MOLDE MODULAR PARA OBTENCION DE PROTOTIPOS RAPIDOS.

Molde modular para la obtención de prototipos rápidos, que está subdividido en al menos dos partes acoplables entre sí.

Cada una de las partes tiene: una impronta flexible interna que define, al acoplar entre sí las partes que conforman el molde, al menos parte de la cavidad de la pieza a obtener; una contraforma de naturaleza rígida, que aloja a al menos parte de la impronta flexible y sirve como soporte de la misma; una placa rígida externa que define la superficie exterior de la parte correspondiente del molde y constituye un elemento reutilizable e intercambiable entre moldes para piezas diferentes; y una serie de elementos intermedios rigidizadores y de acoplamiento, dispuestos entre la impronta flexible y la placa posterior rígida, parte de los cuales, al menos, son reutilizables e intercambiables entre moldes para piezas diferentes

Molde modular para obtención de prototipos rápidos.

La presente invención se refiere a un molde modular para la obtención de prototipos rápidos, especialmente para la producción de piezas con materiales poliméricos. Más concretamente para la obtención de prototipos rápidos empleando moldes encuadrados dentro de la clasificación de "soft-tooling", para acelerar el lanzamiento de productos al mercado.

Estado de la técnica

Los sistemas convencionales de obtención de piezas con materiales poliméricos (plásticos) por inyección, están basados en el empleo de moldes de acero (cuyas partes, móviles o no, son todas totalmente rígidas) que en la mayoría de los casos son complejos de fabricar y requieren grandes inversiones, tanto en tiempo como en dinero, sólo justificadas para producción de grandes series.

Como herramientas para diseñar de forma segura, acelerar la puesta en producción y disminuir riesgos de inversión, surgieron unas nuevas tecnologías denominadas "rapid prototyping" y "rapid tooling".

Las tecnologías de prototipado rápido o "rapid prototyping Technologies" hacen referencia normalmente a tecnologías de fabricación por capas o de mecanizado de alta velocidad por control numérico, que permiten obtener directamente prototipos físicos de piezas a partir de la geometría de dichas piezas contenida en un archivo de ordenador o "archivo CAD".

Las tecnologías "rapid tooling" están orientadas a la obtención de forma rápida y económica de moldes, insertos y herramientas para moldes, para fabricación de piezas en diferentes materiales (termoplásticos, resinas, ceras, metales, ...). Los moldes se obtienen en ocasiones por copiado rápido de formas (en muchos casos empleando modelos obtenidos por tecnologías de prototipado rápido) en materiales diversos, entre los que destacan los moldes flexibles de silicona, moldes cerámicos o de arena y moldes rígidos empleando resinas con carga metálica.

Resulta muy importante, de cara a minimizar las inversiones, el emplear los modelos obtenidos por "rapid prototyping" y las herramientas, insertos, cavidades o partes de moldes (fabricados por "rapid tooling") en la obtención de moldes completos con materiales alternativos al acero para ser usados en la inyección de termoplásticos; Se consiguen así moldes para preseries, series cortas y medias, que permiten obtener piezas en materiales definitivos o similares a los definitivos, de forma mucho más rápida que con los métodos tradicionales con lo que se acelera la puesta en producción.

El empleo individual o combinado de dicho conjunto de nuevas tecnologías permite alternativas muy variadas de cara a la optimización del proceso de puesta en producción de productos. La decisión de usar unas u otras tiene en consideración muy distintos factores como el tamaño de las series, los materiales a emplear, la precisión deseada, el coste de los prototipos, la rapidez de fabricación o la finalidad del prototipo (pruebas visuales, de montaje, de resistencia, estudios de mercado y otras).

El desarrollo de moldes rápidos a partir de todas estas tecnologías ha sido objeto de estudio por universidades, centros tecnológicos y empresas, dando lugar a diversos documentos científicos y patentes, dentro del mismo sector tecnológico en el que se enmarca la invención propuesta, entre las que destacan las expuestas a continuación.

La patente WO03078094 "Apparatus and method formanufacturing metal mold using semi solid rapid tooling" propone un método de obtención de moldes rápidos, en el que las cavidades se conforman por copiado de formas a partir de un polvo metálico en estado semisólido, lo que en principio simplifica tareas de mecanizado o electroerosión de dichas cavidades.

También se propone el empleo de herramientas para moldes y cavidades obtenidas por sinterizado de polvo metálico o por inyección de polvo metálico en las patentes US6554882 "Rapid tooling sintering method and compositions therefor" y DE19831315 "Injection molding of prototype products, prototype tools or tool inserts by a rapid powder injection molding which uses a negative tool insert produced by rapid prototyping for the powder molding stage".

La patente DE10238597 "Injection mold, for low pressure molding of thermoplastic materials, is produced by a rapid tooling process for cost reduction" explica la construcción de las cavidades del molde empleando la tecnología de prototipado rápido denominada "Estereolitografía Láser" (3D Systems Inc. US4996010, US4999143, US5015424 y otras), lo que permite obtener cavidades de forma rápida, aunque sus propiedades de resistencias mecánica, física y química son muy limitadas.

La patente GB2360244 "A method of producing a mould" explica la obtención de un molde rápido por compresión de una resina endurecible en una cámara que aloja un modelo de la pieza a replicar, la cual queda embebida en la resina.

Otras patentes proponen métodos de obtención de insertos y complementos empleando tecnologías "rapid prototyping" y "rapid tooling" para obtención de moldes más complejos de forma económica y casi directa. Destacan WO0194057 "Rapid preproduction of molds and mold components", US2001050155 "Method for rapid reproduction of molds and mold components" ó WO0023217 "Rapid manufacture of metallic and ceramic tooling by injection molding".

El empleo de materiales flexibles (silicona o caucho generalmente) para moldes presenta ventajas asociadas a la rapidez y facilidad de fabricación, como demuestra la existencia de las patentes señaladas a continuación.

La patente WO0035648 "A method for molding composite structural plastics and objects molded thereby" propone el empleo de cavidades de silicona obtenidas por tecnologías de copiado rápido de formas para la colada de materiales poliméricos reforzados con fibras.

La patente TW223620B "Method for forming mold with high precision" propone la obtención de cavidades de silicona por colada sobre un modelo y la posterior rigidización de dichas cavidades mediante refuerzos metálicos, que prolonguen la vida útil del molde blando.

El empleo de cavidades flexibles presenta también ventajas asociadas a la posibilidad de expulsar piezas con contrasalidas como se expone en la patente DE3226793 "Form zur Herstellung von Faltenbálgen und dgl.", que propone el empleo de un molde con una parte tubular en material blando para conformar piezas tubulares con ranuras circunferenciales.

El problema de la presencia de contrasalidas en las piezas dificulta la obtención de moldes y retrasa la puesta en producción. Por ello se han diseñado también numerosos sistemas neumáticos que permiten la obtención de piezas termoplásticas con ranuras y su posterior desmoldeo como el expuesto en GB2323321 "Moulding an article and releasing from mould".

Diversas patentes se refieren también a productos desmoldeantes a aplicar sobre los moldes rápidos que ayudan a realizar la expulsión de las piezas (JP2005036084).

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto un molde para el fin expuesto en el que, tomando en consideración factores como la rapidez de puesta en producción y el ahorro económico, resulta destacable y novedosa la posibilidad de emplear una estructura de molde modular, con un bastidor en el que se pueden ajustar de forma rápida y sencilla las cavidades que reproducen la forma de las piezas a obtener.

El empleo de materiales blandos, tipo siliconas, cauchos y otros, para dichas cavidades del molde, permite simplificar notablemente el diseño del mismo, acelerar su fabricación (empleando tecnologías "rapid prototyping", "rapid tooling" y "rapid manufacturing") y reducir los costes.

Se simplifican también las dificultades de desmoldeo asociadas a la existencia de contrasalidas. Al ser las cavidades flexibles, durante la expulsión de la pieza fabricada, la cavidad se deforma elásticamente permitiendo la expulsión de forma sencilla y evitando el empleo de los complejos mecanismos de apertura necesarios en moldes rígidos de acero.

Asimismo, el molde modular y el sistema de fabricación propuestos en esta invención permiten obtener piezas finales (tanto en cuanto a los materiales, como en cuanto a los procesos de fabricación) y se reducen notablemente los tiempos y los costes de producción, frente a los que supone un molde tradicional.

El empleo del molde modular propuesto en esta invención permite obtener en última instancia piezas finales en cualquier tipo de material...

1. Molde modular para la obtención de prototipos rápidos, que está subdividido en al menos dos partes acoplables entre sí, caracterizado porque cada una de las partes citadas comprende:

- una impronta flexible interna que define, al acoplar entre sí las partes que conforman el molde, al menos parte de la cavidad de la pieza a obtener;

- una contraforma de naturaleza rígida, que aloja a al menos parte de la impronta flexible y sirve como soporte de la misma;

- una placa rígida externa que define la superficie exterior de la parte correspondiente del molde y constituye un elemento reutilizable e intercambiable entre moldes para piezas diferentes; y

- una serie de elementos intermedios rigidizadores y de acoplamiento, dispuestos entre la impronta flexible y la placa posterior rígida, parte de los cuales, al menos, son reutilizables e intercambiables entre moldes para piezas diferentes.

2. Molde según la reivindicación 1, caracterizado porque el punto de inyección y los canales de llenado están situados en la superficie de partición de las partes que componen dicho molde.

3. Molde según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos intermedios citados comprenden un bastidor rígido, que va unido a la placa posterior de cada parte del molde y conforma un hueco en el que se acoplan los demás componentes de dicha parte, y un relleno compuesto por un bloque rígido situado entre dicho bastidor y la contraforma, siendo al menos el bastidor rígido reutilizable e intercambiable entre moldes para piezas diferentes.

4. Molde según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además láminas rígidas de ajuste que se disponen en las zonas extremas del hueco del bastidor.

5. Molde según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque la contraforma y el relleno constituyen una sola pieza.

6. Molde según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además empujadores constituidos por barras rígidas cuyo extremo externo está enrasado con la superficie externa de la placa posterior, mientras que por el extremo interno llegan, al menos, hasta el relleno.

7. Molde según la reivindicación 6, caracterizado porque los empujadores atraviesan el relleno y llegan hasta la superficie exterior de la impronta flexible.

8. Molde según la reivindicación 1, caracterizado porque la impronta flexible es portadora de insertos para la pieza a inyectar.

9. Molde según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además expulsores constituidos por barras rígidas que discurren entre la superficie externa de la placa posterior y la superficie interna de la impronta flexible.

10. Molde según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el bastidor rígido y la placa rígida constituyen una sola pieza.