Resumen: La fabricación de plásticos abarca diversos materiales y procesos, desde los termoplásticos y termoestables de uso cotidiano hasta los polímeros avanzados, de origen biológico y de alto rendimiento. El método de fabricación de plásticos que se elija influye en todo, desde el coste y el plazo de entrega hasta la durabilidad y la escala de producción. Los procesos tradicionales, como el moldeo por inyección, la extrusión, el moldeo por soplado y el mecanizado, siguen siendo esenciales para la producción a gran escala, pero la fabricación aditiva agiliza ahora la creación de prototipos, reduce los riesgos asociados al utillaje y permite obtener piezas de plástico para uso final en aquellos casos en los que la complejidad o los bajos volúmenes hacen que los moldes resulten ineficientes.
Si alguna vez has cogido un teléfono, conducido un coche o sacado una pastilla de un blíster, has tocado el resultado de un siglo de innovación en la fabricación de plásticos.
Para la mayoría de los que nos dedicamos a la ingeniería o al diseño, los plásticos son más que simples materiales. Son la razón por la que las ideas pueden pasar del CAD a la producción sin que el proyecto acabe en bancarrota.
Sin embargo, el proceso de fabricación de plásticos está cambiando rápidamente. La automatización, los objetivos de sostenibilidad y la fabricación aditiva —conocida comúnmente como impresión 3D— están redefiniendo lo que es posible y lo que se espera en los entornos de producción. Ya no se trata solo de «¿cómo podemos fabricar esta pieza de la forma más barata posible?», sino de «¿cómo podemos hacer que todo el flujo de trabajo sea más inteligente, eficiente y sostenible?».
Profundicemos en el proceso de fabricación de plásticos y veamos hacia dónde se dirige.
En su forma más sencilla, la fabricación de plásticos consiste en convertir polímeros calentados en formas útiles.
Esto puede referirse a una botella de refresco fabricada en serie, un único prototipo de engranaje o una pieza de precisión para un robot quirúrgico. El objetivo es el mismo: tomar algo flexible y en bruto, y transformarlo en algo duradero, funcional y reproducible.
La fabricación de plásticos despegó de verdad en la década de 1950, cuando materiales como el nailon, el ABS y el polietileno se generalizaron. De repente, los fabricantes podían producir piezas más ligeras, más baratas y más complejas de lo que el metal o la madera habían permitido jamás. Esto cambió sectores enteros. Los coches se hicieron más ligeros, los envases más seguros y los bienes de consumo pasaron de ser un lujo a convertirse en artículos cotidianos.
Si avanzamos rápidamente hasta hoy, vemos que estamos haciendo muchísimas cosas con los plásticos. Ya no se trata de elegir entre «moldeado» o «mecanizado». Los fabricantes están incorporando la impresión 3D, los flujos de trabajo híbridos y los sistemas de fabricación digital que agilizan los cambios de diseño y las tiradas de producción más que nunca.
Y si alguna vez te has esforzado por recortar una semana del plazo de entrega de las herramientas o por justificar el coste de una iteración de diseño, comprenderás por qué esto es importante.
Si te pasas por cualquier planta de producción, verás plásticos por todas partes. Ofrecen un equilibrio que ningún otro material puede igualar: son lo suficientemente resistentes como para cumplir su función, lo suficientemente baratos como para fabricarlos a gran escala y lo suficientemente flexibles como para adaptarse.
Los metales son precisos, pero su adaptación resulta cara. Los materiales compuestos son resistentes, pero su fabricación fiable es compleja. Sin embargo, los plásticos se sitúan en el punto óptimo, ya que ofrecen a los ingenieros mayor libertad y, al mismo tiempo, tienen sentido desde el punto de vista comercial.
Gracias a los plásticos, el panel de la puerta de un coche pesa la mitad de lo que pesaba hace 30 años. Las prótesis pueden ser ligeras y cómodas, a la vez que duraderas. Y es por eso por lo que los mandos de videojuegos siguen funcionando después de haber sido lanzados al otro lado de la habitación.
Por supuesto, también está el aspecto financiero. La industria mundial del plástico mueve billones y afecta a casi todas las cadenas de suministro de fabricación. Lo que está cambiando no es el papel que desempeñan los plásticos, sino la eficiencia con la que se pueden desarrollar y producir. Métodos como la fabricación aditiva forman parte de ese cambio, ya que ayudan a los equipos a probar los diseños antes, gestionar la complejidad y reducir el coste de los cambios antes de pasar a la producción a gran escala.
Cualquier cosa extraña y maravillosa que se te ocurra, probablemente puedas fabricarla con plásticos. Pero, dicho esto, no todos los plásticos se comportan igual cuando se les aplica calor o presión. Veamos los tipos de plásticos y cómo se comportan.
A grandes rasgos, se dividen en dos grupos: termoplásticos y termoestables.
Los termoplásticos son los «camaleones» del mundo de los materiales. Si se calientan, se ablandan; si se enfrían, recuperan su forma original, listos para volver a utilizarse.
Se ven por todas partes: un salpicadero de ABS, una botella transparente de PETG, el clic de un envase de polipropileno, la flexibilidad de una bisagra de nailon. Incluso el PLA, el recién llegado de origen vegetal, está ganando terreno en el sector del embalaje y la creación de prototipos.
Su superpoder es la versatilidad. La misma composición química que permite que uno se estire hasta convertirse en una película hace que otro sea lo suficientemente rígido como para utilizarse en piezas estructurales. Y, dado que pueden recalentarse y remodelarse, los termoplásticos son también la familia más reciclable, algo fundamental en cualquier debate sobre el diseño circular.
Si los termoplásticos pueden recalentarse y remodelarse, los termoendurecibles son todo lo contrario. Una vez curados, mantienen su forma de por vida. Esa permanencia es la razón por la que se utilizan en elementos que no pueden permitirse fallar: placas de circuitos, encimeras de laboratorio, pastillas de freno.
Los epoxis unen las estructuras de los aviones, los fenólicos protegen las carcasas eléctricas y las resinas de uretano resisten el paso de carretillas elevadoras las 24 horas del día, los 7 días de la semana. No se pueden fundir para volver a empezar, pero esa estabilidad es precisamente la clave.
En Stratasys, aprovechamos ambas facetas del mundo de los polímeros: las tecnologías FDM® y SAF® imprimen auténticos termoplásticos de ingeniería, mientras que PolyJet™, P3™ DLP y Neo® utilizan termofijos fotopoliméricos para obtener un alto nivel de detalle y una estabilidad permanente. Juntas, abarcan tanto el extremo flexible como el extremadamente resistente de la fabricación de plásticos.
Discover Stratasys MaterialsHay una docena de formas de convertir esos gránulos o resinas en bruto en piezas reales, y cada una tiene sus propias características. Algunas están pensadas para la producción a gran escala, otras para la agilidad. Dependiendo de lo que estés fabricando, debes elegir la herramienta adecuada en el taller: no utilizarías un CNC para el retractilado ni la extrusión para un soporte a medida.
A continuación te ofrecemos una visión general de los principales procesos de fabricación de plástico y de cómo la fabricación aditiva encaja en los flujos de trabajo modernos (haz clic para ir a esa sección):
El moldeo por inyección es, sin lugar a dudas, el motor de la producción en serie: llenar moldes con plástico fundido, una y otra vez, con precisión micrométrica.
Una vez que has invertido en el utillaje, el proceso es realmente imparable. Paneles de puertas, mangos de cepillos de dientes, inhaladores… todos se fabrican mediante moldeo por inyección. La mayoría de las piezas moldeadas utilizan termoplásticos habituales como el polipropileno, el polietileno, el ABS, el policarbonato y el nailon, materiales elegidos por su procesamiento predecible y su rendimiento fiable en moldes de gran volumen. Sin embargo, la fabricación de moldes no es barata ni rápida, y si detectas un fallo de diseño después de que el molde haya sido fabricado, eso supone un costoso «desliz» que retrasa tu entrada en el mercado.
Por eso, la mayoría de los equipos que recurren al moldeo por inyección integran la impresión 3D en el proceso como herramienta inicial: para validar la geometría, probar los ensamblajes y, en algunos casos, fabricar prototipos de insertos de molde o elementos de utillaje antes de cortar el acero.
Explore injection molding with additive manufacturing in our eBookEl plástico fundido se empuja a través de una matriz con forma, como si fuera pasta de dientes industrial, y sale en forma de tubo, perfil o lámina sin fin.
No es un proceso glamuroso (¡aunque resulta bastante hipnótico!), pero es la columna vertebral de todo, desde tubos de riego hasta marcos de ventanas. Una vez puesto en marcha, funciona sin parar, hora tras hora, produciendo una consistencia perfecta. La extrusión suele utilizar materiales conocidos como el PVC, el PP y el PE: cualquier material que se funda limpiamente y mantenga un perfil estable al enfriarse. Se puede fabricar una sección transversal sencilla de longitud infinita. Es como la fabricación de plástico en una cinta de correr: constante, predecible y fiable.
La fabricación aditiva se utiliza a menudo para producir secciones de prueba cortas o accesorios, lo que ayuda a los equipos a validar los perfiles de extrusión antes de comprometerse con el utillaje.
Aquí es donde nacen las botellas. Imagínate inflar una burbuja de plástico fundido dentro de un molde, dejando que adquiera forma como si fuera un globo presionado contra una armadura. Eso es el moldeo por soplado.
El moldeo por soplado es rápido, económico e ideal para formas huecas, desde botellas de detergente hasta conductos para automóviles. La mayoría de las piezas moldeadas por soplado utilizan PET o HDPE para conseguir envases ligeros y resistentes a los impactos. El grosor de la pared puede variar ligeramente, pero para la mayoría de los envases de consumo es insuperable.
La fabricación aditiva se utiliza a menudo para probar las preformas moldeadas por soplado y comprobar su ajuste antes de fabricar los moldes.
El moldeo rotacional (o rotomoldeo) es un proceso lento y elegante. Se vierte polímero en polvo en un molde hueco, se calienta y se hace girar sobre dos ejes hasta que todas las superficies queden recubiertas.
El resultado del moldeo rotacional es una pieza grande, sin tensiones y sin soldaduras ni costuras. Artículos como kayaks, depósitos o equipamiento para parques infantiles son buenos ejemplos de productos rotomoldeados y, aunque nunca se ganará una carrera por la rapidez del ciclo de producción, sí se ganará en durabilidad.
El rotomoldeado se realiza casi siempre con polietileno (PE), a veces con polipropileno o PVC para aplicaciones especializadas, materiales que fluyen y recubren de manera uniforme bajo un calor lento.
Coge una lámina de plástico calentada, colócala sobre un molde y extrae todo el aire: eso es el moldeado al vacío en pocas palabras. Así es como los productos electrónicos, las pastillas y las tijeras se presentan en blísteres con una forma perfecta. Es barato, rápido y perfecto para envases o bandejas sencillas. No se consiguen detalles finos ni geometrías complejas, pero cuando la rapidez y el precio son importantes, es difícil de superar.
El uso de la fabricación aditiva para producir herramientas de conformado o patrones de molde para el conformado al vacío ofrece una alternativa más rápida y económica que el utillaje mecanizado.
Con la fundición de polímeros, se mezcla la resina, se vierte en un molde y la composición química del material se encarga del resto. La fundición de polímeros es perfecta para piezas a medida o tiradas cortas en las que no merece la pena el coste del utillaje. Es más lenta, sí, pero muy flexible, e ideal para maquetas conceptuales, atrezo o piezas funcionales únicas.
El mecanizado de plásticos es una delicia si alguna vez te has enfrentado a una pieza de aluminio propensa a las vibraciones. Se cortan con precisión, son estables y permiten alcanzar tolerancias a nivel de micras. Son perfectos para accesorios de sujeción, bancos de pruebas o pequeñas series de producción.
Conlleva algo de desperdicio y plazos de entrega más largos, pero en cuanto a precisión, el CNC sigue siendo un elemento básico en la mayoría de los flujos de trabajo con plásticos. En muchos casos, la fabricación aditiva complementa al mecanizado CNC al encargarse de las primeras iteraciones o de geometrías complejas.
Ahora merece la pena analizar la fabricación aditiva por sí misma. En lugar de sustituir a la fabricación tradicional de plásticos, se integra en aquellas fases en las que la rapidez, la iteración o la complejidad son importantes.
En la fase inicial, la impresión 3D alivia la presión sobre el utillaje. Cuando se desarrolla una nueva pieza de plástico, la fabricación tradicional (como el moldeo por inyección) necesita moldes antes de que se pueda producir nada. Esos moldes tardan semanas o meses en fabricarse y cuestan miles. Con la impresión 3D, se pueden imprimir piezas o prototipos de herramientas directamente a partir del modelo CAD, comprobar la geometría y el ajuste y, en algunos casos, el material o el proceso de producción antes de que nadie tenga que cortar el acero. Es rápido, de bajo riesgo e ideal para prototipos o tiradas de bajo volumen.
Pero la fabricación aditiva ya no se limita a las primeras fases. Algunas tecnologías son ahora lo suficientemente robustas, precisas y repetibles como para la producción completa destinada al uso final, especialmente cuando las cantidades son de cientos o unos pocos miles, o cuando la geometría resultaría complicada o imposible de moldear. Además, ahora hay materiales disponibles que aportan las propiedades funcionales y mecánicas necesarias a una pieza de plástico.
En Stratasys, hemos desarrollado tecnologías de fabricación aditiva que abarcan todo ese espectro, desde modelos conceptuales hasta utillaje y piezas para uso final:
Aunque la fabricación aditiva no elimina la necesidad del moldeo, el mecanizado o el conformado, sí que ofrece más formas de conseguir una pieza mejor, de forma más rápida y rentable.
Todos los productos de plástico siguen el mismo proceso: diseño, prototipo, fabricación y perfeccionamiento. Aunque, en la práctica, esas fases suelen solaparse.
Todo empieza con el diseño. Tienes modelos CAD, una idea aproximada de los materiales y un montón de opiniones. Cuanto antes pienses en cómo se fabricará realmente el producto —por ejemplo, el grosor de las paredes, los ángulos de desmoldeo y los socavados—, menos tiempo tendrás que dedicar más adelante a apagar incendios.
Luego viene la creación de prototipos, donde las ideas se enfrentan a la realidad. A veces se trata de una impresión 3D en tu escritorio a la mañana siguiente; otras veces, de una pieza de prueba mecanizada o de una pequeña tirada con un molde provisional. Sea como sea, esta es la etapa en la que las cosas se rompen, se deforman o encajan a la perfección por primera vez —y de eso se trata—, porque así aprendes qué funciona antes de que resulte caro.
Y, por último, el acabado y la validación: la etapa tranquila en la que todo se recorta, se prueba, se recubre o se mide. Aquí es donde «lo suficientemente cerca» se convierte en «listo para el cliente». El acabado superficial suele marcar la diferencia entre un prototipo y una pieza lista para la producción: el lijado, el alisado al vapor, la pintura o el recubrimiento pueden mejorar tanto el aspecto como el rendimiento.
Los mejores equipos aprovechan cada ciclo para incorporar los conocimientos adquiridos al diseño, reduciendo así el tiempo necesario para el siguiente lanzamiento. Es el secreto poco glamuroso de una buena fabricación: la iteración constante siempre supera a un gran salto de una sola vez.
La producción es donde la repetición empieza a cobrar importancia. El moldeo por inyección, la extrusión y el moldeo rotacional: estos son los ritmos industriales constantes que convierten una buena idea en miles de piezas homogéneas.
La fabricación aditiva puede desempeñar un papel tanto en la producción como en la fase de diseño: resulta ideal para fabricar piezas de uso final en series cortas o personalizadas cuando no se justifica el uso de utillaje o cuando la geometría resulta demasiado compleja para el moldeo.
Los plásticos tienen un problema de reputación, y no sin razón. Han hecho que la vida moderna sea más ligera, más barata y más segura, pero también han dejado un rastro difícil de ignorar. Ahora, todo ingeniero tiene que pensar no solo en cómo funciona una pieza, sino también en qué ocurre con ella una vez que ha cumplido su función.
El reto no es que los plásticos no se puedan reciclar, sino que la mayoría no se recicla. O bien no forman parte de una economía circular, en la que el material reciclado tiene un rendimiento similar al del material virgen. La mezcla de materiales, los recubrimientos y la contaminación complican la recuperación, y hasta los sistemas mejor intencionados tienen dificultades para seguir el ritmo. Por eso se está dedicando ahora tanto esfuerzo a cerrar el ciclo y diseñar piezas que se puedan separar, elegir plásticos que se puedan transformar en nuevos productos y formular materiales de manera que se puedan reciclar durante el mayor tiempo posible. A medida que las capacidades de reciclaje se vuelven más limpias y controladas, los materiales resultantes están adquiriendo la consistencia suficiente como para utilizarse en aplicaciones que, hace unos años, habrían dependido exclusivamente de materiales vírgenes.
Al mismo tiempo, los nuevos materiales están empezando a cambiar el panorama. Los plásticos biodegradables y los polímeros de origen biológico están mejorando rápidamente, con propiedades mecánicas que, por fin, están alcanzando el nivel de los polímeros tradicionales.
La fabricación aditiva también contribuye a ello al producir piezas bajo demanda y más cerca de donde se necesitan, lo que permite a los fabricantes reducir las emisiones derivadas del transporte y evitar el exceso de existencias.
La sostenibilidad incluye la seguridad de las personas y la reducción de la exposición a aditivos tóxicos, humos y compuestos que alteran el sistema endocrino. Los procesos químicos más limpios y la manipulación más segura de los materiales son ahora consideraciones de diseño estándar, no aspectos secundarios.
Por lo tanto, la sostenibilidad no es solo una cuestión de materiales, sino que también tiene que ver con la mejora de los sistemas. El sector avanza hacia una economía circular, en la que los residuos plásticos vuelven a convertirse en materia prima. Aún no es perfecto, pero cada pieza más ligera, cada bobina reciclada o cada componente impreso localmente acerca un poco más a la fabricación a ese objetivo.
No existe una regla universal para decidir cómo fabricar una pieza. Siempre se trata de encontrar un equilibrio entre distintos factores: el coste, la cantidad, la geometría, la aplicación, el material, el acabado y la rapidez con la que la necesitas.
Antes de elegir un proceso de fabricación, deberías plantearte estas cinco preguntas:
Estas respuestas suelen ser suficientes para orientarte en gran medida. Cada proceso de fabricación se sitúa en algún punto de estas escalas y la clave está en elegir el método adecuado para cada momento.
La escala juega un papel fundamental. El moldeo por inyección supone un mayor coste inicial, pero resulta más barato por pieza cuando se produce en serie. La fabricación aditiva, en cambio, casi no tiene costes de puesta a punto, pero tiene un precio por unidad más elevado y ofrece total libertad para realizar iteraciones.
En la práctica, la mayoría de los equipos combinan diferentes métodos. Una pieza puede empezar como una impresión 3D, pasar a un modelo de preproducción mecanizado y acabar moldeada por inyección una vez que sea definitiva. Cada paso responde a preguntas diferentes: ¿Tiene buen aspecto? ¿Funciona? ¿Podemos fabricarla a gran escala?
A continuación, te ofrecemos una breve comparación de las principales opciones:
|
Proceso |
Ideal para |
Libertad geométrica |
Plazo de entrega habitual |
Coste = |
|
Moldeo por inyección |
Grandes volúmenes, producción repetitiva |
Moderado (se aplican las normas de diseño para la fabricabilidad) |
Plazo de entrega inicial largo, ciclos rápidos |
Alto coste de puesta a punto Bajo coste por pieza |
|
Extrusión |
Perfiles continuos (como tubos, canales, láminas) |
Bajo (secciones transversales simples) |
Medio |
Configuración media Bajo por pieza |
|
Moldeo por soplado |
Piezas huecas de paredes finas |
Bajo-moderado |
Medio |
Configuración media Bajo por pieza |
|
Moldeo rotacional |
Piezas grandes, huecas y duraderas |
Moderada |
Largo |
Medio Medio por pieza |
|
Termoformado al vacío |
Bandejas de paredes finas, embalajes, carcasas |
Bajo |
Rápido |
Configuración sencilla Bajo-medio por pieza |
|
Fundición de polímeros |
Piezas a medida, tiradas cortas, detalles finos |
Alto |
Lento |
Bajo coste de preparación Alto por pieza |
|
Mecanizado CNC |
Componentes de precisión, utillajes |
Moderada |
Rápido |
Configuración media Alto por pieza |
|
Impresión 3D |
Prototipos, geometría compleja, volúmenes reducidos |
Muy alto |
Muy rápido |
Configuración baja Más elevado por pieza |
El futuro de la fabricación de plásticos se centrará en combinar lo que funciona bien, en lugar de intentar sustituir los procesos ya consolidados. El moldeo por inyección, la extrusión, el conformado, el mecanizado y la fabricación aditiva seguirán desempeñando un papel importante. La ventaja radica en elegir el proceso adecuado para cada fase de la producción, en lugar de intentar que un único método lo haga todo.
La propia fábrica está cada vez más conectada. Los sistemas de fabricación digital conectan todas las impresoras, prensas de moldeo y estaciones de inspección, que envían datos a la misma red. La Industria 4.0 está cambiando la forma en que los equipos programan los trabajos, realizan el seguimiento del flujo de materiales y prevén el mantenimiento.
Los flujos de trabajo de producción aditiva e híbrida de plásticos constituyen una parte cada vez más importante de ese cambio. La impresión 3D ya no se limita a los prototipos, sino que forma parte, cada vez más, de la propia producción. Se pueden imprimir insertos personalizados, herramientas o elementos complejos que serían imposibles de moldear, para luego combinarlos con la producción a gran escala. Esto se traduce en plazos de entrega más cortos, iteraciones más rápidas, menos residuos y menores costes. Los fabricantes disponen ahora de mayor libertad para seleccionar el método adecuado, ya sea aditivo o tradicional, para cada paso del proceso de producción.
Los materiales están evolucionando con la misma rapidez. Las nuevas mezclas de polímeros, los compuestos avanzados y las formulaciones de origen biológico están abriendo posibilidades que simplemente no existían hace una década. Los termoplásticos con relleno de carbono, las resinas de alta temperatura y las mezclas reciclables son ahora la norma. Los polímeros de origen biológico también están ganando terreno y ya no son opciones «ecológicas» frágiles, sino materiales de ingeniería de pleno derecho. E incluso la silicona, que en su día se consideraba imposible de imprimir en 3D, forma ahora parte del futuro de la fabricación aditiva.
Lo que mantiene todo esto unido es la inteligencia (literalmente). La optimización de procesos impulsada por la IA está empezando a eliminar las conjeturas de la producción aditiva, y ahora las herramientas de aprendizaje automático pueden predecir problemas como la deformación, optimizar los ciclos de enfriamiento y señalar inconsistencias incluso antes de que las veas.
El futuro de los plásticos no será un gran salto, sino mil pequeñas conexiones entre datos y máquinas, diseño y producción, sostenibilidad y rendimiento.
Es el proceso de transformar (foto)polímeros en bruto —cadenas moleculares largas formadas por compuestos orgánicos— en piezas y productos acabados. Esto puede abarcar desde láminas de embalaje y paneles de automóvil hasta instrumentos quirúrgicos o bienes de consumo.
Los procesos de fabricación de plásticos más comunes son el moldeo por inyección, la extrusión, el moldeo por soplado, el moldeo rotacional, el termoformado al vacío, el colado de polímeros, el mecanizado CNC y la impresión 3D. Cada uno tiene su punto óptimo en cuanto a escala, precisión y coste.
La mayoría de las botellas de agua de plástico se fabrican a partir de PET mediante moldeo por soplado y estirado. El plástico se calienta, se estira sobre un molde y se infla hasta alcanzar su forma definitiva, lo que da como resultado una botella resistente, transparente y ligera.
Los plásticos combinan resistencia, ligereza y asequibilidad mejor que casi cualquier otro material de fabricación. Son los que hacen posible el transporte, la medicina y la electrónica modernos a gran escala.
En la fabricación de plásticos, existen preocupaciones medioambientales relacionadas con los residuos y los retos del reciclaje, el consumo de energía y la contaminación por microplásticos. Sin embargo, la industria está avanzando hacia un modelo más circular, utilizando materias primas recicladas, biopolímeros y métodos de aditivos eficientes para reducir el impacto.
El moldeo por inyección sigue siendo la opción preferida para grandes volúmenes. Una vez construido el molde, permite producir en masa miles o incluso millones de piezas de plástico idénticas con una excelente repetibilidad.
En la fabricación de plásticos para la automoción se utiliza mucho el ABS, el polipropileno (PP) y el nailon (PA). Estos materiales ofrecen un equilibrio entre dureza, resistencia al calor y coste, lo que resulta ideal para dar forma a salpicaderos, molduras, carcasas y componentes bajo el capó.
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