En la producción a gran escala de envases de plástico, los costes de las materias primas representan entre el 60% y el 70% del gasto total de producción. Al utilizar máquinas de termoformado de plástico de uso industrial, cada milímetro de lámina de plástico que queda en el esqueleto de desecho tras el corte supone una pérdida de beneficios que se escapa directamente de la planta de producción.
Aunque los sistemas de reciclaje permiten triturar los esqueletos de desecho y volver a extruirlos en gránulos, este proceso consume una cantidad considerable de energía, degrada las propiedades del material y aumenta los costes de mano de obra. La forma más eficaz de proteger los márgenes de beneficio es eliminar los residuos en origen: mediante la optimización de la disposición de los moldes (optimización de la distribución).
Esta guía técnica ofrece un análisis en profundidad de los principios matemáticos que subyacen al diseño de los moldes, las estrategias avanzadas de anidamiento adaptadas a diversas geometrías de productos y cómo las configuraciones de los equipos —desde máquinas de una sola estación hasta sistemas de conformado a presión de varias estaciones— determinan las soluciones de diseño de los moldes.
La importancia del diseño del molde supera con creces lo que puedas imaginar.
Durante el proceso de termoformado, el exceso de material (desperdicio) se recorta una vez que la lámina de plástico se ha calentado y moldeado; este desperdicio suele desecharse o triturarse para su reciclaje. Una separación inadecuada entre los moldes aumenta la superficie de las nervaduras de unión entre las cavidades, material que, en última instancia, se convierte en desperdicio. Una optimización deficiente de la disposición puede aumentar la tasa de desperdicio entre un 8 y un 12% en comparación con una disposición bien diseñada.
El principio básico es sencillo: distribuir el mayor número posible de cavidades dentro del área de moldeo disponible sin comprometer la calidad del producto.
Sin embargo, esto conlleva ciertas compensaciones. Si las cavidades se disponen demasiado juntas, puede producirse la formación de puentes (conexiones de plástico finas no deseadas entre los productos) o un espesor de pared irregular, mientras que un espaciado excesivo supone un desperdicio de material. Encontrar el equilibrio óptimo requiere conocer tanto la geometría del producto como los límites de rendimiento de la máquina.
Principios de diseño de moldes aplicables a diversos modelos
Principio 1: Comprender las características geométricas de los moldes macho y hembra.
El tipo de cavidad del molde que se utilice —macho (tapón) o hembra (cavidad)— influye en la distribución del espesor de las paredes y en la precisión de la separación entre cavidades.
Los moldes hembra (en los que la chapa se embute en un molde cóncavo) suelen producir paredes más finas en la parte inferior y más gruesas en los bordes. Dentro de los límites de las restricciones mecánicas, las cavidades de los moldes hembra suelen poder disponerse muy próximas entre sí.
Las cavidades de los moldes macho (en las que la lámina se coloca sobre un molde en relieve) producen las paredes más gruesas en la parte superior, y el grosor va disminuyendo gradualmente a lo largo de las paredes laterales. En este tipo de cavidad es necesario mantener una distancia precisa entre centros para evitar la formación de “pliegues” (cuando la lámina se pliega y se pega a sí misma) y un adelgazamiento excesivo de las paredes laterales.
La fórmula para calcular la distancia mínima entre centros de las cavidades del molde macho es: > D = A + [L – 2(F × tan E)]
Regla n.º 2: Utiliza una disposición en línea recta para mejorar la eficiencia del recorte.
Aunque la disposición escalonada de las piezas triangulares puede mejorar el aprovechamiento del material, en el caso de la mayoría de las cavidades poligonales o circulares, una **disposición lineal** resulta más ventajosa para simplificar el proceso de recorte. Si bien este enfoque puede suponer cierto sacrificio en cuanto al aprovechamiento del material, reduce significativamente los costes de mano de obra y simplifica la operación de recorte.
Regla 3: Ten en cuenta el efecto de la guía de cadena.
Los bordes de la zona de conformado —especialmente cerca de las guías de cadena que se utilizan para transportar la chapa— presentan características de calentamiento diferentes debido a la pérdida de calor hacia las cadenas metálicas. Si la cavidad del molde se coloca demasiado cerca del borde, puede producirse un conformado incompleto. Es fundamental dejar un margen adicional en los bordes, que suele oscilar entre 50 y 100 mm (dependiendo del equipo concreto).
Diseño de moldes para máquinas de termoformado de presión positiva/negativa con múltiples estaciones
Las máquinas de termoformado de presión positiva y negativa de varias estaciones representan lo último en tecnología en este mercado. Estas máquinas combinan la presión positiva (aplicada desde arriba) y la succión al vacío (aplicada desde abajo) para dar forma a productos con un espesor de pared uniforme y geometrías complejas.
Ventajas clave del diseño: El sistema de doble presión permite reducir la distancia entre cavidades, ya que el moldeado asistido por tapón y el moldeado por presión pueden hacer que el material penetre en esquinas más estrechas y cavidades más profundas sin crear nervaduras de unión excesivas. En comparación con el moldeado al vacío estándar, el moldeado por presión positiva y negativa puede reducir el adelgazamiento del material hasta un 20%.
Aspectos a tener en cuenta en la disposición de este tipo de equipos:
Plataforma de moldes en forma de T: Muchas máquinas modernas de múltiples estaciones cuentan con un diseño de plataforma en forma de T que permite cambiar rápidamente los moldes. Esta flexibilidad permite alternar entre diferentes configuraciones de cavidades sin que se produzcan tiempos de inactividad significativos.
Velocidad máxima y número de cavidades: las máquinas de termoformado de presión positiva y negativa de 4 estaciones pueden funcionar a velocidades de entre 40 y 50 ciclos por minuto. A estas velocidades, el ahorro de material que se consigue al añadir una sola cavidad por fila se acumula de forma significativa. En el caso de los envases de paredes finas, hay que sopesar si acortar los tiempos de ciclo (aumentando el número de cavidades) o reducir los desechos (reduciendo el espacio entre cavidades) ofrece un mejor retorno de la inversión (ROI).
Ejemplo práctico: Al fabricar envases redondos de 200 mm de diámetro en una termoformadora de 3 estaciones de SIVITE MACHINERY, la optimización de la disposición de las cavidades—pasando de una disposición escalonada a una lineal y optimizando la distancia entre centros— redujo la tasa de desechos de 22% a 14%, lo que supuso un ahorro de material de aproximadamente 85 kg por turno.
Proceso paso a paso para optimizar el diseño del molde
A continuación te presentamos un procedimiento práctico para cualquier operario de máquinas de termoformado de plástico:
Paso 1: Mide el área de moldeado
Toma las dimensiones exactas de tu estación de conformado (la “mesa de moldeo”). Ten en cuenta los espacios libres en los bordes (riel de cadena, guías, etc.).
Paso 2: Calcular la superficie ocupada por la pieza
Determina las dimensiones máximas de cada cavidad, incluidos los ángulos de desmoldeo. Recuerda que la huella de la pieza en la base difiere de la de la parte superior.
Paso 3: Prueba varias configuraciones de diseño
Utiliza un programa de CAD o incluso papel milimetrado. Prueba:
Filas rectas (ideales para recortar)
Filas escalonadas (pueden mejorar el aprovechamiento de la superficie)
Patrones anidados (para formas triangulares o irregulares)
Paso 4: Calcular el porcentaje de desperdicio
Para cada diseño:
Residuo % = (Área de la chapa – (Área de la cavidad × Número de cavidades)) / Área de la chapa
Paso 5: Realizar una prueba
Realiza una pequeña prueba, mide el grosor de la pared, comprueba que no haya rebabas ni desgarros y ajusta la separación según sea necesario.
Recomendaciones
La optimización de la disposición del molde en las máquinas de termoformado de plástico es una de las formas más rentables de reducir el desperdicio de material. Aunque los principios básicos —un ajuste preciso de la cavidad, la consideración de las geometrías de los moldes macho y hembra, y la atención al efecto «chain-track»— son universales, cada tipo de máquina tiene sus propias limitaciones y ventajas específicas.
Las máquinas de una sola estación ofrecen un excelente control del proceso, aunque el aprovechamiento del material puede verse algo mermado debido a los requisitos de sujeción.
Las máquinas de termoformado al vacío multiestación logran un equilibrio entre velocidad y flexibilidad, respetando unas directrices de espaciado más conservadoras.
Las máquinas de conformado por presión/vacío de múltiples estaciones representan el referente en cuanto al equilibrio entre velocidad y aprovechamiento del material, lo que permite un llenado de la cavidad lo más compacto posible.
Empieza por diseñar una disposición que permita realizar ajustes; a continuación, lleva a cabo pruebas, mide los resultados y repite el proceso de forma continua. Con el enfoque adecuado, puedes reducir las tasas de desechos entre un 8 y un 15%, un ahorro que se traduce en importantes beneficios.
