Moldeo por inyección asistido por agua (WAIM) EN PLÁSTICOS

Introducción

A finales de la decada del 90, el Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) de la Universidad Técnica de Aachen, Alemania, retomó y desarrolló una “vieja idea” con sus investigaciones sobre la técnica de inyección con agua. El objetivo del proyecto era reducir los tiempos de enfriamiento en la fabricación de cuerpos huecos alargados, como por ejemplo empuñaduras y conductos del compartimento motor, o de piezas (planas) con zonas de pared gruesa. Para ello, la cavidad de la pieza ya no iba a conformarse mediante inyección de gas, sino de agua. De esta forma, se intentaba evitar que durante el proceso de desplazamiento de la masa fundida se evaporara el medio utilizado. El planteamiento base era que el agua no sólo constituye un medio refrigerante excelente, sino un medio mucho más barato, reutilizable y de aplicación universal.

Cajón obtenido por inyección asistida por agua

Además de reducir los tiempos de enfriamiento y los costos, con respecto al nitrógeno utilizado en la inyección de gas, el empleo de agua permite también reducir el grosor de pared residual. El ahorro de material es, por tanto, considerable: en productos de gran volumen puede llegar a ser del 65 por ciento, un porcentaje nada desdeñable, si tenemos en cuenta que los costes de materia prima constituyen hasta el 50 por ciento del costo total de la pieza.

Descripción del proceso
El principio básico de funcionamiento de la inyección con agua es la generación de un caudal de agua suficientemente grande y de un frente de flujo que desplace a la masa fundida. Este caudal es imprescindible para poder aprovechar todas las ventajas que ofrece un medio líquido, por lo que la pieza clave de esta nueva tecnología es el inyector de agua. Se utilizan una o más bombas para inyectar el agua a temperaturas entre 10ºC - 80ºC y presiones de hasta 350 bares, dentro del polímero pre-inyectado en la cavidad. Las numerosas pruebas y ensayos llevados a cabo por el instituto de Aachen pusieron de manifiesto que el mejor sistema para la fabricación en serie es un inyector accionado hidráulicamente. Un inyector de este tipo accionado externamente proporciona un elevado nivel de seguridad de proceso y, además, permite la recuperación automática del agua inyectada durante el ciclo de inyección, es decir, cuando la pieza todavía se encuentra en el molde cerrado. Por norma general, el agua inyectada no debe permanecer dentro de la pieza, por lo que es imprescindible que la técnica de inyección elegida para la fabricación en serie posibilite su recuperación automática.

Secuencia del llenado de la cavidad del molde en la inyección asistida por agua (con cavidad secundaria)

El agua puede permanecer en un principio en la pieza y después eliminarse. Para ello, la pieza se sella con lo que se llama una post-inyección, que se ocupa al mismo tiempo de la presión de mantenimiento. De este modo, en la sobre-inyección de piezas puede utilizarse el agua prácticamente como si fuera un núcleo incompresible. La eliminación del agua de la pieza en el molde puede llevarse a cabo mediante aire comprimido o mediante una evaporación (parcial) tras el alivio de presión. El agua recuperada puede filtrarse y, si conviene, introducirse de nuevo en el circuito.

Variantes del proceso
El proceso de inyección asistido por agua presenta distintos métodos en el proceso. Las principales diferencias se muestran en el proceso de control. A continuación, se muestran los 4 métodos principales del proceso WAIM.

Diferentes métodos de inyección con agua

Cada una de estas tecnologías presenta alguna ventaja respecto a la otra. Por ejemplo, una de las principales limitaciones de la tecnología de inyectada corta es la marca superficial en el punto de cambio. Este defecto desaparece cuando se emplea la tecnología de inyección completa con cavidad secundaria.

Ventajas y desventajas del proceso
Como principales ventajas de la inyección con agua destacan los tiempos de enfriamiento más cortos y la posibilidad de trabajar con piezas de mayores dimensiones y espesores de pared menores. Además, el coste comparativamente inferior que supone la utilización de agua como medio de proceso es una gran ventaja para la empresa. Sin embargo, no todo son ventajas, es necesario adoptar una gran cantidad de medidas para eliminar los efectos secundarios que puede tener la utilización de agua, tales como la corrosión de máquinas y moldes. Por otro lado, en comparación con la técnica de inyección de gas, que lleva años utilizándose, el diseño del inyector y la configuración del molde son más complicados. La eliminación posterior del agua residual, sobre todo si las piezas son muy curvadas, puede alargar los tiempos de ciclo, por lo que el tiempo ganado por un período de enfriamiento más rápido puede perderse en parte aquí.

Principales aplicaciones

Automoción: manivelas y brazos, pedales, salpicaderos, módulo de las puertas, baca (portaequipaje), brazos limpiaparabrisas.
Línea blanca: Conductos para lavadoras y dispositivos similares para electrodomésticos. Ofimática: rodillo de alimentación para impresoras, fotocopiadoras, etc.
Deporte/Ocio: palos de hockey, mango palo de golf, etc.
Medicina: agujas para extracción de sangre y equipamiento similar.