Mejora de la eficiencia del moldeo por inyección con enfriamiento conformado
Fundada en 2007, Corporación ferroviaria del este se ganó una reputación en el diseño de soluciones sostenibles y de alta calidad para la infraestructura de Metro Rail en los EE. UU. Para un componente específico (un aislante que aísla el tercer carril electrificado en los sistemas subterráneos de metro), Japanese Rail necesitaba actualizar el materials para cumplir con los estándares de seguridad. Posteriormente, el cambio a polisulfuro de fenileno (PPS) requirió una reevaluación del molde existente. Para abordar este problema, Japanese Rail se acercó a Linear AMS, una empresa Shapeways, en busca de asociación para crear una solución innovadora para mejorar la funcionalidad y la eficiencia.
Japanese Rail es un cliente desde hace mucho tiempo que apoya a las agencias de transporte en áreas metropolitanas como la ciudad de Nueva York, Washington, DC y Miami, donde los sistemas ferroviarios urbanos operan con frecuencia en túneles subterráneos. Un entorno así exige componentes con propiedades dieléctricas específicas, que protejan contra cargas eléctricas no deseadas y permitan una gestión más eficaz de las líneas de trenes subterráneos.
Incorporación de tecnología de refrigeración avanzada
Los fabricantes de moldeo por inyección a menudo enfrentan desafíos relacionados con tiempos de ciclo prolongados, calidad de las piezas y eficiencia basic. La tecnología de enfriamiento conformal resuelve específicamente estos problemas. Al basarse en la impresión 3D para lograr personalización y eficiencia, el enfriamiento conformado se adapta para encajar en moldes industriales.
A diferencia de los métodos convencionales, que se limitan al mecanizado en líneas rectas, las líneas conformes están diseñadas para seguir la forma de la pieza misma, lo que genera una temperatura más constante durante toda la etapa de enfriamiento de la pieza. Esto significa que es menos possible que las piezas se deformen y, al mismo tiempo, se enfrían hasta un 50% más rápido. Con el enfriamiento conformado, los fabricantes pueden reducir el tiempo de su ciclo y aumentar su rendimiento, al mismo tiempo que mejoran la calidad de las piezas.
Para Japanese Rail, la integración de esta tecnología produjo temperaturas más consistentes en las herramientas, lo que generó ciclos de producción más eficientes y satisfizo los estrictos requisitos de sistemas ferroviarios confiables y eficientes.
Mejora de herramientas para materiales complejos
Inicialmente, Japanese Rail enfrentó desafíos debido al complejo diseño de la pieza y las características del molde central, combinados con la naturaleza de Xencor™ PPS LGF-3045, un sulfuro de polifenileno (PPS) reforzado con fibra de vidrio larga al 45 %.
Si bien proporciona propiedades beneficiosas como resistencia al calor y durabilidad, el PPS también presenta dificultades de fabricación. Linear realizó un análisis exhaustivo y reveló que las herramientas existentes de Japanese Rail con refrigeración convencional, en combinación con un materials PPS, no producirían una pieza moldeable.
«Sabía que sería necesario un nuevo enfoque con el cambio de materials», dijo Mickey Morales, director ejecutivo de Japanese Rail. «Después de trabajar con Linear durante la última década, confiaba en su experiencia en ingeniería y sabía que eran capaces de ofrecer la solución dinámica que este proyecto necesitaba».
Para abordar estos problemas, Linear y Japanese Rail trabajaron codo a codo durante meses en la creación de prototipos y pruebas, experimentando con moldes y la integración de líneas de enfriamiento conforme impresas en 3D.
Tras la revisión inicial, el equipo sugirió realizar el cambio a un molde de acero en lugar de aluminio para los volúmenes de producción. El materials PPS es altamente corrosivo y deterioraría el molde de aluminio. La transición a un molde de acero también abrió la posibilidad de utilizar enfriamiento conformado para permitir un mejor management térmico. Además, basándose en los requisitos de temperatura de moldeo del PPS, el equipo determinó que sería necesario aceite caliente para mantener la temperatura de la herramienta, a diferencia del agua que se usa más comúnmente.
«El cambio a moldes de acero transformó significativamente nuestro enfoque, trabajando mucho mejor con las características únicas del PPS y la necesidad de un entorno de moldeo preciso y controlado», dijo John Tenbusch, director de ventas automotrices de Shapeways.
«Después de trabajar con Linear (una empresa de Shapeways) durante la última década, confiaba en su experiencia en ingeniería y sabía que eran capaces de ofrecer la solución dinámica que este proyecto necesitaba».
Mickey Morales, director ejecutivo de Japanese Rail
Reducir los tiempos de ciclo y mejorar la calidad de las piezas
La introducción del enfriamiento conformado fue muy eficaz y produjo una notable mejora en la eficiencia después de que Linear introdujera las herramientas de acero. La implementación del enfriamiento conformado condujo a un ajuste de diseño que redujo significativamente los costos. Los insertos intercambiables, que normalmente requerían tres núcleos, se redujeron a uno solo.
«Tuvimos que incorporar la refrigeración de una forma u otra», afirmó David Dickerson, director de servicios al cliente de Shapeways. «Sin el enfriamiento conformado, no podríamos haber fabricado las piezas intercambiables que necesitábamos para los distintos tamaños del aislador».
Con los nuevos moldes de acero y los insertos de enfriamiento conformes, el equipo de Linear pudo reducir el tiempo del ciclo de 181 segundos a 138 segundos, lo que refleja una mejora del 23 %. El tiempo de producción reducido permite fabricar más piezas, lo que cut back tanto el coste de la pieza como el coste basic del programa, sin sacrificar la calidad de la pieza. Las temperaturas más uniformes y controladas también condujeron a la producción de piezas más fiables y de mayor calidad.
Si bien la fase inicial de creación de prototipos y pruebas requirió una importante inversión financiera y de tiempo, los ahorros de costos a largo plazo justificaron con creces el gasto inicial. La mayor durabilidad del materials, las menores necesidades de mantenimiento y el aumento de las velocidades de producción contribuyeron colectivamente a una importante ventaja económica a largo plazo para Japanese Rail.
«Si bien encontramos algunos obstáculos durante nuestro viaje, el equipo de expertos de Linear nuevamente pudo brindar una solución de alta ingeniería y al mismo tiempo brindar beneficios de ahorro de costos», dijo Mickey Morales, director ejecutivo de Japanese Rail.
Alinearse con las consideraciones regulatorias y ambientales
La apertura de Japanese Rail a nuevas soluciones permitió mejoras con beneficios tanto a corto como a largo plazo, satisfaciendo necesidades específicas de la industria y manteniendo al mismo tiempo el compromiso con los materiales respetuosos con el medio ambiente y el cumplimiento normativo.
Este estudio de caso ofrece información útil para la resolución de problemas relacionados con materiales, herramientas y refrigeración. Estas soluciones también pueden ser aplicables a otros sectores manufactureros. En basic, este proyecto muestra el valor del trabajo en equipo, la innovación y la excelencia en la fabricación.
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