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

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.