Probablemente haya utilizado decenas de productos extruidos hoy en día sin siquiera darse cuenta. ¿Ese tubo de plástico debajo de tu fregadero? Extruido. ¿El marco de la ventana por el que acabas de pasar? Probablemente extruido. Incluso la pasta que comiste en el almuerzo pasó básicamente por el mismo proceso, solo que con diferentes materiales.
La idea básica
La extrusión funciona forzando el material a través de una abertura con forma.-Piense en ello como exprimir pasta de dientes de un tubo, excepto que el tubo se calienta y la "pasta de dientes" sale como una longitud continua de cualquier forma que tenga la abertura. El troquel (así es como llamamos la abertura moldeada) determina el aspecto del producto final.
Lo que hace que todo esto funcione es la presión y el calor. Se toma materia prima, generalmente en forma de gránulos o polvo, se calienta hasta que esté lo suficientemente suave como para moverse y luego se empuja a través del troquel. Concepto simple, pero la ejecución se complica rápidamente.
Por qué a los plásticos les encanta este proceso
La extrusión de plástico despegó porque resuelve un problema con el que seguían encontrándose los fabricantes: ¿cómo se pueden fabricar piezas largas y consistentes sin tener que moldear cada sección por separado?
La extrusora de tornillo lo cambió todo. Imagínese un sacacorchos gigante dentro de un barril calentado.-Ese tornillo hace tres trabajos a la vez. Mueve el plástico hacia adelante, lo derrite mediante fricción y calor del barril, y mezcla todo hasta obtener una consistencia uniforme. Las máquinas de un solo-tornillo manejan la mayoría de los trabajos que encontrará, aunque existen configuraciones de doble-tornillo para materiales más complicados.
Esto es lo que realmente sucede en el interior: los gránulos sólidos caen en la tolva, la gravedad los alimenta al tornillo y luego la física toma el control. La rotación del tornillo crea fuerzas de corte que, combinadas con elementos calefactores externos, convierten esos gránulos duros en masa fundida. Cuando el material llega al troquel, es un líquido homogéneo listo para darle forma.
La materia prima entra, el producto sale
La sección de alimentación recoge los pellets. La sección de compresión los funde y presuriza. La sección de medición controla el caudal y garantiza la consistencia. Cada zona tiene un trabajo y el control de la temperatura en cada una es más importante de lo que la mayoría de la gente piensa.
Más allá del plástico
Claro, hablamos mucho de extrusión de plástico porque domina el mercado, pero la técnica también funciona con metales. La extrusión de aluminio, por ejemplo, utiliza básicamente el mismo principio: calentar el tocho y empujarlo a través de un troquel bajo una presión inmensa. El acero es más difícil de extruir debido a las temperaturas involucradas, pero ya está hecho.
La cerámica se extruye. Productos alimenticios obviamente. Incluso algunas aplicaciones farmacéuticas utilizan la extrusión para crear sistemas consistentes de administración de medicamentos. La idea central se traduce sorprendentemente bien en todos los materiales, aunque cada material trae sus propios dolores de cabeza.
La economía tiene sentido
A los fabricantes les encanta la extrusión porque una vez que se ha fabricado el troquel y se ha configurado el proceso, se puede ejecutar de forma continua. No hay que esperar a que los moldes se enfríen y se abran como ocurre con el moldeo por inyección. Sin limitaciones de lotes como ocurre con el termoformado.
Los costos de instalación no son triviales-los troqueles pueden ser costosos, especialmente para perfiles complejos-pero el costo por-unidad cae rápidamente cuando se fabrican miles de pies de producto. Por eso se ven perfiles extruidos en todas partes en la construcción y las infraestructuras.
Donde la tecnología sigue avanzando
Las extrusoras modernas apenas se parecen a sus antepasadas de hace cincuenta años. Los controles por computadora monitorean las temperaturas del barril en múltiples zonas y se ajustan en tiempo real-. Los diseños de tornillos se han vuelto sofisticados-tornillos de barrera, secciones de mezcla y zonas de alimentación ranuradas. La gente ha dedicado su carrera a optimizar la geometría de los tornillos únicamente.
La co-extrusión permite combinar diferentes materiales en capas a medida que se extruyen, lo que abre posibilidades para productos con propiedades superficiales diferentes a las de su núcleo. Esto se ve mucho en los envases de alimentos-tal vez una capa de barrera intercalada entre capas estructurales.
El factor de flexibilidad
¿Quieres cambiar lo que estás haciendo? Cambia el dado. Obviamente, esto es una simplificación excesiva-es posible que necesite ajustar las temperaturas, la velocidad del tornillo y las velocidades de enfriamiento-pero el cambio fundamental es más simple que reequipar una configuración completa de moldeo por inyección.
La extrusión de película soplada toma el proceso básico y agrega presión de aire para crear láminas delgadas. La extrusión de tuberías agrega un mandril para crear el centro hueco. La extrusión de perfiles puede crear secciones transversales- increíblemente complejas que serían difíciles o imposibles de realizar de otra manera. Misma máquina básica, diferentes equipos posteriores.
La versatilidad del material también ayuda. Polietileno, polipropileno, PVC, poliestireno-todos se extruyen, aunque cada uno requiere condiciones de procesamiento diferentes. Algunos necesitan más calor, otros menos. Algunos requieren diseños de tornillos especiales. Pero el proceso fundamental les da cabida.
Desafíos del control de calidad
Obtener resultados consistentes no es automático. El hinchamiento del troquel ocurre cuando el material sale del troquel y se expande ligeramente. Las variaciones de temperatura provocan cambios dimensionales. Las velocidades de enfriamiento afectan la cristalinidad en los polímeros semi-cristalinos, lo que afecta las propiedades.
Los operadores dedican mucho tiempo a monitorear el espesor, observar defectos en la superficie y verificar tolerancias dimensionales. Los micrómetros láser ahora pueden medir continuamente, enviando datos al sistema de control para realizar ajustes automáticos. Aún así, la experiencia importa. Saber cuándo algo anda mal observando el flujo de fusión o escuchando un cambio en el motor de accionamiento-que se produce por el tiempo en el piso.
El proceso de extrusión no es glamoroso, pero es fundamental para la fabricación moderna. Al caminar por cualquier edificio o mirar la mayoría de los productos de consumo, se ven componentes extruidos por todas partes. La tecnología sigue evolucionando, pero esa idea central: -empujar material blando a través de un agujero con forma-sigue siendo tan eficaz ahora como cuando se puso de moda hace décadas.