Moldeo por Extrusión

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perfiles de aluminio obtenidos por extrusión

Existen muchos procedimientos industriales para formar piezas, uno de ellos es la extrusión. En este caso, resulta barato y muy práctico para muchos materiales blandos o fundidos que se pueden moldear de forma muy precisa y rápida por este proceso.

Revisa el moldeo por inyección, ya que no es lo mismo pero muchas veces se confunde.

La extrusión

esquema proceso de extrusión

La extrusión consiste en usar una boquilla o extrusor con una forma determinada y así formar objetos con una sección transversal determinada. Para que funcione, como puedes comprender, el material debe ser lo suficiente dúctil y maleable como para pasar a través de ese extrusor.

Al hacer la forma mediante la extrusión, se puede evitar otros procesos que usan moldes, compresión o cizallamiento:

  • Al no usar moldes, se tiene una mayor rapidez para formar la pieza. Además, algunos materiales son muy pegajosos o tienen unas características que no casan bien con moldes.
  • No necesitan de compresión, pudiendo evitar que se compacten los materiales cuando eso puede afectar a sus propiedades.
  • Se evita el cizallamiento o golpear la pieza para formarla, lo que resulta ventajoso para materiales quebradizos o que necesitan formas complejas que no se pueden conseguir de otra forma.
  • La forma final es de gran calidad y el acabado superficial muy bueno.

En la actualidad, se puede usar la extrusión en multitud de materiales, como los polímeros (plásticos), metales y sus aleaciones, cerámicas, hormigón, y otros muchos. Por ejemplo, en la industria de la alimentación, sin ir más lejos, se emplea para muchos procesos. Uno muy típico es la pasta, que puede extruir la masa para hacer las diferentes formas.

Actualmente, con la nueva tecnología de la impresión 3D, la extrusión ha llegado a una nueva dimensión. Con muchas más posibilidades, y abaratando mucho los costes de producción de piezas que antes eran caras o imposibles.

Moldeo por extrusión

moldeo por extrusión

El moldeo por extrusión se puede hacer según varios modelos o tipos. La clave está en la forma en la que el material empleado fluye a través de una boquilla o extrusor colocado en el cabezal de la máquina de extrusión. Dicho extrusor es más duro que el propio material que se está tratando y tiene la forma ya definida que se quiere conseguir (circular, estrella, plana, etc.).

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Dicho esto, hay varias formas de realizar el moldeado por extrusión:

  • Frío: el material que se trata es suficientemente blando, maleable y dúctil como para no tener que calentarlo. Por ejemplo, para la pasta, plásticos blandos o gomas, hormigón, etc. En algunos materiales puede que se deba aplicar cierto grado de calor para reblandecer el material, pero sin llegar a temperaturas elevadas que estropearían o evaporarían el material. Por ejemplo, el chocolate.
  • Caliente: pueden ir desde los 400 a varios miles de grados, en función del material que se está tratando. Estos casos son válidos para el plástico duro, metales (titanio, oro, aluminio, magnesio, aluminio, cobre, acero, aleaciones,…), etc.
  • Intermitente vs continuo: por ejemplo, en el caso del metal, si se hace continuo se pueden conseguir láminas largas o hilos para formar alambres largos, conductores, etc. Con el plástico en forma continua se pueden formar tubos. En cambio, algunas piezas necesitan que se haga de forma intermitente. Por lo general, una cuchilla colocada tras el extrusor va cortando cada cierto intervalo lo que va saliendo por el extrusor. De esa forma se consiguen piezas pequeñas. Por ejemplo, en el caso de la pasta, se puede ir cortando el “tubo” continuo que sale para crear macarrones de un par de centímetros.
  • Espiral: volviendo a poner la pasta como ejemplo, es posible también formar espirales con un extrusor. En estos casos, lo que se suele es girar de forma mecánica la pieza que va saliendo del extrusor o hacer girar el propio extrusor. En algunos casos, se pueden tener incluso troqueles con varios orificios para hacer trenzados, etc.

También la forma en la que se impulsa el fluido o material a través del extrusor varía y da lugar a varios tipos de extrusión. Como la extrusión directa e indirecta, en función de cómo se impulsa el material a través del troquel o extrusor.

Extrusión de plásticos

La extrusión de plásticos es muy utilizada en la industria, debido de las numerosas aplicaciones del plástico. En este caso, un alimentador irá suministrando el plástico caliente para que pueda fluir por un husillo que empujará la resina con fuerza para que pase por un troquel o boquilla con la forma deseada. Puede ser en forma de lámina, tubo, etc.

Al salir a través del extrusor, la pieza se va enfriando. A diferencia de otras piezas, que se pueden ir enfriando a temperatura ambiente o mediante métodos activos, por aire, agua, etc., si necesita que se enfríe más rápidamente el plástico para que no se deforme, lo que se hace es pasar la pieza por un extrusor largo (pultrusión) para que vaya enfriándose y conserve la misma forma. En otros casos, pasa por unos rodillos de enfriamiento (calandria) cuando la forma es laminal.

En las industrias, cuando el extrusor se obstruye o cuando la pieza no queda bien por cualquier problema de la maquinaria, se suele realimentar a la tolva con el material para no desperdiciarlo y así vuelva a calentarse y pasar por el extrusor.

Los materiales plásticos que se pueden extruir van desde plásticos como el PVC, cauchos, etc.

Extrusión de metales

Los metales también se pueden extruir como el plástico, lo único que se deben calentar a temperaturas mucho más elevadas para poderlos tratar. En estos casos, dependiendo del tipo de metal puro o de aleación, los acabados pueden ser mejores o peores. Para la calidad de la superficie se suele usar el factor RMS (Root Mean Square), es decir, valores en micropulgadas que indican si una superficie es más lisa o rugosa cuando se mira por microscópio, ya que a simple vista no se aprecia bien.

boquilla extrusión

Por ejemplo, la aleación aluminio-magnesio suele tener un RMS de 30 micropulgadas, o lo que es lo mismo, 0.75 micrones. Dicho de otra forma, las rugosidades de su superficie pueden llegar hasta esas dimensiones. Por otro lado, materiales como el titanio o el acero, tienen RMS de algo peor calidad, con 125 microinchs o 3 micrones…

Entre los metales más populares que se pueden extruir están:

  • Aluminio: se puede extruir en frío o en caliente. En caliente suele estar a unos 300-600ºC. Con este tipo de extrusión es con el que se hacen marcos de puertas y ventanas de aluminio, barras para múltiples aplicaciones, disipadores para electrónica y maquinaria, etc.
  • Cobre: se hace a temperaturas calientes, entre 600-1000ºC, y con ello se consiguen productos tan populares como hilos para cables conductores, tubos para fontanería, electrodos para soldadura, etc.
  • Magnesio: se puede extruir solo o en aleación con el aluminio. Cuando se hace solo se usan temperaturas de 300-600ºC, es decir, similar al caso del aluminio. En este caso, las aleaciones son muy ligeras y se usan para carcasas de aparatos, y para partes de aviones, piezas para la industria nuclear, etc.
  • Acero: es quizás uno de los materiales más empleados en la actualidad. Se usa para fabricar piezas de montajes, vigas, alambres, etc. La extrusión en este caso se hace a temperatura entre 1000 a 1300ºC, y se pueden usar cristales como lubricante para el extrusor y fosfatos.
  • Titanio: es otro metal muy preciado por sus prestaciones y ligereza. Se suele usar para aviación, piezas médicas, etc. La temperatura necesaria en estos casos está entre los 600 y los 1000ºC, en función del tipo de forma y tamaño.
  • Plomo y estaño: tanto uno como otro son muy blandos y moldeables, por eso las temperaturas suelen ser bajas, de unos 200-300ºC. Con ellos se hacen forros o revestimientos, alambres para soldadura, etc.

También se pueden extruir otros muchos metales, como aleaciones de los anteriores, hierro, zinc, etc.

Máquina de extrusión

máquina de extrusión

El equipamiento de extrusión puede ser muy diverso en función de lo que se pretenda conseguir y del material con el que se trabaje. No todas las máquinas necesitan las mismas dimensiones, temperatura soportada o presión.

Básicamente, una máquina genérica de extrusión consta de:

  • En una máquina de extrusión directa se necesita un troquel o boquilla de extrusor estática, que no se mueva. Será el material el que es empujado a través de un conducto hasta ésta salida para moldearlo. En las máquinas de extrusión indirecta, será el material el que esté estacionario y el troquel se mueve hacia el material. Sea como sea, se necesita un mecanismo mecánico o hidráulico que generará el empuje o presión.
  • El alimentador será la tolva o depósito donde se encuentra el material a extruir. Se llevará mediante un tornillo sin fin u otros procedimientos hasta donde se va a extruir.
  • El control se realizará por un operario de forma manual en caso de máquinas pequeñas o para poca producción, o de forma automatizada.

Los precios de una máquina de extrusión, para hacerte una idea, pueden ir desde unos cuantos miles de euros en el caso de las más pequeñas, hasta 30.000, 100.000, 200.000€,… en algunos casos.