Ejercicios: Técnicas de fabricación

Reto del tema. Relaciona cada técnica industrial de transformación de plásticos con su producto típico y justifica una de las parejas.

Técnicas:

1. Extrusión

2. Soplado

3. Inyección

4. Conformado al vacío

Productos:

A. Botellas y garrafas

B. Bandejas y blísters

C. Tubos y perfiles

D. Carcasas y piezas de juego precisas

Qué debes hacer:

1. a) Escribe las cuatro parejas (número de la técnica y letra del producto), por ejemplo: «1 - C».

1. b) Elige una de las parejas y explica en 2 o 3 líneas por qué esa técnica es la adecuada para fabricar ese producto (cómo se da forma al plástico).

Se valorará: que las cuatro parejas sean correctas, que la justificación describa el proceso de la técnica elegida y que uses vocabulario técnico (molde, plástico fundido, aire a presión, vacío, boquilla…).

Explica la extrusión con el símil de la churrera o del tubo de pasta de dientes: qué sale al empujar el material fundido a través de una boquilla con forma y por qué los productos de la extrusión son siempre «largos y del mismo perfil».

La figura muestra los cuatro pasos del soplado de una botella, pero el tercero está tapado.

Deduce qué ocurre en el paso tapado observando el cambio de la pieza entre el segundo y el cuarto panel, explica qué papel juega el aire a presión y por qué el interior del molde tiene exactamente la forma de la botella.

Explica en qué consiste la inyección de plástico y razona por qué es la técnica elegida para fabricar millones de piezas iguales y precisas, aunque el molde sea muy caro.

Pista. Piensa en qué ocurre con el plástico dentro del molde (¿en qué estado está al entrar y al salir?) y en cómo se reparte el coste del molde entre todas las piezas que se fabrican.

Se valorará: que describas las fases del proceso (fundir el plástico, inyectarlo a presión en un molde cerrado, enfriarlo y extraer la pieza) y que justifiques la elección con al menos dos ventajas (por ejemplo, rapidez, repetibilidad y precisión de las piezas, o el bajo coste por pieza en series grandes).

Describe el conformado al vacío con la bandeja de unas magdalenas: qué le pasa a la lámina de plástico al calentarla, qué hace el molde y qué papel juega el aire aspirado. ¿Por qué las esquinas de la bandeja quedan más finas?

Reto del tema. Vas a construir una caja de madera en el taller y necesitas elegir bien las herramientas.

Estas son cuatro herramientas de taller (numeradas) y cuatro tareas (con letras):

1. Sierra de costilla

2. Taladro

3. Lima

4. Sargento (o prensa)

A. Hacer agujeros

B. Sujetar las piezas mientras se pega

C. Cortar en línea recta

D. Desbastar y suavizar bordes

Responde:

1. a) Relaciona cada herramienta con su tarea. Escribe las parejas con el formato número-letra.

1. b) Elige una de las herramientas y explica cómo se usa y qué precauciones de seguridad debes tomar.

1. c) ¿Qué herramienta usarías primero al hacer la caja? Justifica tu respuesta.

Se valorará: que las cuatro parejas sean correctas, que la explicación sea clara y use vocabulario técnico, y que el orden de trabajo elegido esté justificado.

Reto del tema. Escribe tres normas de seguridad para taladrar plástico en el taller y explica el accidente que evita cada una.

1. a) Primera norma y accidente que evita.

1. b) Segunda norma y accidente que evita.

1. c) Tercera norma y accidente que evita.

Se valorará que las tres normas sean distintas, que estén relacionadas con el uso del taladro y que cada accidente explicado tenga sentido con su norma.

Después de cortar metacrilato con la sierra, el borde queda con rebabas y aristas. Explica para qué se lima después de cortar, qué diferencia hay entre limar y lijar y en qué orden las usarías para dejar un borde suave y transparente.

Elige la técnica adecuada para cada encargo y justifícala pensando en la forma de la pieza y en la cantidad: (a) diez mil botellas de medio litro; (b) cincuenta bandejas para una maqueta; (c) tubos de riego de seis metros; (d) cien mil carcasas de mando a distancia.

La figura muestra el esquema del moldeo por inyección: la granza (pequeños gránulos de plástico) cae de la tolva y recorre una zona tapada antes de llenar el molde. La zona tapada está marcada con «?».

1. a) Explica qué le ocurre al plástico en la zona tapada.

1. b) Explica por qué el molde debe ser muy resistente.

1. c) Explica qué ventaja aporta fabricar así millones de piezas iguales.

Ordena los pasos para construir una caja de metacrilato en el taller y justifica por qué el limado va antes del pegado: unir las caras con adhesivo, medir y marcar sobre la lámina, cortar con la sierra, taladrar los agujeros previstos, limar los bordes, repasar el acabado.

La extrusión produce piezas «continuas» (se cortan a la longitud deseada) y la inyección, piezas «cerradas» con forma completa. Explica qué limitación tiene cada técnica y por qué no puedes hacer una botella solo por extrusión ni resulta viable un perfil de seis metros por inyección.

Un taller quiere fabricar solo tres prototipos de una carcasa. Explica por qué la inyección no es viable (el molde cuesta miles de pesos) y compara dos alternativas más sensatas para tan pocas unidades: impresión 3D o conformado al vacío sobre un molde sencillo.

Compara tres formas de unir piezas de plástico en el taller: adhesivo de contacto, cianocrilato y tornillos con tuerca. Indica una situación en la que elegirías cada una y explica cuándo interesa que la unión se pueda desmontar.

Reto del tema. Al taladrar una pieza de plástico a mucha velocidad, a veces la broca deja el material medio derretido y el agujero sale deformado.

1. a) Explica por qué ocurre este fenómeno. Relaciona en tu respuesta el movimiento de la broca, el calor que se genera y las propiedades del plástico.

1. b) Propón dos medidas concretas que se puedan aplicar al taladrar para evitar que el plástico se derrita y el agujero salga deformado.

Se valorará: que identifiques correctamente la causa (de dónde procede el calor y cómo responde el material), que las dos medidas sean distintas, realistas y estén relacionadas con esa causa, y que expliques brevemente por qué cada una de ellas ayuda.

Pista: piensa en qué ocurre cuando frotas dos superficies entre sí, y en qué pasa con la viruta si se queda dentro del agujero mientras la broca sigue girando.

El esquema relaciona cuatro técnicas con sus productos, pero falta uno.

Indica qué producto falta en la fila del soplado, explica por qué esa técnica es la adecuada para él (pieza hueca de pared fina) y describe con tus palabras cómo se obtiene.

Un estudiante en prácticas propone a una fábrica fabricar quinientos mil tapones con rosca mediante extrusión y quinientas mil pajitas para bebidas mediante moldeo por inyección, alegando que «ambas máquinas funden plástico e introducen polímero en una boquilla». Rebate técnicamente su propuesta: explica qué limitación geométrica impide fabricar los tapones por extrusión, por qué fabricar pajitas por inyección sería inviable en costes y tiempos frente a la extrusión continua, y cuál es la técnica correcta para cada producto.

Diseña el proceso completo de taller para fabricar un soporte para celular con una lámina de metacrilato: lista las fases en orden, la herramienta de cada una, el riesgo principal y la medida de seguridad correspondiente, formando una tabla de proceso.

Una empresa de catering encarga el diseño de mil bandejas de plástico reutilizables y sostenibles. El equipo de diseño debate entre dos opciones de termoconformado:

• Opción A: Lámina lisa de polipropileno de $2.5\ \text{mm}$ de grosor.

• Opción B: Lámina de polipropileno de $1.2\ \text{mm}$ de grosor con nervaduras geométricas de refuerzo en la base y reborde perimetral doblado.

Analiza y compara ambas opciones en cuanto a rigidez estructural, consumo de materia prima y gasto energético en el ciclo de calentamiento. Determina cuál es más sostenible para la serie de mil piezas y propón dos pautas concretas de taller para gestionar la merma o recorte sobrante tras el termoconformado.

Muchos envases de pilas utilizan el sistema blíster (una cúpula de plástico transparente pegada con calor a una base de cartón impreso).

1. Deduce qué proceso industrial de conformado se utilizó para fabricar la burbuja transparente y justifica por qué ese método es el idóneo para láminas de poco espesor.

2. Analiza los dos grandes problemas de este envase: la frustración/riesgo de corte del usuario al abrirlo y el impacto en la planta de reciclaje debido a la unión termosellada de dos materiales distintos.

3. Diseña una alternativa de envasado que proteja las pilas y permita ver el producto o sus datos, pero que facilite su apertura sin herramientas y garantice un reciclaje monomaterial o de fácil separación.

Debes cortar piezas rectangulares de $30\ \text{cm} \times 40\ \text{cm}$ a partir de planchas de poliestireno de $100\ \text{cm} \times 120\ \text{cm}$.

1. Un operario propone colocar todas las piezas en la misma orientación (por ejemplo, alineando los lados de $30\ \text{cm}$ sobre el de $100\ \text{cm}$). Calcula cuántas piezas caben y cuánta superficie se desperdicia con este método.

2. Diseña una distribución mixta (anidado combinando orientaciones en la misma plancha) que consiga un aprovechamiento del $100\ \%$ del material (cero merma). Dibuja o describe con medidas exactas cómo deben colocarse los bloques de piezas.

3. Explica por qué en la industria del plástico el anidado asistido por ordenador ahorra grandes cantidades de dinero y energía.

Una empresa debe elegir cómo fabricar la carcasa de un nuevo sensor y duda entre dos tecnologías:

• Opción 1 (Impresión 3D por deposición fundida): no requiere molde ($\$0$ de coste fijo inicial), pero cada carcasa cuesta $\$8.50$ de fabricar.

• Opción 2 (Moldeo por inyección): exige fabricar un molde de acero que cuesta $\$15,000$, pero el coste de inyección de cada carcasa es de solo $\$1.00$.

• Calcula a partir de cuántas unidades producidas empieza a ser más barata la inyección que la impresión 3D (umbral de rentabilidad o amortización del molde).

• Si la previsión de ventas es de $1,200$ carcasas el primer año y $1,800$ el segundo antes de rediseñar el modelo, ¿qué método de fabricación recomendarías financieramente? Justifica tu respuesta.

En una planta de inyección de componentes de automoción, se detecta que una serie de parachoques de polipropileno se rompe con facilidad en las pruebas de impacto. Al revisar la tolva de alimentación, descubren que el operario mezcló un $80\ \%$ de material triturado procedente de descartes con solo un $20\ \%$ de granza virgen, superando el límite del $15\ \%$ fijado por ingeniería.

1. Explica a nivel molecular (longitud de cadenas de polímero y degradación térmica) por qué un termoplástico pierde propiedades mecánicas cuando se tritura y refunde varias veces.

2. ¿Por qué es físicamente imposible aplicar este proceso de triturado y refundido a piezas de resina de poliéster o baquelita? Justifica tu respuesta explicando la estructura de enlaces químicos de los plásticos termoestables.

En el taller se han acumulado $25$ tiras sobrantes de metacrilato transparente de $3\ \text{mm}$ de espesor y medidas $5\ \text{cm} \times 20\ \text{cm}$.

Diseña un producto útil para el escritorio (por ejemplo: soporte para reglas, atril para notas, organizador de cables...) que aproveche al menos una de estas tiras sin generar apenas nuevo desperdicio.

1. Dibuja un croquis acotado del objeto indicando la posición de los cortes, taladros y líneas de doblado.

2. Describe la secuencia técnica de operaciones que debes seguir en el taller.

3. Explica el procedimiento térmico exacto para doblar la tira: qué herramienta se debe utilizar, en qué estado debe encontrarse el plástico antes de aplicar fuerza y cómo evitar que se queme o forme burbujas en la zona curvada.