forja:

Al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica en caliente o en frío, mediante la aplicación de fuerzas de compresión. Consiste en conformar metales sometiéndolos a grandes presiones, aplicadas de forma continua con prensas, o con impacto intermitente, formando materiales con alta dureza/tenacidad, grandes producciones y rápidas.

Forja en Matriz Abierta:

El metal no está completamente contenido en el dado. La pieza se forma debido a rápidos y sucesivos golpes del martillo. Se utiliza para piezas pesadas con grandes tolerancias y lotes pequeños y medianos.

Forja en Matriz Cerrada:

Las matrices tienen un perfil cerrado, dejan rebaba, con mejores propiedades mecánicas y dimensionales que la matriz abierta.

Forja de Dado Cerrado (Estampación):

La pieza se forma entre dos matrices cerradas. Según la complejidad o el material, en varios pasos se obtiene el resultado final, puede ser con o sin rebaba, según si tiene desahogo. Ejemplos: biela, cigüeñal.

Procesos de Fabricación de Plásticos

Inyección de Plásticos:

Un émbolo o pistón inyecta el plástico ablandado por calor, llenando un molde frío donde una vez solidificado se extrae, en escasos segundos. Permite gran producción, bajos costes, geometrías complicadas, inserciones metálicas, tolerancias pequeñas y sin necesidad de acabados posteriores.

Extrusión de Plásticos:

Un transportador de tornillo helicoidal transporta el plástico por la cámara de calentamiento, de forma continua, hasta la boca de la matriz con la forma deseada, cortándose posteriormente a la medida adecuada. Ofrece bajos costes, retales reutilizables, producción continua y permite ligeras alteraciones al salir del inyector. Desventajas: dimensiones inestables por la expansión no controlable y limitación en formas.

Moldeo por Soplado:

Se utiliza para fabricar piezas de plástico huecas mediante la expansión del material. Se insufla presión de aire en el interior de la preforma, expandiéndose hacia las paredes del molde.

Rotomoldeo:

Se introduce el plástico en forma de polvo, granular o viscoso en un molde hueco. Este gira en dirección de los ejes principales, enfriando el plástico en las paredes del molde, produciendo una capa uniforme. No genera tensiones residuales, permite moldes económicos, objetos grandes, sin desperdicios y se pueden realizar distintos espesores con precisiones mejores que el soplado. Inconvenientes: mala precisión dimensional, series cortas por calentamiento y enfriamiento largo, posibles burbujas de aire y humedad.

Termoformado:

Exclusivo para termoplásticos. Con aire a presión o vacío, se obliga a una lámina a cubrir y copiar un molde. Permite fabricar piezas grandes, con instrumentos necesarios baratos. Desventajas: proceso caro en comparación a otros y desperdicio en forma de retales.

Prensado o Compresión:

El material precalentado se coloca en la cavidad del molde. El molde aplica calor y presión forzando al material a contacto con todas las áreas. Ofrece alta resistencia, sin tensiones internas, bajo coste de mantenimiento, moldes sencillos al no tener canales de entrada, buen acabado superficial y sin apenas desechos. Utilizado en automoción. Desventajas: no es aconsejable para formas complejas y tiempos largos de producción por el enfriamiento.

Procesos de Soldadura de Plásticos

Soldadura por Placa:

Se coloca una placa caliente entre las superficies a unir, se retira y se unen las piezas. Muy usual para tubos, carcasas de electrodomésticos…

Soldadura por Aire/Gas Caliente:

Con aire caliente se va fundiendo la varilla de aporte junto con los materiales a unir. Se utiliza para almacenamiento de productos químicos, conducciones de ventilación o reparaciones como parachoques de automóviles.

Termosellado:

Sellado de un termoplástico a otro usando calor y presión, para cierres herméticos de bolsas de plástico, dispositivos médicos esterilizados…

Soldadura por Extrusión:

La varilla de aporte se introduce en una extrusora miniatura, que aporta el material junto con un chorro de aire caliente. Se utiliza para uniones de grandes espesores.

Soldadura por Inyección:

Similar a la extrusión, pero permite tapar agujeros de defectos de plástico de diferentes tamaños.

Soldadura por Ultrasonido:

Este método utiliza las vibraciones de alta frecuencia mecánicas para generar calor. Ofrece soldadura de buena calidad y rápida para series largas. Desventajas: equipos caros y limitación de espesores a soldar.

Soldadura por Alta Frecuencia:

Los materiales se unen por el calor producido por la energía electromagnética.

Prototipado Rápido

El prototipado rápido se refiere a un conjunto de tecnologías que permiten la obtención de prototipos en tiempos relativamente cortos. Todas ellas parten del corte en secciones horizontales paralelas de piezas representadas en CAD. Estas secciones caracterizan a todas las tecnologías de prototipado rápido, que construyen las formas sólidas a partir de la superposición de capas horizontales.

SLA, STL (Estereolitografía):

Emplea un láser UV que se proyecta sobre un baño de resina fotosensible líquida para polimerizarla. Se utiliza para fabricación precisa, pero con pocas prestaciones mecánicas.

SGC (Fotopolimerización por Luz UV):

Al igual que en la estereolitografía, esta tecnología se basa en la solidificación de un fotopolímero o resina fotosensible. En la fotopolimerización, sin embargo, se irradia con una lámpara de UV de gran potencia todos los puntos de la sección simultáneamente.

FDM (Deposición de Hilo Fundido):

Una boquilla que se mueve en el plano XY horizontal deposita un hilo de material a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Este hilo solidifica inmediatamente sobre la capa precedente.

SLS (Sinterización Selectiva Láser):

Se deposita una capa de polvo, de unas décimas de mm, en una cuba que se ha calentado a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del polvo. Seguidamente, un láser CO2 sinteriza el polvo en los puntos seleccionados. Se utiliza para prototipos más funcionales, con buenas prestaciones mecánicas y posibilidad de variedad de metales, resinas fotosensibles, metales, cerámicas…

LOM (Fabricación por Corte y Laminado):

Una hoja de papel encolado se posiciona automáticamente sobre una plataforma y se prensa con un rodillo caliente que la adhiere a la hoja precedente.

DSPC (Proyección Aglutinante):

Esta tecnología trabaja mediante la deposición de material en polvo en capas y la ligazón selectiva del mismo mediante la impresión de «chorro de tinta» de un material aglutinante.

Los prototipos rápidos sirven para:

• Evaluar aspectos estéticos y ergonómicos.
• Probar la concordancia geométrica, la forma y los ensambles.
• Evaluar todas las funciones de la pieza final.
• Mostrar las características y patrones de comportamiento en una prueba del producto final.