Análisis Numérico en el Diseño de un Molde para Prótesis de Pie Empleando Herramientas de Diseño (CAD) e Ingeniería (CAE) Asistidas por Computador

Abstract

Este estudio tuvo como objetivo principal diseñar un molde de inyección para fabricar un prototipo de prótesis para pie usando herramientas de diseño asistido por computador (CAD, del inglés computer-aided design), y verificar, mediante el método de elemento finito, que el molde propuesto podría generar piezas que pudieran cumplir con su función de forma adecuada. La propuesta de pie protésico, desarrollada por el Grupo de Biomecánica de la Universidad Simón Bolívar conforma un bloque sólido de aproximadamente 400 de Polióxido de Metileno (POM), algo poco común en piezas plásticas inyectadas y que exige requerimientos particulares fuera de las normas convencionales para el diseño correcto de un molde de inyección. Esta pieza si no es enfriada correctamente podría sufrir serios problemas de contracción volumétrica, alabeo y presencia de rechupes, que van en detrimento de las propiedades mecánicas de la pieza y la calidad de la geometría esperada. Este trabajo, describe la metodología utilizada para modelar el comportamiento del molde diseñado durante el proceso de inyección del prototipo de prótesis de pie por aproximación numérica. El diseño del conjunto de piezas que constituyen el molde y su ensamblaje se realizaron con la herramienta CAD comercial Solidworks 2010, y su estudio se ejecutó bajo un modelo tridimensional de elementos tetraédricos empleando la herramienta comercial de ingeniería asistida por computador (CAE, del inglés computer-aided engineering) Autodesk Moldflow 10. Se propuso un molde para inyectar una sola prótesis a la vez. El diseño final consta de un sistema de alimentación con entrada directa desde el bebedero y un sistema de refrigeración formado por canales pasantes y en forma de “U”, con un diámetro entre 15 y 20 mm, y una distancia del centro de los canales hasta las paredes del molde de inyección de 0.8 veces el diámetro del canal. Adicionalmente se colocaron dos sistemas de refrigeración internos, dada la complejidad geométrica de la prótesis. Se presentan resultados de tiempo de llenado de la cavidad del molde, tiempo de ciclo, contracción volumétrica, alabeo y rechupe de la pieza inyectada y se discuten en contraste con las recomendaciones que reporta la bibliografía técnica tradic
ional, las cuales son usualmente para la inyección de piezas de pared delgada. Finalmente, se propone una metodología para el diseño de moldes de inyección para piezas plásticas sólidas y gruesas.