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Fabricación de piezas de vidrio mediante la ruta de procesado de moldeo por inyección de polvos

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2009-10
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2009
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En el presente Proyecto Fin de Carrera se ha llevado a cabo un estudio para determinar la posibilidad de utilizar la ruta de procesado denominada moldeo por inyección de polvos (PIM) como técnica de fabricación de piezas de vidrio. A su vez, se ha comprobado si es factible reciclar los botes de vidrio que se utilizan comúnmente en la industria alimentaria mediante este procedimiento. Con este objetivo, se han analizado y optimizado cada uno de los pasos necesarios para la fabricación de piezas de vidrio mediante moldeo por inyección de polvos. Durante la evaluación del proceso se han empleado las siguientes técnicas de caracterización: calorimetría diferencial de barrido (para observar las transformaciones de fase que sufre el polvo de vidrio con la temperatura), microscopía electrónica de barrido (para el estudio microestructural tanto del polvo de vidrio como de las piezas sinterizadas), y finalmente, se midió la densidad y contracción de las piezas obtenidas. En una primera etapa se seleccionaron los parámetros idóneos para la fabricación del polvo de vidrio mediante molienda de botes de vidrio de uso alimentario. A continuación, el polvo fue mezclado con un sistema ligante adecuado que actúa como vehículo para la inyección del polvo molido de vidrio. Antes de la inyección es necesario establecer la proporción óptima de polvo y ligante, para ello se preparan mezclas con distintas proporciones de ambos constituyentes y se estudia su viscosidad. La mezcla polvo-ligante que presenta mejores características se prepara en mayor cantidad (“feedstock”) y sirve de base para la inyección de piezas. A continuación, se procedió al diseño del ciclo de inyección más adecuado para obtener piezas con una geometría específica determinada por el molde empleado. El siguiente paso fue la eliminación del ligante presente en las piezas. Este proceso se llevó a cabo mediante dos técnicas complementarias: eliminación de la fracción soluble del sistema ligante con disolventes y degradación térmica del resto. Una vez eliminado el ligante de las piezas, se inició la fase de sinterización, en la cual las piezas densifican al ser sometidas a altas temperaturas. A mayor densificación de las probetas, se produce una contracción más importante en estas lo que suele ir unido a un incremento de la densidad del compacto.______________________________________________________
In the present project it has been carried out a study of the powder injection moulding process for manufacturing glass articles. This process has been developed to determine the possibility of recycling glass bottles using this method. Regarding this point, it is studied how to prepare shaped components with this technique, analyzing and optimizing each step. During the optimization of the process there were used several characterization techniques: differential scanning calorimetry (DSC) to observe phase changes with the temperature, scanning electron microscopy for the micro structural study, and finally is was measured the density and the shrinkage of the parts. In the first stage, it is necessary to select what are the suitable parameters for manufacturing the glass powder. It is mixed with a suitable binder system that is used as a vehicle to inject the milled powder. Once the optimum powder content of the powderbinder mixture is determined, the feedstock is prepared and injection moulded. Next, the best injection cycle is designed, and parts with the specific geometry of the mold are fabricated. The following step is called debinding in which the binder of the parts is removed. This is carried out using two different techniques: solvent debinding and thermal degradation. Finally, once the binder is removed from the parts, they are sintered at high temperatures to remove the porosity and improving the mechanical properties of the material. This densification is usually linked to a significant shrinkage of the pieces.
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Keywords
Moldeo por inyección de polvos, Materiales compuestos, Tecnología de fabricación, Vidrio
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