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Produciendo productos
Contenido
Resumen
- Analizaremos tres enfoques para lograr la conservación de recursos al fabricar productos: 1. Reducir el uso de materiales, 2. Reducir los procesos y 3. Reutilizar materiales de desecho.
- La optimización de formas, la integración de múltiples piezas y la miniaturización de productos pueden reducir la cantidad de material utilizado. Aquí presentamos ejemplos de propuestas de formas óptimas utilizando la tecnología CAE de plásticos.
- Al minimizar los procesos de fabricación, como el ensamblaje y la pintura, se pueden reducir los costos de mano de obra (costes humanos), la energía de procesamiento y el desperdicio de material. Presentaremos materiales que permiten realizar formas que son fáciles de ensamblar y productos que pueden reducir el proceso de pintura.
- Los residuos de resina generados durante el proceso de fabricación se trituran y un determinado porcentaje se mezcla con el producto para su reutilización (remolido), lo que reduce la cantidad total de resina utilizada. Presentaremos materiales con excelente estabilidad térmica y capacidad de remolido.
Reducción del uso de recursos en la fabricación de productos
Una estrategia para fabricar productos de manera más responsable con el medio ambiente es simplemente reducir el uso de recursos. Esta no es una idea nueva; de hecho, hace algún tiempo se consagró como la primera de las tres exhortaciones del lema ampliamente difundido “reducir, reutilizar, reciclar”. A continuación, analizamos tres estrategias para reducir el uso de recursos en la fabricación de productos.
Tres estrategias para reducir el uso de recursos:
- Reducción en el uso de material: reducción en el peso del producto mediante la optimización de la forma y la miniaturización, reducción en el uso de material mediante menos piezas
- Reducción de procesos: Reducción del número de piezas o eliminación de procesos de montaje debido a formas de fácil montaje, eliminación de procesos de pintura debido al uso de materiales con excelente apariencia.
- Reciclaje de materiales de desecho: Reutilizar materiales de desecho que hasta ahora habrían sido descartados como material triturado reduce la cantidad de material utilizado.
Reducción del volumen de material y ahorro de pasos de procesamiento
Los productos que utilizamos en nuestra vida diaria (desde electrodomésticos hasta automóviles) están compuestos de muchos componentes y se producen mediante procesos complicados que implican muchos pasos, desde el moldeado de los componentes hasta el ensamblaje y la pintura del producto.
Reducir al mínimo el número de pasos de procesamiento puede reducir los costos de mano de obra (costes de personal), ahorrar energía en los pasos posteriores al procesamiento y minimizar las pérdidas de materiales constituyentes. Otras formas de reducir el uso de recursos en la fabricación incluyen el uso de cantidades más pequeñas de resinas para producir cada producto y el ahorro de pinturas.
(1) Reducir el volumen de material utilizado
A. Reducir la cantidad de resina utilizada reduciendo el número de piezas y optimizando la forma y el peso.
Al optimizar la forma de los productos, es posible reducir la cantidad de componentes (por ejemplo, adoptando arquitecturas monolíticas integradas para reemplazar conjuntos de múltiples componentes) y reducir el tamaño y el peso de los productos. La ingeniería asistida por computadora (CAE) para materiales de resina es una herramienta poderosa para determinar formas óptimas para los diseños de productos.
B. Uso de materiales libres de pintura
La elección de materiales con superficies resistentes a la intemperie y en buenas condiciones, o materiales capaces de expresar coloración metálica sin necesidad de pintar, puede ahorrar pasos de pintura en los procesos de producción y reducir el uso de materiales de recubrimiento y disolventes. Esto también ayuda a avanzar en el objetivo del punto (2) a continuación al ahorrar pasos de procesamiento.
(2) Guardar pasos de procesamiento
A. Diseño de fácil montaje.
En comparación con los metales, los plásticos de ingeniería ofrecen una flexibilidad de forma significativamente mayor, lo que permite optimizar los diseños de productos para lograr la máxima facilidad de montaje. Los productos que son fáciles de montar no solo ahorran pasos de montaje en los procesos de producción, sino que también pueden obviar la necesidad de ciertos tornillos y pernos, lo que ayuda a reducir el uso de recursos.
B. Uso de materiales con buena conformabilidad que no requieren posprocesamiento
Algunos procesos de fabricación de productos requieren pasos de procesamiento secundarios, como la eliminación de rebabas o el recocido para reparar deformaciones o tensiones. La elección de materiales con menor susceptibilidad a la deformación o la formación de rebabas puede ahorrar la necesidad de dichos pasos de posprocesamiento.
Reutilización de desechos materiales
Los materiales de desecho, como las mazarotas y los canales, generados durante el proceso de fabricación con resina son triturados por el fabricante y reciclados como material de moldeo. El material triturado puede añadirse generalmente en una determinada proporción al material virgen nuevo, siempre que no se reduzcan las distintas propiedades de rendimiento.
El uso eficaz del material triturado (que de otro modo se desecharía) puede ayudar a reducir la cantidad total de resina necesaria para fabricar un producto determinado.
Soluciones recomendadas por Asahi Kasei (1)
Reducción de la cantidad de componentes y ahorro de pasos del proceso
Las perlas de espuma de EPP modificadas SunForce™ ofrecen una mayor flexibilidad en el diseño de productos
Fuerza solar™ Combina las excelentes propiedades que sólo las espumas pueden ofrecer (peso ligero y aislamiento térmico) con resistencia al fuego (UL-94 V-0), estabilidad dimensional y la capacidad de formar productos con paredes delgadas. SunForce™ es un material de espuma que ofrece una funcionalidad que va mucho más allá de las capacidades de las espumas convencionales. Este material presenta variaciones dimensionales extremadamente pequeñas durante el procesamiento y ofrece Propiedades de formabilidad casi equivalentes a las de los materiales típicos de moldeo por inyección, lo que los hace ideales para un uso sin preocupaciones en aplicaciones tales como carrocerías estructurales y chasis de equipos, donde una alta estabilidad dimensional es esencial.
SunForce™ también presenta las fortalezas únicas de las resinas PPE (específicamente, bajos coeficientes de expansión lineal en relación con otros materiales de resina) y permanece relativamente inafectado por las fluctuaciones de temperatura.
SunForce™ se produce rellenando las piezas con perlas y aplicando vapor para inducir la hinchazón de las perlas, lo que da como resultado la unión térmica. Por lo tanto, a diferencia del moldeo por inyección (en el que se inyecta resina en una pieza a alta temperatura y alta presión), el proceso SunForce™ tiende a producir una deformación mínima y pocas marcas de hundimiento en los productos terminados, incluso en el caso de productos con espesores de pared que varían en el espacio. Esto ahorra la necesidad de imponer restricciones de forma (como requisitos de espesor de pared uniforme), lo que ofrece una mayor flexibilidad en el diseño de productos.
Aprovechar esta flexibilidad (por ejemplo, fabricando productos moldeados con formas que se adaptan a sustratos o arneses) puede, en algunos casos, ahorrar la necesidad de utilizar tornillos o pernos para fijar los componentes en su lugar al ensamblar paquetes de componentes, lo que simplifica los procesos de producción.
Los materiales POM de color metálico ahorran pasos de pintura para reducir costos y reducir el impacto ambiental
El poliacetal (POM) presenta excelentes propiedades mecánicas, comportamiento de deslizamiento y resistencia química, y se utiliza para muchos componentes estructurales y componentes internos.
Las resinas POM TENAC™-C ZM413 de Asahi Kasei son copolímeros POM de color metálico con propiedades físicas y resistencia a la intemperie equivalentes a las de los grados resistentes a la intemperie estándar. Este material también cumple con varias regulaciones de fabricantes de equipos originales (OEM) de automóviles que restringen la emisión de compuestos orgánicos volátiles (VOC) para materiales destinados a su uso en interiores de automóviles.
Los métodos habituales para dar acabados metálicos a los productos implican pintar o enchapar la superficie de la resina base. Sin embargo, estos métodos son costosos debido a los múltiples pasos de procesamiento que requieren y tienen el inconveniente adicional de contaminar el medio ambiente mediante el uso de disolventes en varias etapas. Recomendamos elegir TENAC™-C ZM413 que puede evitar estos inconvenientes al omitir los pasos de pintura de su proceso de producción.
- Detalles sobre la resina POM de color metálico TENAC™-C ZM413 disponibles aquí.
Reducción de peso mediante la sustitución de metal por plástico y la optimización del diseño de las piezas mediante el uso de CAE con resina
Asahi Kasei cuenta con “Plastic CAE Technology”, una tecnología de análisis especializada para resinas.
El siguiente es un ejemplo de cómo se utiliza la tecnología CAE en plásticos.
El producto original (imagen del extremo izquierdo) estaba hecho de acero y consta de varios componentes.
Tecnología CAE para realizar un análisis de optimización topológica (imágenes intermedias), dando como resultado una propuesta de diseño final en la que el producto fue fabricado en resina en lugar de acero (imágenes a la derecha) y logró una reducción de peso de más del 80% respecto al diseño original.
En este caso, aprovechar la tecnología CAE de resina de Asahi Kasei permitió al diseñador identificar la distribución más eficiente de materiales dentro del espacio de diseño establecido, sujeto a las limitaciones estructurales y las condiciones de carga y restricción relevantes para los escenarios en los que se esperaba utilizar el producto.
Además, las formas producidas por el análisis de optimización topológica son extraordinariamente flexibles; en el caso de estudio representado aquí, esta libertad, junto con la habilidad y la experiencia del ingeniero que realizó el análisis, produjo un diseño innovador de moldeo por inyección que presenta una forma totalmente novedosa, diferente a cualquier diseño existente y, de hecho, más allá de los confines de cualquier paradigma de diseño existente. Una investigación más a fondo reveló regiones superfluas del diseño propuesto; al conservarlas, se simplificó aún más la forma del producto, logrando finalmente disminuir la cantidad de componentes y reducir drásticamente el peso del producto final.
Caso práctico: sustitución de bisagras metálicas por poliamida de alta resistencia y buena apariencia que no requieren pintura ni enchapado
Las bisagras, que se utilizan principalmente en puertas, deben ser componentes de alta resistencia y, por lo tanto, suelen estar hechas de metal fundido a presión. Sin embargo, para lograr bisagras atractivas, normalmente es necesario decorarlas mediante un recubrimiento, un proceso que genera aguas residuales que contienen iones metálicos y cuya eliminación implica un gran impacto ambiental.
La serie de resinas de poliamida LEONA™ SG de Asahi Kasei no solo satisface todos los requisitos de rendimiento exigidos para las bisagras, sino que también produce productos finales atractivos sin pintar ni enchapar, lo que reduce el peso total y reduce los desechos para disminuir el impacto ambiental del proceso de fabricación.
Estudio de caso: chasis para reguladores de presión de aire, la sustitución del metal por poliamida de alta resistencia ahorra pasos de posprocesamiento y produce productos más livianos, lo que reduce el consumo de energía relacionado con el envío
Los reguladores de presión de aire son componentes clave instalados en muchos sitios de fabricación de productos. Debido a que los cuerpos de chasis en los que se encierran estos instrumentos deben tener una alta resistencia, generalmente están hechos de metal. Por otro lado, debido a que los reguladores incorporan redes de vías de flujo de grano fino para controlar el flujo de aire, su producción consume cantidades significativas de energía y conlleva grandes pérdidas de material. El cambio de metales a la serie de resinas LEONA™ S de alta resistencia de Asahi Kasei ahorró la necesidad de pasos de posprocesamiento, lo que ayudó a agilizar los procesos de producción.
Además, debido a que los reguladores de presión de aire se envían a clientes de todo el mundo, la reducción en el peso del producto lograda al reemplazar metales con resinas redujo significativamente el consumo de energía relacionado con el envío.
Soluciones recomendadas por Asahi Kasei (2)
Reutilización de desechos de productos
La resina PPE modificada XYRON™ es excelente para triturar
Las resinas PPE modificadas con XYRON™ son materiales que ofrecen una excelente estabilidad térmica y resistencia a la hidrólisis, y exhiben una degradación mínima en las propiedades físicas cuando se usan como triturado, lo que las hace más fáciles de reutilizar que otras resinas. Este material también cuenta con el peso específico más bajo de todos los plásticos de ingeniería; Su ligereza ayuda a reducir el volumen de material utilizado en la fabricación.
Al aprovechar estas propiedades mediante el uso de resinas PPE modificadas para fabricar productos (y reutilizar bebederos, canales y otros desechos producidos en los sitios de fabricación), puede reducir el uso total de material y minimizar el impacto ambiental.
Nota: En los casos en que la apariencia externa de los productos es importante, la contaminación por impurezas debido al uso de materiales reutilizados puede producir defectos que resulten en productos poco atractivos. Para evitar esta situación es necesario optimizar cuidadosamente el porcentaje de material reutilizado utilizado; como guía aproximada, recomendamos considerar porcentajes del 20% o inferiores.
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