ES2249684T3 - Aparato para fabricar articulos de plastico moldeados. - Google Patents

Abstract

Aparato para fabricar un artículo de material termoplástico moldeado, comprendiendo el aparato una pluralidad de depósitos (20, 21) para alojar unos respectivos componentes intermedios termoplásticos, poliméricos, medios (33, 34) de calentamiento para fundir dichos componentes en dichos depósitos y mantenerlos calientes; medios (26, 25) de mezcla para mezclar el contenido fundido de los respectivos depósitos; medios de pistones y cilindros para transferir el contenido de los depósitos afuera de los depósitos, medios de sostén para sostener un molde (60) rígido o de goma blanda; y medios (51, 52) de administración para administrar dicho material plástico adentro de un molde (60) rígido o de goma blanda sostenido por dichos medios de sostén, caracterizado porque dicho aparato comprende: un primer compartimento (2) que contiene dichos depósitos, dichos medios de calentamiento, dichos medios de mezcla y dichos medios de bombeo; un segundo compartimento (3) aislado de dicho primer compartimentoy que contiene dichos medios de sostén y dichos medios de administración; y medios (7, 8, 9) de control y bomba de vacío para mantener la presión ambiente en el segundo compartimento por debajo de la presión ambiente en el primer compartimento; comprendiendo dichos medios de pistones y cilindros, para cada depósito, un cilindro (37, 38) conectado al depósito respectivo a través de una primera válvula (45) y a dicho medio (52) de administración a través de una segunda válvula (48), y un pistón (38, 39) conectado a un medio (42) de accionamiento común a dicho medio de bombeo para suministrar unas respectivas cantidades sincronizadas, controladas, del contenido de los depósitos.

Description

Aparato para fabricar artículos de plástico moldeados.

Esta invención se refiere al moldeo de artículos de material plástico, más particular, pero no exclusivamente, en el contexto de fabricar uno sólo o pequeñas cantidades de artículos, tales como prototipos para ensayar diseños a producirse en serie posteriormente. Algunos materiales plásticos, particularmente algunos polímeros, incluyendo la poliamida, por ejemplo, el nailon, no se moldean fácilmente con mucho detalle salvo con equipo de control complejos y caros. Esto puede no resultar apropiado para el tipo de aparato de fabricación de prototipos mencionado. Por consiguiente, un objeto de la invención es proporcionar un aparato para el moldeo que pueda producir un buen resultado en el contexto, pero que sea relativamente barato.

Los documentos US-A-5 529 212 y US-A-3 773 300 dan a conocer aparatos para el moldeo de artículos de material plástico según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento EP-A-1 166 989 da a conocer un dispositivo que tiene dos cámaras presurizadas para colar bajo vacío piezas de plástico.

Según la invención, se proporciona un aparato para fabricar un artículo de material termoplástico moldeado, comprendiendo el aparato una pluralidad de depósitos para alojar unos respectivos componentes intermedios termoplásticos, poliméricos, medios de calentamiento para fundir dichos componentes en dichos depósitos y mantenerlos calientes; medios de mezcla para mezclar el contenido fundido de los respectivos depósitos; medios de pistones y cilindros para transferir el contenido de los depósitos afuera de los depósitos, medios de sostén para sostener un molde rígido o de goma blanda; y medios de administración para administrar dicho material plástico adentro de un molde rígido o de goma blanda sostenido por dichos medios de sostén, caracterizado porque dicho aparato comprende:

un primer compartimento que contiene dichos depósitos, dichos medios de calentamiento, dichos medios de mezcla y dichos medios de bombeo;

un segundo compartimento aislado de dicho primer compartimento y que contiene dichos medios de sostén y dichos medios de administración; y

medios de control y de bomba de vacío para mantener la presión ambiente en el segundo compartimento por debajo de la presión ambiente en el primer compartimento;

comprendiendo dichos medios de pistones y cilindros, para cada depósito, un cilindro conectado al depósito respectivo a través de una primera válvula y a dicho medio de administración a través de una segunda válvula, y un pistón conectado a un medio de accionamiento común a dicho medio de bombeo para suministrar unas respectivas cantidades sincronizadas, controladas, del contenido de los depósitos.

Preferiblemente, los medios de control y de bomba de vacío pueden accionarse para mantener la presión ambiente en cada uno de los dos compartimentos por debajo de la presión atmosférica.

Preferiblemente, el molde es un molde de goma de silicona o de poliuretano.

Preferiblemente, dicho medio de administración comprende un medio de mezcla, por ejemplo, un tubo de mezcla estático, accionable para mezclar dicho material plástico antes de administrarlo a dicho molde.

Ventajosamente, el aparato comprende un aparato en el que dichos depósitos y dichos cilindros están formados en unos respectivos bloques de metal, estando dichos medios de calentamiento acoplados a dichos bloques para calentar los bloques.

Para una mejor comprensión de la invención y para mostrar cómo la misma puede llevarse a cabo, ahora se hará referencia a título de ejemplo a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista frontal de equipo para colar artículos prototípicos en materiales plásticos de ingeniería;

la figura 2 es un diagrama para explicar la construcción y el funcionamiento de un mecanismo que forma parte del equipo de la figura 1 y puede accionarse para mezclar y administrar intermedios de material plástico;

las figuras 3 y 4 son respectivas vista en corte de parte del mecanismo de la figura 2 por unas líneas III-III en IV-IV de la figura 5;

la figura 5 es una vista en planta de parte del mecanismo de la figura 2; y

la figura 6 es un diagrama de partes del aparato de la figura 1.

El equipo de la figura 1 comprende un armario 1 divido en cuatro compartimentos 2, 3, 4 y 5. Los compartimentos 2 y 4 se encuentran encima de unos respectivos de los compartimentos 3 y 5. Los compartimentos 2, 3 y 4 tienen puertas 6 (mostradas abiertas), mientras que el compartimento 5, que contiene elementos de control electromecánico y un aparato de control y cálculo electrónicos (no mostrados), tienen un panel delantero que sostiene un botón 7 de corte de emergencia y un panel 8 de pantalla táctil.

El compartimento 5 contiene maquinaria eléctrica, que incluye una bomba 9 de vacío, mientras que el compartimento 2 contiene un mecanismo 10 para mezclar y administrar intermedios de material plástico. Los compartimentos 2 y 3 están separados el uno del otro por una robusta placa 11 de suelo lo suficientemente resistente como para que los dos compartimentos permanezcan aislados el uno del otro a pesar de una sustancial diferencia en vacío en los dos. La placa 11 podría haberse hecho de aluminio o de otro material adecuado. En la placa 11 está montada una válvula 100 con un accionador 101 a motor para permitir que la presión en los compartimentos 2 y 3 se iguale o se mantenga igual cuando sea preciso.

Los intermedios comprenden materiales termoplásticos con o sin rellenos. Los intermedios se escogen para dar las propiedades mecánicas deseadas del material del componente colado, es decir, la dureza o lectura durométrica, y las propiedades relacionadas, tales como el módulo de tracción, la resiliencia, la plasticidad, la resistencia a la compresión y la elasticidad. Por ejemplo, los intermedios pueden comprender materiales disponibles en el mercado, tales como la caprolactona, junto con los activadores y catalizadores apropiados. Estos componentes están destinados a producir un material plástico de poliamida con propiedades mecánicas particulares, concretamente, un material relativamente rígido. El activador y el catalizador podrían sustituirse por un catalizador y un activador alternativos en proporciones específicas para dar propiedades diferentes, por ejemplo, un material plástico relativamente más resistente. Además, puede añadirse un material o relleno fibroso, por ejemplo, fibra de vidrio, para dar un componente de colada de material plástico reforzado con fibra.

Tal como se muestra en la vista esquemática de la figura 2, el mecanismo 10 comprende dos depósitos 20 y 21 que pueden cerrarse, cada uno con una tapa 22. En la tapa de cada depósito se proporciona un cojinete 23 estanco a los gases para alojar un eje 24 que incorpora, dentro del depósito, una pala 25 mezcladora. Fuera del depósito respectivo, cada eje 24 está acoplado a un respectivo motor 26 eléctrico. Las tapas de los depósitos también tiene unas aberturas 27 en las que pueden montarse unos respectivos embudos 28 (en la abertura 27 del depósito 21 se muestra uno) o unos respectivos tapones 29 enroscados (en la abertura 27 del depósito 22 se muestra uno).

Durante el uso del mecanismo 10, los embudos 28 se instalan para permitir llenar los depósitos con las cantidades requeridas de los intermedios escogidos. Los embudos 28 se quitan después y se sustituyen por los tapones 29 enroscados para cerrar herméticamente los depósitos.

Los depósitos están conectados, a través de unas respectivas llaves 30 de gas montadas en las tapas 22 y unos tubos 31 flexibles, a un suministro 23 de gas inerte, tal como nitrógeno o argón, para formar un manto de gas sobre el contenido de los depósitos cuando el mecanismo está en uso.

Para calentar los depósitos con vistas a fundir los intermedios de material plástico a mezclar se proporciona un calentador, ilustrado aquí como dos elementos 33 y 34 de calentamiento por resistencia eléctrica acoplados a una fuente 35 de energía eléctrica y situados debajo de unos respectivos de los depósitos 20 y 21.

El mecanismo 10 también comprende dos cilindros 36 y 37 que contienen unos respectivos pistones 38 y 39. Los pistones 38 y 39 están conectados a través de unos respectivos vástagos 40 y 41 de pistón a un accionador 42 a motor eléctricamente motorizado.

El accionador 42 podría sustituirse por dos mecanismos separados, uno para cada cilindro. En cualquier caso, los cilindros 36 y 37 podrían estar uno al lado del otro en vez de estar opuestos coaxialmente.

Cada uno de los cilindros 36 y 37 está acoplado a través de dos conductos 43 y 44 y una válvula 45 a un orificio 46 en el suelo del correspondiente de los dos depósitos 20 y 21. Cada cilindro está también acoplado a través de un conducto 47 y una válvula 48 a uno de dos conductos 49, uno para cada cilindro. Los conductos 49 terminan próximos uno al otro en un accesorio 51 de salida.

Los elementos 33 y 34 calentadores están dispuestos preferiblemente, o se proporcionan elementos adicionales, para mantener y regular la temperatura, no sólo de los depósitos, sino también de las válvulas 45 y 48, los conductos 43, 44, 47 y 49 y los cilindros 36 y 37, para garantizar que los materiales plásticos fundidos se mantienen a la temperatura correcta.

En funcionamiento, los dos depósitos 20 y 21 se abren y, utilizando los embudos 28, se insertan los intermedios apropiados. Con los tapones 29 de cierre encajados y los mantos de gas aplicados, los intermedios se elevan entonces a la temperatura apropiada, fundiéndose si están en fase sólida y mezclándose excitando los motores 26 de accionamiento de pala mezcladora. Los componentes fundidos mezclados se aspiran a través de las válvulas 45 y de los conductos 43 y 44 al interior de los cilindros 36 y 37, mediante un movimiento debido de los pistones 38 y 39, y son expulsados fuera posteriormente por los pistones 38 y 39 a través de las válvulas 48 y de los conductos 47 y 49 hasta el accesorio 51 de salida.

Las dos válvulas 45 están acopladas a unas respectivas unidades 54 de accionamiento, mientras que las dos válvulas 48 están acopladas a unas respectivas unidades 58 de accionamiento. Las unidades 54 y 58 de accionamiento se accionan, en combinación con el accionador 42 acoplado a los pistones 38 y 39, para mover el contenido de los depósitos 20 y 21 hasta los cilindros 36 y 37 y luego hasta los conductos 49 según sea preciso. Como característica de seguridad, las válvulas pueden accionarse para que, por ejemplo, si el tubo de mezcla está obstruido, el contenido de los cilindros se transfiera de nuevo a los depósitos 20 y 21.

Los conductos 49 se extienden en ángulos específicos a la vertical (60º, por ejemplo) y los extremos de salida de los conductos están a una distancia específica el uno del otro de manera que el contenido de los depósitos sale de los conductos 49 como unas respectivas corrientes que inciden una contra la otra y se mezclan. Si fuese preciso, un tubo 52 de mezcla estático, es decir, un tubo que incorpora unos deflectores 53 angulados, puede acoplarse al accesorio 51.

El tubo 52 lleva hasta un molde 60 colocado en el compartimento 3 debajo del mecanismo 10. Si no se utiliza el tubo de mezcla, puede emplearse un tubo de plástico liso (no mostrado) para conducir el material plástico fundido hasta el molde 60, o las corrientes incidentes que salen de los conductos 49 y 50 pueden conducirse adentro de un embudo 61 (ilustrado en línea discontinua para mostrar que es una alternativa al tubo 52) que lleva hasta el mecanismo 10. Esto permite también la conexión de tamaños y geometrías de molde muy distintos y de puntos de compuerta a la salida de material.

Tal como se muestra en las figuras 3, 4 y 5, los depósitos 20 y 21 pueden formarse como taladros pasantes en un bloque 62 sólido de metal, estando el bloque 62 sujetado por pernos (no mostrados) a la parte superior de otro bloque 63 sólido de metal. Las tapas 22 y los motores 26 no se muestran en las figuras 3 y 4. En la figura 5, se muestra una tapa 22 colocada sobre la parte superior del depósito 21, mientras que el depósito 20 se muestra abierto. Los motores 26 y las palas 25 tampoco se muestran en esta figura. Las partes inferiores de los taladros pasantes están cerradas por el bloque 63 con unas juntas 64 de estanqueidad entre los mismos. En el bloque 63 se proporcionan unos respectivos taladros horizontales adyacentes para formar los cilindros 36 y 37.

En las figuras 3 y 4, el cilindro 37 está oculto detrás del cilindro 36 y debajo del depósito 21. Generalmente es igual que el cilindro 36.

Los pistones 38 y 39 pueden ser alargados para extenderse de vuelta a través de los cilindros 36 y 37 hasta donde están acoplados al accionador 42 a motor (no mostrado en las figuras 3 a 5). El accionador 42 a motor puede accionarse para mover los pistones en diferentes distancias dependiendo de las cantidades de los intermedios en los dos depósitos y a mezclar. Esto se realiza proporcionando un accionador a motor con unos respectivos motores 50 acoplados, a través de un mecanismo de transmisión adecuado, a los dos pistones o mediante un solo motor con un mecanismo de transmisión diferencial. En cada caso, el mecanismo de transmisión puede comprender una transmisión de husillo a bolas y el o cada motor puede comprender un motor paso a paso. Las válvulas 45 y 48 están dotadas de los conductos 43, 44, 47 y 49 en un bloque 70 de metal adicional empernado a la cara extrema del bloque 63 para cubrir los extremos delanteros de los cilindros 36 y 37, proporcionándose una junta 71 de estanqueidad entre el bloque 70 y cada cilindro. Las unidades 54 y 58 de transmisión están montadas encima de las válvulas 45 y 48, por ejemplo, estando fijadas a través de un separador 73 de metal al bloque 62. Las unidades 54 y 58 de transmisión están acopladas a unos respectivos elementos 74 de válvula de las válvulas 45 y 48 por unos vástagos 75 de pistón, preferiblemente, con un grado de flexibilidad en los vástagos para absorber cualquier desalineación de los elementos 74 de válvula en los asientos 76 de válvula. Los elementos 33 y 34 de calentamiento pueden plasmarse como cartuchos de calentamiento de acero inoxidable (no mostrados) situados en unos taladros en los varios bloques 62 y/o 63. El objeto de proporcionar los depósitos, cilindros, conductos y válvulas en bloques de metal relativamente macizos empernados entre sí es conseguir una temperatura uniforme y una menor expansión diferencial de las partes del mecanismo.

Con referencia de nuevo a la figura 1, el molde 60 está situado en el compartimento 3, sostenido en una plataforma 80 de elevación hidráulica o manual o eléctrica. El molde 60 es un molde de goma de silicona, por ejemplo, el tipo de molde que se fabrica insertando un prototipo de un artículo a moldear o un artículo existente a copiar en un material líquido de fabricación de moldes de silicona en una caja de moldeo y permitiendo que el material endurezca. A continuación, el molde se corta, por ejemplo, a mano utilizando un cuchillo afilado, para dividir el molde en dos partes de manera que el prototipo o el artículo original pueda sacarse. Las dos partes del molde entonces se colocan juntas y se fijan, por ejemplo, enrollando cinta adhesiva alrededor de ellas. También se proporcionan una abertura de entrada y aberturas de desbordamiento del molde, bien formando a posteriori o proporcionando unos tapones adecuados en la caja de moldeo.

El molde 60 podría ser de goma de poliuretano o de otro material "blando" adecuado. Alternativamente, podría ser un molde rígido, por ejemplo, hecho de resina epoxi colada, de metal pulverizado o colado, o fabricado por mecanizado.

Para llevar a cabo una operación de moldeo, el molde 60 se instala y los depósitos 20 y 21 se llenan de termoplásticos fluidos. Por ejemplo, los anteriormente mencionados caprolactona y activador se colocan en un depósito, mientras que el catalizador se coloca en el otro. A continuación, con los depósitos 20 y 21 y las puertas 6 cerrados, el equipo se pone a punto utilizando el panel 8 táctil de control para llevar a cabo la operación automáticamente. Tal como se ha indicado, esto implica calentar el contenido de los depósitos 20 y 21 mientras ese contenido se cubre mediante un manto gaseoso (por ejemplo, de nitrógeno), mezclar los intermedios de plástico y administrarlos al molde.

En algunos casos puede ser deseable mantener un vacío dentro del compartimento 2, pero no es siempre esencial. Sin embargo, para la realización de la invención descrita, se mantiene un diferencial entre la presión de vacío de los compartimentos 2 y 3 al menos mientras el material plástico fundido se administra desde el mecanismo 10 al molde 60. A título de realización preferida, la cámara 2 podría mantenerse a una presión de -0,9 bar (es decir, un vacío del 90%) mientras el compartimento 3 se mantiene a una presión de -1,0 bar (vacío del 100%). Sin embargo, estos valores de vacío diferencial pueden cambiarse a gusto teniendo en cuenta factores tales como el material plástico particular empleado y las geometrías de la cavidad de moldeo en cuanto al llenado.

La figura 6 muestra una vista esquemática de las cámaras 2 y 3 del equipo de moldeo e indica varios controles conectados al mismo. La válvula 100 de igualación de presión y el accionador 101 a motor se muestran, al igual que el mecanismo 10 y el molde 60, en las cámaras 2 y 3 superior e inferior, respectivamente. Además, un suministro 102 neumático, es decir, una entrada que suministra aire a aproximadamente 70 kPa (10 libras por pulgada cuadrada), lleva a los accionadores 54 y 58 (no mostrados en la figura 6) dentro del mecanismo 10 para controlar las válvulas 45 y 48. Si se quisiese, el accionador 101 a motor también podría impulsarse neumáticamente y recibir este suministro 102. El elemento 103 es un sencillo manómetro analógico conectado a la cámara 2 y útil durante el montaje del equipo para comprobar las lecturas de presión suministradas por un transductor 105 de presión al aparato de control y cálculo electrónicos en la cámara 5 (no mostrado en la figura 6). Una válvula 104 con una unidad de accionamiento (no mostrada), controlada manualmente o por el aparato de control, permite que se libere el vacío acumulado en la cámara 2.

Un transductor 106 de presión adicional está acoplado a la cámara 3 para proporcionar lecturas de presión al aparato de control, y esta cámara también está acoplada la bomba 9 de vacío. El vacío acumulado en la cámara 3 puede liberarse a través de una válvula 107. La válvula 107 puede ser de tamaño relativamente mayor que la válvula 104 para permitir una "fuga relativamente rápida" del vacío de la cámara 3 y una "fuga lenta" del vacío de la cámara 2.

Si fuese preciso puede proporcionarse una línea de vacío (no mostrada) a la cámara 2, por ejemplo, para facilitar el funcionamiento con distintos niveles de vacío, ambos por debajo de la ambiente, tal como se ha descrito anteriormente.

En funcionamiento, los intermedios de plástico pueden fundirse y mezclarse mientras ambas cámaras están a presión ambiente y la mezcla fundida transferirse al molde mientras la cámara 2 superior está a presión ambiente y la cámara 3 inferior está bajo vacío, supóngase que a 27 kPa (200 mm de mercurio). Cuando el molde está lleno, evidenciado por ejemplo por el material plástico habiendo apenas empezado a emerger por unas aberturas apropiadas en el molde, el llenado cesa y la válvula 100 se abre para igualar la presión en las cámaras 2 y 3, supóngase para que la presión se estabilice en torno a 14 kPa (100 mm de mercurio). Después, las válvulas 104 y 107 se abren para admitir aire ambiente en las cámaras, es decir, para elevar la presión en las cámaras hasta la ambiente y permitir por tanto que las puertas de las cámaras se abran.

El aparato mostrado puede utilizarse tanto en un modo de presión diferencial, es decir, con distintos niveles de vacío en los compartimentos 2 y 3 en instantes adecuados, como en un modo de colada en vacío no diferencial con la presión en los dos compartimentos igualada igual o inferior a la ambiente durante toda la operación de colada.

Claims (6)

1. Aparato para fabricar un artículo de material termoplástico moldeado, comprendiendo el aparato una pluralidad de depósitos (20, 21) para alojar unos respectivos componentes intermedios termoplásticos, poliméricos, medios (33, 34) de calentamiento para fundir dichos componentes en dichos depósitos y mantenerlos calientes; medios (26, 25) de mezcla para mezclar el contenido fundido de los respectivos depósitos; medios de pistones y cilindros para transferir el contenido de los depósitos afuera de los depósitos, medios de sostén para sostener un molde (60) rígido o de goma blanda; y medios (51, 52) de administración para administrar dicho material plástico adentro de un molde (60) rígido o de goma blanda sostenido por dichos medios de sostén, caracterizado porque dicho aparato comprende:

un primer compartimento (2) que contiene dichos depósitos, dichos medios de calentamiento, dichos medios de mezcla y dichos medios de bombeo;

un segundo compartimento (3) aislado de dicho primer compartimento y que contiene dichos medios de sostén y dichos medios de administración; y

medios (7, 8, 9) de control y bomba de vacío para mantener la presión ambiente en el segundo compartimento por debajo de la presión ambiente en el primer compartimento;

comprendiendo dichos medios de pistones y cilindros, para cada depósito, un cilindro (37, 38) conectado al depósito respectivo a través de una primera válvula (45) y a dicho medio (52) de administración a través de una segunda válvula (48), y un pistón (38, 39) conectado a un medio (42) de accionamiento común a dicho medio de bombeo para suministrar unas respectivas cantidades sincronizadas, controladas, del contenido de los depósitos.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que los medios de control y de bomba de vacío pueden accionarse para mantener la presión ambiente en cada uno de los dos compartimentos por debajo de la presión atmosférica

3. Aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que el molde es un molde de goma de silicona o de poliuretano.

4. Aparato según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho medio de administración comprende un medio de mezcla accionable para mezclar dicho material plástico antes de administrarlo a dicho molde.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que dicho medio (52) de administración comprende un tubo (53) de mezcla estático.

6. Aparato según cualquier reivindicación anterior, en el que dichos depósitos y dichos cilindros están formados en unos respectivos bloques (62, 63) de metal, estando dichos medios (33, 34) de calentamiento acoplados a dichos bloques para calentar los bloques.