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Title
Estudio inicial para el uso de materiales compuestos de resina epóxica y fibras de cobre con el fin de crear moldes de inyección para producciones cortas o pre - series
Subject
668.374
Ingeniería
Resinas epóxicas
Innovaciones tecnológicas - Chile
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020
Si bien la innovación y la acción emprendedora en Chile es cada vez mayor, la cantidad
de emprendimientos que desarrollan productos tecnológicos, como dispositivos
electrónicos o hardware, pareciera no crecer al mismo ritmo según los datos de
emprendimientos publicados por CORFO (http://dataemprendimiento.corfo.cl/). Esto
podría deberse a los altos costos que implicaría manufacturar piezas físicas de
dispositivos tales como encapsulamientos plásticos o “casings”. Generalmente, éstos
son fabricados mediante inyección por molde y sus costos no se amortizan debido a
que se necesitan pequeñas cantidades o pequeñas series. La inyección por molde es
un método de manufactura que puede llegar a ser elevado en Chile. Esto,
específicamente en relación a los costos manejables por un emprendimiento naciente
o “startup”. Su alto costo es usualmente debido a que la herramienta principal, el
molde, puede ser compleja de fabricar. Su proceso de fabricación implica muchas
horas de diseño e ingeniería. Ocupa materiales costosos como acero, aluminio o
aleaciones de bronce que no son fáciles de maquinar.
Una alternativa a la inyección por molde útil para pequeñas series de productos y de
bajo costo es la utilización de moldes de inyección de resina epóxica. Esta es un
polímero altamente resistente, accesible y de fácil manipulación. Sin embargo, al
tratarse de un polímero, la conductividad térmica de este tipo de moldes es muy baja.
Esto afectaría directamente los tiempos del proceso de inyección y los resultados de
las piezas plásticas finales, en particular debido a la baja conductividad de la resina lo
que aumenta los tiempos de enfriamiento y por ende los del proceso completo.
Es en este contexto que surge la oportunidad de aumentar la conductividad térmica
de los moldes de resina epóxica mediante la inclusión de fibras de un material
altamente conductor como el cobre. El objetivo de este estudio es proporcionar una
mejora a un método de manufactura accesible y altamente demandado por
emprendimientos tecnológicos nacientes o “startups”.
En esta investigación, se utilizó un encapsulamiento o “casing” plástico de un
dispositivo electrónico como caso de estudio. Para esta pieza se diseñaron moldes de
inyección de distintos materiales compuestos formados a partir de resina epóxica
reforzada con fibras de cobre de distintas formas y orientaciones. Luego se realizaron
simulaciones computacionales de inyección con los moldes diseñados usando el
software Autodesk MoldFlow®. Los resultados de la simulaciones fueron
comparados con el fin de determinar cuál es el material del molde con mejor
desempeño para la pieza de caso de estudio.
De esta investigación se concluye que incluir cobre en la matriz de un molde de resina
epóxica permitiría reducir significativamente el tiempo del ciclo de inyección y
mejorar la contracción volumétrica de la pieza resultante. También se concluye que la
forma en la que se obtienen mejores resultados es al incluir cobre en forma de fibras
continuas orientadas según el flujo de calor y que sean largas, es decir, fibras cuya
longitud sea igual a la extensión del molde en la dirección en la que son orientadas. De
esta forma se logró el objetivo de estudiar una mejora a la inyección en moldes de
resina epóxica para la producción de series cortas.
de emprendimientos que desarrollan productos tecnológicos, como dispositivos
electrónicos o hardware, pareciera no crecer al mismo ritmo según los datos de
emprendimientos publicados por CORFO (http://dataemprendimiento.corfo.cl/). Esto
podría deberse a los altos costos que implicaría manufacturar piezas físicas de
dispositivos tales como encapsulamientos plásticos o “casings”. Generalmente, éstos
son fabricados mediante inyección por molde y sus costos no se amortizan debido a
que se necesitan pequeñas cantidades o pequeñas series. La inyección por molde es
un método de manufactura que puede llegar a ser elevado en Chile. Esto,
específicamente en relación a los costos manejables por un emprendimiento naciente
o “startup”. Su alto costo es usualmente debido a que la herramienta principal, el
molde, puede ser compleja de fabricar. Su proceso de fabricación implica muchas
horas de diseño e ingeniería. Ocupa materiales costosos como acero, aluminio o
aleaciones de bronce que no son fáciles de maquinar.
Una alternativa a la inyección por molde útil para pequeñas series de productos y de
bajo costo es la utilización de moldes de inyección de resina epóxica. Esta es un
polímero altamente resistente, accesible y de fácil manipulación. Sin embargo, al
tratarse de un polímero, la conductividad térmica de este tipo de moldes es muy baja.
Esto afectaría directamente los tiempos del proceso de inyección y los resultados de
las piezas plásticas finales, en particular debido a la baja conductividad de la resina lo
que aumenta los tiempos de enfriamiento y por ende los del proceso completo.
Es en este contexto que surge la oportunidad de aumentar la conductividad térmica
de los moldes de resina epóxica mediante la inclusión de fibras de un material
altamente conductor como el cobre. El objetivo de este estudio es proporcionar una
mejora a un método de manufactura accesible y altamente demandado por
emprendimientos tecnológicos nacientes o “startups”.
En esta investigación, se utilizó un encapsulamiento o “casing” plástico de un
dispositivo electrónico como caso de estudio. Para esta pieza se diseñaron moldes de
inyección de distintos materiales compuestos formados a partir de resina epóxica
reforzada con fibras de cobre de distintas formas y orientaciones. Luego se realizaron
simulaciones computacionales de inyección con los moldes diseñados usando el
software Autodesk MoldFlow®. Los resultados de la simulaciones fueron
comparados con el fin de determinar cuál es el material del molde con mejor
desempeño para la pieza de caso de estudio.
De esta investigación se concluye que incluir cobre en la matriz de un molde de resina
epóxica permitiría reducir significativamente el tiempo del ciclo de inyección y
mejorar la contracción volumétrica de la pieza resultante. También se concluye que la
forma en la que se obtienen mejores resultados es al incluir cobre en forma de fibras
continuas orientadas según el flujo de calor y que sean largas, es decir, fibras cuya
longitud sea igual a la extensión del molde en la dirección en la que son orientadas. De
esta forma se logró el objetivo de estudiar una mejora a la inyección en moldes de
resina epóxica para la producción de series cortas.
Creator
Rodríguez Alliende, María Soledad
Date
2020-11-16T13:15:57Z
2020-11-16T13:15:57Z
2020
Contributor
Miranda Mendoza, Constanza
Ramos Grez, Jorge
Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Rights
acceso abierto
Format
xii, 63 páginas
application/pdf
Language
es
Type
tesis de maestría
Identifier
10.7764/tesisUC/ING/48245
https://doi.org/10.7764/tesisUC/ING/48245
https://repositorio.uc.cl/handle/11534/48245