Entrevista con Peter Rucinski sobre SOLIDWORKS Plastics
Peter Rucinski, Senior Director de Simulación y Materiales en SOLIDWORKS Dassault Systèmes explica a 3DCadPortal el software de simulación y sus impactos en el proceso de moldeo por inyección.
¿Qué podemos hacer con SOLIDWORKS Plastics?
Ya hace tiempo, tras la adquisición de la empresa Simpoe se anunció SOLIDWORKS Plastics hace alrededor de unos 13 años. La plataforma es utilizada por quienes desarrollan productos con este material. Rucinski nos comenta que cuando asiste con clientes o prospectos, estos ya son usuarios de SolidWorks o a veces están interesados, algunos solo están involucrados en alguna fase del proceso de diseño de piezas de plástico, otros diseñan moldes o tienen talleres con el proceso de moldeo por inyección. Algunos tienen todo bajo un mismo techo, diseñan piezas, moldes, los fabrican y están haciendo funcionar las máquinas. Para cada uno de estos casos tenemos una solución.
“En estas primeras reuniones con prospectos es donde comienza la sesión para una mejor orientación en el diseño de piezas de plástico, durante la charla evaluamos piezas que nos presentan defectuosas, con problemas de llenado, defectos de apariencia, burbujas, deformaciones, ubicación de inyección de plástico, discutimos sobre tipos de materiales, y maquinaria de su taller, etc.,” comenta Rucinski. Para cada situación hay una manera de anticiparse o predecir el comportamiento del material a través de la simulación.
Para comenzar te describo nuestra oferta de software para simulación de plásticos.
SolidWorks Plastics Standard está dirigido a diseñadores de piezas de plástico. Se trata de usuarios de CAD de SolidWorks que diseñan piezas que posteriormente entrarán al proceso de moldeo por inyección de plástico. Con esta opción los diseñadores pueden analizar o simular solo la pieza y solo una simulación de llenado. Pueden ver como fluye el plástico derretido a través de la cavidad de la pieza del molde.
Con la opción de SOLIDWORKS Plastics Professional tiene todo lo que contiene la versión Standard, pero con la capacidad de diseñar y analizar moldes de una y de varias cavidades y familias. Eso significa que el diseñador tiene la capacidad de crear sistemas de alimentación de plástico fundido. Por ejemplo, el bebedero, corredores, compuertas y las cavidades que estarían dentro del molde. Esas cavidades pueden ser varias de la misma geometría o múltiples cavidades de diferente geometría, lo que lo convertiría en un molde familiar. Así que estás moldeando diferentes partes en un molde al mismo tiempo. Los usuarios pueden diseñar y analizar un solo molde de cavidad, por lo tanto, solo una parte a la vez, un molde de múltiples cavidades o los diseños de moldes familiares. En SolidWorks Plastics Professional, también se ofrece el proceso de moldeo de nicho, como el sobre moldeo por inserción, moldeo por dos disparos, la co-inyección, asistencia de gas, los materiales termoestables, etc.
SOLIDWORKS Plastics Premium es la solución de software más completa, tiene todo lo que se incluye en Professional, y además el diseñador puede modelar y analizar sistemas de enfriamiento para que puedan crear líneas y circuitos en moldes y analizar si se tiene o no un enfriamiento uniforme o, por el contrario, si tiene puntos calientes o puntos fríos que podrían causar problemas en el proceso de moldeo. SOLIDWORKS Plastics Premium toma toda esa información y datos y predice si la pieza moldeada se deformará o no. Tiene un módulo de enfriamiento y uno de deformación. Con un solucionador estructural incorporado que tiene en cuenta el molde y los esfuerzos para determinar si esa pieza se deformará o no.
¿Cómo ha evolucionado esta tecnología en este tiempo?
“Bueno, la matemática de los problemas que analizamos o simulamos en SOLIDWORKS Plastics se resolvieron hace mucho tiempo, que es básicamente la capacidad de predecir cómo fluye el plástico derretido. Los polímeros o materiales termoplásticos exhiben algo a lo que nos referimos como flujo no newtoniano. Eso significa que, en términos simples, cuanto más rápido haga que fluya el material, menor será la viscosidad, entonces se muestra este fenómeno de adelgazamiento por cizallamiento. En cuanto mayor sean los índices de cizallamiento, menor será la viscosidad. Y esa es una de las cosas clave que necesitas saber. Ese es el tipo de matemáticas críticas que debe poder hacer para determinar cómo fluirá ese plástico derretido a través del molde. Ahí es donde hemos incorporado tecnología.” Comenta Rucinski.
“Algunas de las grandes cosas que han ocurrido en términos de desarrollo o la evolución de SOLIDWORKS Plastics es que casi todos los años, en cada lanzamiento se ve y funciona como el reto de funciones que están en SolidWorks. Puede no parecer tanto, pero el hecho es que se ha transformado en algo que es muy fácil de aprender y usar. Así que la idea es que si conseguimos que diseñadores de SOLIDWORKS que ya están diseñando piezas de plástico se muevan a SOLIDWORKS Plastics y podrán ver que se siente y funciona como toda la aplicación, la curva de aprendizaje es básicamente muy superficial para un novato. El usuario puede comenzar a generar resultados de simulación valiosos que se pueden utilizar para tomar decisiones de diseño informadas en piezas y de moldes para el proceso de moldeo por inyección de plástico.” agrega Rucinski.
A los diseñadores que desarrollan nuevos productos les tomará tiempo hasta que un ingeniero analista CAE revise la pieza de plástico.¿Hay alguna herramienta dentro de SOLIDWORKS que anticipe el comportamiento de la pieza de plástico?
Geométricamente SOLIDWORKS te puede indicar ciertas anomalías en el diseño, modelado de superficies o sólidos, por ejemplo, encontrar ángulos de salida, negativos o paredes delgadas, pero no te dirá , un momento , espera, no puedes hacer eso en una pieza de plástico, o no te asiste en temas de simulación en ingeniería, ahí tienes que moverte al módulo de plásticos.
Una vez que el usuario tiene un modelo de diseño de producto que desea simular, básicamente cambiaría a SOLIDWORKS Plastics . Ahí dentro de la misma interfaz de usuario, establecería algunas condiciones de frontera, elegiría un material de la base de datos de materiales, asignaría una o más ubicaciones de inyección, crearán una malla de análisis. Si lo desean, pueden cambiar la temperatura de fusión, temperatura del molde y el tiempo de inyección del material plástico, ejecutar la simulación y generar algunos resultados. Con esos resultados SOLIDWORKS Plastics te dará recomendaciones. Básicamente, si todo va bien en función de la forma en que configures el análisis, el asesor te da un pulgar hacia arriba o hacia abajo, sobre la capacidad de fabricación en función de tus entradas y los resultados.
Un ejemplo del proceso de inyección y de SolidWorks Plastics
Establece el límite máximo de presión de inyección en máquina de100 MPa o14,500 PSI. Usted toma su pieza, elige un material, elige una ubicación de inyección, ejecuta una simulación y la pieza puede llenarse. Pero digamos que se necesitan 90 mega pascales para llenarse. Así que es el 90% de tu límite de 100 MPa, el asesor de Plastics regresa y dice, oye, tu parte se puede llenar, pero estás muy cerca de tu límite máximo de presión de inyección. Y el peligro con eso es que, si ahora tomas tu pieza y haces un diseño de molde de múltiples cavidades, agregando bebedero, corredores, compuertas y múltiples cavidades, es casi seguro que excederá su límite máximo de presión.
Y la razón por la que se establece un límite máximo de presión de inyección es porque cualquier máquina de moldeo siempre tiene un límite físico de presión de inyección máxima. Suele ser de unos 140 MPa, así que la idea es que el asesor te esté dando una advertencia para cuando finalmente diseñes este molde y lo pongas en la máquina, tuvieras información previa, porque estarías por exceder el límite de presión de inyección de la máquina de moldeo. Y cuando eso suceda, no hay casi nada que pueda hacer en la máquina de moldeo para solucionar el problema. Casi siempre hay que sacar el molde de la máquina y llevarlo de vuelta al taller de mecanizado. Y, si no estás usando la simulación CAE, tendrás que pensar en un cambio que puedas hacer en tu cabeza que pueda o no solucionar el problema. Haz ese cambio en el molde. Vuelva a armar el molde, llévelo de regreso a la máquina de moldeo, haga otra pieza y vea qué sucede.
Flujo de trabajo CAD en diseño de pieza, moldes y simulación en SOLIDWORKS Plastics
Imagina que soy un OEM que diseñe una pieza, podría ser como Apple o HP o Dell o alguien así, diseño mi pieza de plástico de mi teléfono, optimizo el diseño de mi pieza de plástico para todas las cosas que necesita hacer, tal vez para que pueda contener algunos dispositivos electrónicos y lo que sea.
Y ahora mando la información CAD a un proveedor para el diseño y la fabricación del molde, Para que el diseñador de moldes inicie este lee la geometría de la pieza, que no se puede cambiar, es la pieza maestra y está restringida. Todo lo que el diseñador de moldes puede hacer es averiguar dónde debe estar la ubicación de la puerta o dónde debe estar la ubicación de la inyección y cuál debe ser la orientación de esa pieza en el molde. Y luego también pueden diseñar y especificar el sistema de alimentación a la cavidad. Si se trata de un molde de canal frío, va a tener un bebedero, canales fríos, compuertas y cavidades. Si se trata de un molde de canal caliente, tendrán un sistema de canal caliente, que idealmente entrega el plástico derretido directamente a la cavidad.
¡Este diseñador y fabricante de moldes si requiere simulación! A pesar de que están heredando el diseño de la pieza de plástico, realmente necesita la simulación para optimizar el sistema de corredores y las puertas, nuevamente para asegurarse de que no excedan el límite de presión, la capacidad de presión máxima de la máquina de moldeo por inyección para llenar todo el molde. Entonces, ahora que terminas tu molde, está listo para funcionar y probablemente lo muevas al taller de inyección. Cuanto antes se pueda realizar la simulación mejor, ya sea en diseño o fabricación del molde.
Con esto establecido, el que diseño el molde puede establecer los parámetros de proceso y poder llenar y empacar correctamente este molde, saber sobre tiempos de ciclo, inclusive cambiar el material de plástico. Podría pasar de un polipropileno de flujo medio a uno de alto flujo. Podría estar cambiando las temperaturas de fusión para tratar de obtenerlas, ya sabes, podría estar aumentando la temperatura de fusión para reducir la viscosidad de la fusión y que fluya más fácilmente. A lo mejor aumentar la temperatura del molde para disminuir la viscosidad dentro para que el material se llene y empaque el molde más fácilmente. Es posible que esté cambiando la velocidad a la que estoy inyectando, o cambiar mi límite de presión de inyección en la máquina hasta la capacidad máxima. O la presión de mi segunda etapa a tiempo o manteniendo o empacando la presión a tiempo. En conclusión, se pueden simular todos estos escenarios, son todos cambios de parámetros de procesamiento en la máquina de moldeo por inyección.
Justificar la compra del software de simulación de plásticos
El sector de plásticos tiene un proceso de fabricación de alto volumen, cuando se diseña y construye un molde de inyección, por lo general se fabrican miles o millones de piezas. El molde tiene que funcionar durante millones de ciclos, algunos moldes están en servicio varios años. Piensa en un automóvil, digamos que tienes un automóvil que tiene una vida útil de siete años en términos de años de modelo, cuando se lanza un nuevo modelo, tiene un lapso de años y luego lo refrescan, y ya no fabrican ese modelo, pero los moldes para ese modelo deben seguir, porque deben tener piezas de repuesto disponibles durante muchos años después. Entonces, los moldes pueden durar 14 años o más.
Con las implicaciones de costo de cada molde, pieza y proceso, si cometes un error en el diseño de la pieza o del diseño del molde no te enteras hasta que pones el molde en la máquina de moldeo por inyección. Si falla hay que sacar el molde de la máquina y llevarlo de vuelta al taller de herramientas, que a veces tiene una ubicación geográfica diferente.
Los beneficios de la simulación van con el uso de SOLIDWORKS Plastics al ejecutar la simulación de moldeo por inyección para evitar retrabajos del molde que a menudo justifican el costo del software. A menudo se obtiene un retorno de la inversión evitando cualquier retrabajo del molde.
A lo largo de los años, hemos realizado encuestas a los usuarios de SolidWorks que participan en el proceso de fabricación del equipo de diseño de moldeo por inyección, les preguntamos: ¿Con qué frecuencia hay que volver a trabajar en un molde antes de obtener buenas piezas de él? Una vez, dos veces, tres veces, cuatro veces, o la quinta opción fue que el molde nunca funciona, lo cual puede suceder.
Tienen que empezar de nuevo, más del 60% de las veces, el molde tiene que ser reelaborado al menos dos veces antes de que obtengan buenas piezas de él. O sea que usar simulación es una gran oportunidad de ahorros. Si todo funciona bien a la primera , la simulación me permite optimizar parámetros y el proceso entrando en un esquema de ahorro, huella de carbón, energía o de eficiencia operativa, con estos análisis al material, la simulación te permite aplicar la economía circular. Puedes ejecutar muy rápidamente algunos estudios de validación CAE para saber que funciona, darte cuenta de lo que te ahorra.
La simulación permite la optimización eficiente del proceso de moldeo por inyección de plástico para crear un producto de calidad y reducir los costos de fabricación.
Beneficios de usar simulación en procesos de inyección de plásticos.
- Tienes un asistente en software del proceso de inyección, moldes y pieza
- Puedes comprobar la resistencia del producto de plástico
- Evitar defectos en piezas de plástico
- Evitar retrabajos en moldes
- Ahorro de energía , reducción de huella de carbono
- Llenado optimo de cavidades
- Soportar con datos cambios en diseño
- Tomar decisiones informadas
- Reducir ciclo de lanzamiento del producto
- Tener una economía circular
Por: Sergio Alvarez, editor de 3DCadPortal.com
