Exercicis: Tècniques de fabricació

Repte del tema. Relaciona cada tècnica industrial de transformació de plàstics amb el seu producte típic i justifica una de les parelles.

Tècniques:

1. Extrusió

2. Bufat

3. Injecció

4. Conformació al buit

Productes:

A. Ampolles i garrafes

B. Safates i blísters

C. Tubs i perfils

D. Carcasses i peces de joc precises

Què has de fer:

1. a) Escriu les quatre parelles (número de la tècnica i lletra del producte), per exemple: «1 - C».

1. b) Tria una de les parelles i explica en 2 o 3 línies per què aquesta tècnica és l'adequada per fabricar aquest producte (com es dona forma al plàstic).

Es valorarà: que les quatre parelles siguin correctes, que la justificació descrigui el procés de la tècnica triada i que facis servir vocabulari tècnic (motlle, plàstic fos, aire a pressió, buit, broquet…).

Explica l'extrusió amb el símil de la xurrera o del tub de pasta de dents: què surt en empènyer el material fos a través d'un broquet amb forma i per què els productes de l'extrusió són sempre «llargs i del mateix perfil».

La figura mostra els quatre passos del bufament d'una ampolla, però el tercer està tapat.

Dedueix què passa en el pas tapat observant el canvi de la peça entre el segon i el quart panell, explica quin paper juga l'aire a pressió i per què l'interior del motlle té exactament la forma de l'ampolla.

Explica en què consisteix la injecció de plàstic i raona per què és la tècnica escollida per fabricar milions de peces iguals i precises, encara que el motlle sigui molt car.

Pista. Pensa què passa amb el plàstic dins del motlle (en quin estat és en entrar i en sortir?) i en com es reparteix el cost del motlle entre totes les peces que es fabriquen.

Es valorarà: que descriguis les fases del procés (fondre el plàstic, injectar-lo a pressió en un motlle tancat, refredar-lo i extreure la peça) i que justifiquis l'elecció amb almenys dues avantatges (per exemple, rapidesa, repetibilitat i precisió de les peces, o el baix cost per peça en sèries grans).

Descriu el conformat al buit amb la safata d'unes madalenes: què li passa a la làmina de plàstic en escalfar-la, què fa el motlle i quin paper juga l'aire aspirat. Per què les cantonades de la safata queden més fines?

Repte del tema. Construiràs una caixa de fusta al taller i necessites triar bé les eines.

Aquestes són quatre eines de taller (numerades) i quatre tasques (amb lletres):

1. Serra de costella

2. Trepant

3. Llima

4. Cargol de banc (o premsa)

A. Fer forats

B. Subjectar les peces mentre s'enganxen

C. Tallar en línia recta

D. Desbastar i suavitzar vores

Respon:

1. a) Relaciona cada eina amb la seva tasca. Escriu les parelles amb el format número-lletra.

1. b) Tria una de les eines i explica com s'utilitza i quines precaucions de seguretat has de prendre.

1. c) Quina eina faràs servir primer en fer la caixa? Justifica la teva resposta.

Es valorarà: que les quatre parelles siguin correctes, que l'explicació sigui clara i usi vocabulari tècnic, i que l'ordre de treball triat estigui justificat.

Repte del tema. Escriu tres normes de seguretat per a foradar plàstic al taller i explica l'accident que evita cadascuna.

1. a) Primera norma i accident que evita.

1. b) Segona norma i accident que evita.

1. c) Tercera norma i accident que evita.

Es valorarà que les tres normes siguin diferents, que estiguin relacionades amb l'ús del trepant i que cada accident explicat tingui sentit amb la seva norma.

Després de tallar metacrilat amb la serra, la vora queda amb rebaves i arestes. Explica per a què es lima després de tallar, quina diferència hi ha entre limar i polir i en quin ordre les utilitzaries per deixar una vora suau i transparent.

Tria la tècnica adequada per a cada encàrrec i justifica-la pensant en la forma de la peça i en la quantitat: (a) deu mil ampolles de mig litre; (b) cinquanta safates per a una maqueta; (c) tubs de reg de sis metres; (d) cent mil carcasses de comandament a distància.

La figura mostra l'esquema del modelatge per injecció: la granza (petits grans de plàstic) cau de la tremuja i recorre una zona tapada abans d'omplir el motlle. La zona tapada està marcada amb «?».

1. a) Explica què li passa al plàstic a la zona tapada.

1. b) Explica per què el motlle ha de ser molt resistent.

1. c) Explica quin avantatge aporta fabricar així milions de peces iguals.

Ordena els passos per construir una caixa de metacrilat al taller i justifica per què el limat va abans de l'encolat: unir les cares amb adhesiu, mesurar i marcar sobre la làmina, tallar amb la serra, fer els forats previstos amb el trepant, limar les vores, repassar l'acabat.

L'extrusió produeix peces «contínues» (es tallen a la longitud desitjada) i la injecció, peces «tancades» amb forma completa. Explica quina limitació té cada tècnica i per què no pots fer una ampolla només per extrusió ni és viable un perfil de sis metres per injecció.

Un taller vol fabricar només tres prototips d'una carcassa. Raona per què la injecció no és viable (el motlle costa milers d'euros) i compara dues alternatives més assenyades per a tan poques unitats: impressió 3D o conformat al buit sobre un motlle senzill.

Compara tres maneres d'unir peces de plàstic al taller: adhesiu de contacte, cianoacrilat i cargols amb femella. Indica una situació en què triaries cadascuna i explica quan interessa que la unió es pugui desmuntar.

Repte del tema. Quan fores una peça de plàstic a molta velocitat, de vegades la broca deixa el material mig fós i el forat surt deformat.

1. a) Explica per què passa aquest fenomen. Relaciona en la teva resposta el moviment de la broca, la calor que es genera i les propietats del plàstic.

1. b) Proposa dues mesures concretes que es puguin aplicar en foradar per evitar que el plàstic es fongui i que el forat surti deformat.

Es valorarà: que identifiquis correctament la causa (d'on procedeix la calor i com respon el material), que les dues mesures siguin diferents, realistes i estiguin relacionades amb aquesta causa, i que expliquis breument per què cadascuna d'elles ajuda.

Pista: pensa què passa quan fregues dues superfícies entre si, i què passa amb la ferritja si es queda dins del forat mentre la broca continua girant.

L'esquema relaciona quatre tècniques amb els seus productes, però en falta un.

Indica quin producte falta a la fila de l'emmotllament per bufament, explica per què aquesta tècnica és l'adequada per a aquest producte (peça buida de paret prima) i descriu amb les teves paraules com s'obté.

Un estudiant en pràctiques proposa a una fàbrica fabricar cinc-cents mil taps amb rosca mitjançant extrusió i cinc-centes mil palletes per a begudes mitjançant emmotllament per injecció, al·legant que «totes dues màquines fonen plàstic i introdueixen polímer en un broquet». Rebat tècnicament la seva proposta: explica quina limitació geomètrica impedeix fabricar els taps per extrusió, per què fabricar palletes per injecció seria inviable en costos i temps en comparació amb l'extrusió contínua, i quina és la tècnica correcta per a cada producte.

Un company ha intentat fabricar un suport de mòbil al taller doblegant una làmina de metacrilat de $4\ \text{mm}$ amb la flama directa d'un bufador després d'haver-la retallat amb una serra de calar a la màxima velocitat. El resultat ha estat desastrós: vores foses i estellades, i una zona de plec plena de bombolles blanquinoses i microfissures.

1. Explica tècnicament a què es deuen aquests dos defectes del metacrilat (en el tall i en el doblegat).

2. Dissenya el full de processos corregit per fabricar la peça amb èxit: llista ordenada de fases, eina o màquina adequada per a cadascuna (evitant les fallades anteriors) i les mesures de seguretat obligatòries.

Una empresa de càtering encarrega el disseny de mil bandejas de plàstic reutilitzables i sostenibles. L'equip de disseny debat entre dues opcions de termoconformació:

• Opció A: Làmina llisa de polipropilè de $2,5\ \text{mm}$ de gruix.

• Opció B: Làmina de polipropilè de $1,2\ \text{mm}$ de gruix amb nervadures geomètriques de reforç a la base i vora perimetral doblegada.

Analitza i compara totes dues opcions pel que fa a rigidesa estructural, consum de matèria primera i despesa energètica en el cicle d'escalfament. Determina quina és més sostenible per a la sèrie de mil peces i proposa dues pautes concretes de taller per gestionar la minva o retall sobrant després de la termoconformació.

Molts envasos de piles utilitzen el sistema blíster (una cúpula de plàstic transparent enganxada amb calor a una base de cartó imprès).

1. Dedueix quin procés industrial de conformat es va utilitzar per fabricar la bombolla transparent i justifica per què aquest mètode és l'idoni per a làmines de poc gruix.

2. Analitza els dos grans problemes d'aquest envàs: la frustració/risc de tall de l'usuari en obrir-lo i l'impacte a la planta de reciclatge a causa de la unió termosellada de dos materials diferents.

3. Dissenya una alternativa d'envasament que protegeixi les piles i permeti veure el producte o les seves dades, però que en faciliti l'obertura sense eines i garanteixi un reciclatge monomaterial o de fàcil separació.

Has de tallar peces rectangulars de $30\ \text{cm} \times 40\ \text{cm}$ a partir de planxes de poliestirè de $100\ \text{cm} \times 120\ \text{cm}$.

1. Un operari proposa col·locar totes les peces en la mateixa orientació (per exemple, alineant els costats de $30\ \text{cm}$ sobre el de $100\ \text{cm}$). Calcula quantes peces hi caben i quanta superfície es malbarata amb aquest mètode.

2. Dissenya una distribució mixta (niu combinant orientacions a la mateixa planxa) que aconsegueixi un aprofitament del $100\ \%$ del material (zero minva). Dibuixa o descriu amb mesures exactes com s'han de col·locar els blocs de peces.

3. Explica per què a la indústria del plàstic l'aniuat assistit per ordinador estalvia grans quantitats de diners i energia.

Una empresa ha de triar com fabricar la carcassa d'un nou sensor i dubta entre dues tecnologies:

• Opció 1 (Impressió 3D per deposició fosa): no requereix motlle ($0\ \text{€}$ de cost fix inicial), però cada carcassa costa $8,50\ \text{€}$ de fabricar.

• Opció 2 (Emmotllament per injecció): exigeix fabricar un motlle d'acer que costa $15.000\ \text{€}$, però el cost d'injecció de cada carcassa és de només $1,00\ \text{€}$.

• Calcula a partir de quantes unitats produïdes comença a ser més barata la injecció que la impressió 3D (llindar de rendibilitat o amortització del motlle).

• Si la previsió de vendes és de $1.200$ carcasses el primer any i $1.800$ el segon abans de redissenyar el model, quin mètode de fabricació recomanaries financerament? Justifica la teva resposta.

En una planta d'injecció de components d'automoció, es detecta que una sèrie de para-xocs de polipropilè es trenca amb facilitat en les proves d'impacte. En revisar la tremuja d'alimentació, descobreixen que l'operari va barrejar un $80\ \%$ de material triturat procedent de descartes amb només un $20\ \%$ de grança verge, superant el límit del $15\ \%$ fixat per enginyeria.

1. Explica a nivell molecular (longitud de cadenes de polímer i degradació tèrmica) per què un termoplàstic perd propietats mecàniques quan es tritura i refon diverses vegades.

2. Per què és físicamentGroup impossible aplicar aquest procés de triturat i refós a peces de resina de polièster o baquelita? Justifica la teva resposta explicant l'estructura d'enllaços químics dels plàstics termoestables.

Al taller s'han acumulat $25$ tires sobrants de metacrilat transparent de $3\ \text{mm}$ de gruix i mides $5\ \text{cm} \times 20\ \text{cm}$.

Dissenya un producte útil per a l'escriptori (per exemple: suport per a regles, faristol per a notes, organitzador de cables...) que aprofiti almenys una d'aquestes tires sense generar gairebé nou rebuig.

1. Dibuixa un croquis acotat de l'objecte indicant la posició dels talls, forats i línies de doblegat.

2. Descriu la seqüència tècnica d'operacions que has de seguir al taller.

3. Explica el procediment tèrmic exacte per doblegar la tira: quina eina s'ha d'utilitzar, en quin estat s'ha de trobar el plàstic abans d'aplicar força i com evitar que es cremi o formi bombolles a la zona corbada.

Repte del tema. T'has fixat mai en les empremtes que els processos industrials deixen en els objectes quotidians? Converteix-te en pèrit de polímers analitzant el teu propi entorn en tres fases:

1. Mostreig domèstic: Selecciona $5$ objectes plàstics diferents de casa teva (envasos, components electrònics, tèxtils o parament). Localitza el seu codi d'identificació ($1$ al $7$), si en té, i classifica'ls segons la seva família: termoplàstics, termoestables o elastòmers.

2. Enginyeria inversa: Inspecciona marques físiques a cada peça (barbes, línies de partició del motlle, punts d'injecció o gruixos de paret inferiors a $2,5\text{ mm}$). Dedueix i argumenta quina tècnica de conformat es va emprar per fabricar-la (injecció, extrusió, bufat, termoconformat, calandratge o emmotllament per compressió).

3. Informe tècnic: Registra les dades a LibreOffice Calc, genera un gràfic de barres amb les famílies detectades i redacta una proposta per substituir un dels objectes no reciclables per una alternativa sostenible o reduir-ne la massa en un $15,5\,\%$.

Es valorarà:

• Precisió en la identificació i classificació dels polímers.

• Rigor en justificar les tècniques de fabricació a partir de trets geomètrics reals.

• Presentació adequada de la taula i gràfic a LibreOffice Calc.

• Viabilitat tècnica de la proposta de millora ambiental.