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Fabricación de prototipos de plástico: 4 técnicas clave de creación de prototipos

Explore técnicas de vanguardia para la creación de prototipos de plástico con Hi-Top Industrial, transformando sus ideas innovadoras en prototipos tangibles y de alta calidad para el desarrollo exitoso de productos.
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Prototipos de plástico

Prototipos de plastico Se presentan como hitos esenciales en el viaje del desarrollo de productos. Unen el mundo abstracto del diseño con la realidad tangible de un producto físico. Los diseñadores e ingenieros pueden explorar la estética, la funcionalidad y la capacidad de fabricación mediante la construcción de modelos que se asemejen mucho a los productos terminados.

¿Que aprenderás?

Este blog se adentra en el ámbito de la fabricación de prototipos de plástico y explora cuatro técnicas fundamentales que revolucionan la forma en que los inventores y las empresas conciben y realizan sus productos innovadores. Cada método contribuye de manera única a transformar ideas en prototipos viables, preparando el escenario para procesos de fabricación exitosos.

¿Qué es la creación de prototipos de plástico?

La creación de prototipos de plástico es la creación de primeros modelos de productos utilizando plástico. Los diseñadores utilizan prototipos para ver sus ideas y probar si funcionan correctamente. También pueden encontrar problemas en las primeras etapas del proceso de diseño. Hacer prototipos es rápido y asequible, lo que ayuda a mejorar el producto.

Importancia de la creación de prototipos de plástico en el desarrollo de productos:

Es esencial para el diseño y la ingeniería de productos. Comprueba si las piezas tienen la forma adecuada, encajan y funcionan correctamente. Esto reduce errores posteriores que podrían costar mucho corregir. Además, los prototipos ayudan a mostrar nuevos productos a personas que podrían invertir o comprarlos. Además, podrás obtener valiosas opiniones sobre tus diseños.

Importancia de las fases de prueba: EVT, DVT y PVT:

  • Pruebas de Validación de Ingeniería (EVT): Garantiza que el diseño funcione bien y que todas las piezas funcionen como deberían. Usamos herramientas más suaves y una línea de fábrica falsa para fabricar unidades de prueba.
  • Pruebas de validación de diseño (DVT): Comprueba que podemos fabricar gran cantidad del producto sin problemas y que cumple con todas sus necesidades en cuanto a su funcionamiento y apariencia. Usamos herramientas más complejas para esta parte porque se trata de prepararnos para hacer lotes a la vez.
  • Pruebas de Validación de Producción (PVT): El último control antes de fabricar muchos productos. Garantiza que podamos seguir fabricando productos de buena calidad y seguir adelante.

La creación de prototipos de plástico nos ayuda a determinar si los diseños de nuestros productos son buenos en cada paso antes de fabricar cantidades significativas de ellos.

Papel de los prototipos en la presentación de ideas a inversores y pruebas de mercado:

Los prototipos son esenciales a la hora de presentarlos a los inversores y probar el mercado. Hacen que los conceptos de producto sean reales para los inversores, mostrando cómo el producto puede resolver problemas. Un prototipo robusto muestra funcionalidad y valor, convenciendo a los inversores del potencial de un proyecto.

Para los emprendedores, los prototipos añaden peso a sus presentaciones. Permiten que los fundadores expliquen mejor sus productos y aborden las preguntas de los inversores. Esto hace que los prototipos sean una parte crucial para ganar inversiones.

  • Pruebas de mercado:

Los prototipos también son valiosos en las pruebas de mercado. Recopilan comentarios de los usuarios y resaltan los defectos de diseño antes del lanzamiento. Esto mejora la experiencia del usuario y ahorra tiempo y dinero. Al realizar pruebas con usuarios reales, las empresas obtienen datos que dan forma al producto final para satisfacer las necesidades de los clientes.

¿Qué aspectos hay que considerar antes del desarrollo de prototipos de plástico?

Un modelo de diseño asistido por ordenador (CAD) es un requisito previo para desarrollar un prototipo de plástico. Representa digitalmente el producto final, indicando cómo las piezas se interconectan y funcionan. CANALLA Los modelos permiten la visualización, simulación y modificación del diseño antes de la creación de prototipos. Estos modelos son indispensables ya que permiten a los diseñadores examinar y optimizar elementos de diseño como la resistencia y la funcionalidad antes de la configuración de la producción.

Tipos de prototipos: visuales, funcionales de etapa intermedia, de alta resolución:

Es fundamental reconocer qué tipo de prototipo es necesario:

  • Prototipos visuales: Ofrecen una representación visual crucial del artículo que se está desarrollando. En esta fase no se prioriza la resistencia del material ni la calidad del acabado.
  • Prototipos funcionales: Estos abordan si el producto funcionará según lo previsto. A menudo exigen métodos de fabricación más precisos que reflejen la materialidad y las características del producto final.
  • Prototipos de alta resolución: La forma más elaborada de prototipos que emulan fielmente el producto terminado, adecuado para evaluaciones finales o marketing, que requiere materiales superiores y técnicas de fabricación refinadas.

Otras Consideraciones:

Antes de avanzar con el desarrollo, reflexione también sobre estos puntos:

  • La intención del prototipo puede guiar su creación; por ejemplo, podría someterse a pruebas prácticas por parte de posibles usuarios o utilizarse en iniciativas promocionales.
  • Selección de materiales impacta múltiples aspectos, incluida la funcionalidad, la estética y la huella ambiental.
  • El presupuesto es fundamental; Los diferentes métodos de creación de prototipos tienen costos variables, que a veces disminuyen significativamente a mayores volúmenes.
  • Los plazos de producción afectan la elección del método; Técnicas específicas permiten una respuesta rápida en un día, mientras que otras podrían extenderse hasta semanas.

Comprender todos estos factores orientará las elecciones con respecto a los métodos para la creación de prototipos y, al mismo tiempo, mantendrá en primer plano los requisitos específicos del proyecto.

¿Cuáles son las cuatro técnicas clave de creación de prototipos?

En el dinámico campo del desarrollo de prototipos, elegir la técnica adecuada para creación rápida de prototipos es vital para la eficacia y la precisión. Exploremos cuatro técnicas esenciales de creación de prototipos, cada una de las cuales ofrece beneficios y consideraciones únicos diseñados para transformar diseños conceptuales en prototipos plásticos robustos y comprobables.

  1. Fabricación Aditiva: Impresión 3D:
creación de prototipos 3D

Fabricación aditiva, o Impresión 3d, construye objetos capa por capa. Esto contrasta con las tácticas de fabricación sustractiva que eliminan productos de bloques de material sólido. El enfoque en capas de la impresión 3D permite formas geométricamente sofisticadas con potencialmente menos material que los métodos tradicionales. Ofrece creación de prototipos más rápida, capacidades de personalización, integración funcional y menores costos de herramientas en las primeras etapas.

Tipos de tecnologías de impresión 3D:

  • Modelado por deposición fundida (FDM):

FDM emplea un filamento termoplástico que fluye desde un carrete a través de un cabezal extrusor de impresión calentado que coloca capas intrincadas del material para formar un objeto. Simplificó la producción mediante costos más bajos y plazos de entrega reducidos en comparación con los flujos de trabajo convencionales.

  • Estereolitografía (SLA):

SLA, una técnica basada en resina, utiliza láseres o proyectores para solidificar la resina líquida en plástico duro. Su punto fuerte radica en la fabricación de piezas detalladas y herméticas con materiales avanzados.

  • Sinterización selectiva por láser (SLS):

SLS utiliza láseres para sinterizar sustancias en polvo en estructuras sólidas. Armado con la posibilidad de crear prototipos robustos y productos finales rápidamente y a bajo costo, es particularmente adecuado para moldear patrones.

Ventajas de la impresión 3D:

  • Flexibilidad de diseño: La impresión 3D destaca por generar formas intrincadas que son inalcanzables por medios tradicionales.
  • Creación rápida de prototipos: La tecnología acelera significativamente las pruebas iterativas al producir prototipos rápidamente.
  • Reducciones de costos: Particularmente ventajoso para tiradas limitadas o piezas complejas; Proporciona alternativas más baratas que las metodologías más antiguas.
  • Respetuoso del medio ambiente: Los métodos aditivos inherentemente desperdician menos material, lo que mejora las credenciales de sostenibilidad.
  • Producción Localizada: Las piezas se pueden fabricar precisamente cuando se necesitan, lo que reduce las demandas de almacenamiento y transporte.

Desventajas de la impresión 3D:

A pesar de los numerosos aspectos positivos, también presenta algunos inconvenientes:

  • Restricciones de velocidad: La impresión de artículos grandes o complejos requiere mucho más tiempo que los procesos tradicionales.
  • Opciones de materiales restringidas: La variedad de materiales disponibles no es tan extensa como la de técnicas más establecidas.
  • Costos de inversion: Las máquinas de alta calidad implican inversiones iniciales notables a pesar de que los costos generales disminuyen con el tiempo.
  • Preocupaciones estructurales: La construcción capa por capa puede hacer que las piezas deban ser más resistentes que las fabricadas tradicionalmente.
  • Carga de trabajo posterior a la fabricación: Los acabados deseados en los objetos impresos pueden requerir un procesamiento adicional, lo que implica tiempo y gastos adicionales.
  1. Fabricación sustractiva: Mecanizado CNC:

El mecanizado CNC (control numérico por computadora) resta material de un bloque sólido para fabricar piezas. Utiliza computadoras para guiar herramientas, cortando formas complejas y precisas. Este método se adapta a varios campos como el automotor, el aeroespacial y el médico. maquinas cnc trabajar con precisión con muchos materiales.

Proceso de creación de prototipos CNC:

Proceso de creación de prototipos CNC
  • Diseño y modelo CAD: El proceso comienza convirtiendo un dibujo CAD 2D o 3D en código de máquina.
  • Programación: Este código, conocido como código G, gestiona las funciones de la máquina, como la velocidad de movimiento.
  • Configuración: Se preparan herramientas y materiales para el trabajo específico en la máquina CNC.
  • Ejecución de prueba: Una prueba garantiza que no haya errores en la codificación antes de que comience la producción total.
  • Mecanizado: Siguiendo las instrucciones, la máquina retira material para crear la pieza.
  • Refinamiento: La pieza también podría recibir un acabado adicional, como lijado.

Ventajas:

  • Precisión y exactitud: Las piezas salen muy precisas con tolerancias ajustadas mediante mecanizado CNC.
  • Consistencia: Produce muchas piezas que lucen y funcionan exactamente iguales.
  • Velocidad: Este método suele funcionar más rápido que otras formas de crear prototipos para piezas complicadas.
  • Versatilidad de materiales: Puede dar forma a muchos materiales diferentes, desde plástico hasta metal.
  • Personalización: Los diseños que son demasiado complejos para otros métodos funcionan bien aquí.

Limitaciones:

  • Costo: Empezar a utilizar equipos precisos puede resultar caro.
  • Limitaciones de tamaño: El tamaño de las piezas que puede fabricar puede estar limitado por el tamaño de su maquinaria.
  • Desperdicio de materiales: Dado que se necesita material para fabricar cosas, a menudo quedan residuos, lo que significa que los recursos no se utilizan por completo en comparación con los métodos aditivos.
  • Tiempo de configuración: La configuración requiere más tiempo si no estás haciendo muchas piezas simultáneamente.

El mecanizado CNC es excelente para prototipos detallados y productos finales porque puede utilizar varios materiales para crear diseños complejos. Aún así, se debe considerar su costo inicial y el uso de materiales al decidir cómo hacer prototipos.

  1. Fundición al vacío:
Fundición al vacío

La fundición al vacío o de uretano fabrica piezas de plástico o metal en pequeñas cantidades. Se hace un molde a partir del diseño original y en él se inyecta plástico líquido o metal. El uso de una aspiradora garantiza que no queden burbujas de aire, lo que significa que cada pieza se ve bien y mide con precisión.

Proceso de fundición al vacío:

fundición al vacío sigue estas etapas:

  1. Construcción de modelos maestros: Primero, hacemos un modelo maestro mediante impresión 3D o mecanizado CNC.
  2. Creación de moldes: Se forma un molde de silicona alrededor del modelo maestro. Se abre para retirar el modelo y está equipado con puertas y ventilaciones para el siguiente paso.
  3. Fundición: Vertemos plástico líquido o metal en el molde al vacío para evitar burbujas.
  4. Curación: El molde lleno pasa a una habitación calentada para solidificarse. Cuando esté listo, podremos sacar la pieza terminada.
  5. Refinamiento: Retiramos el exceso de material de donde se vertió el líquido (compuertas) y alisamos los toques finales.

Aplicaciones:

Diferentes campos utilizan la fundición al vacío porque es precisa y puede crear funciones complejas:

  • La industria aeroespacial construye componentes vitales como conductos de aire e incluso algunas piezas que verías en el exterior de un avión.
  • El sector de bienes de consumo. fabrica artículos detallados como juguetes o artículos deportivos.
  • La industria de alimentos y bebidas lo utiliza para crear prototipos de envases, desde botellas hasta latas.
  • El campo de la electrónica fabrica carcasas para dispositivos como teclados, cargadores y más.

Ventajas:

Éstos son algunos de los beneficios de utilizar la fundición al vacío:

  • Alta calidad: Replica excelentemente los detalles finos del modelo maestro.
  • Rápido: Ofrece resultados más rápido que muchos métodos de fabricación; esto hace posible la creación rápida de prototipos.
  • Ahorro de costes: Generalmente es más económico que el mecanizado CNC o el moldeo por inyección, ya que está diseñado para menos piezas.
  • Materiales versátiles: Puede trabajar con diferentes plásticos, cauchos y resinas.

Limitaciones:

Sin embargo, también existen desventajas:

  1. Los moldes se desgastan después de 25 a 50 usos y se vuelven menos precisos.
  2. Puede que esto no sea ideal para requisitos de precisión extremadamente altos; otras técnicas funcionan mejor en este caso.
  3. Diseñado principalmente para elaborar lotes más pequeños en lugar de producción en masa, por lo que no es excelente si buscas producir lotes a la vez.
  4. Aunque son excelentes para imitar las propiedades de los plásticos en sus productos finales, los metales no funcionan porque necesitan temperaturas más altas que las que los moldes de silicona no pueden soportar durante la fundición.

4. Método de formación: moldeo por inyección

Método de conformado, moldeo por inyección

El moldeo por inyección destaca por su capacidad para fabricar prototipos plásticos precisos, especialmente a granel. Consiste en inyectar plástico fundido en un molde para que se enfríe y luego expulsar la forma final. Este método está dirigido a sectores que necesitan una precisión estricta, como las industrias médica y aeroespacial.

Proceso de moldeo por inyección para creación de prototipos:

Proceso de moldeo por inyección para creación de prototipos
  1. Diseñando la pieza: Inicialmente, los diseñadores redactan un modelo CAD que refleja los requisitos de moldeo por inyección, incluidos ángulos específicos y espesores de pared.
  2. Creando el molde: Dependiendo de las necesidades del prototipo, los moldes se elaboran a partir de aluminio o acero variantes.
  3. Moldura: El material plástico se calienta hasta que se funde y se inyecta con fuerza en el molde preparado.
  4. Enfriamiento y eyección: La pieza se libera después de enfriarse dentro del molde y solidificarse.

Ventajas:

  1. Alta producción eficiente: Después de la creación del molde, el moldeo por inyección facilita una producción rápida que es favorable para demandas de volumen medio a alto.
  2. Alta precisión: La técnica proporciona una precisión incomparable para aplicaciones con estrictos requisitos dimensionales.
  3. Versatilidad de materiales: El moldeo por inyección se adapta a numerosos tipos de plástico, ofreciendo adaptabilidad en las características del prototipo.
  4. Menor riesgo conceptual: La utilización de aluminio o metales blandos similares para los moldes de prototipos permite facilitar el mecanizado y los ajustes, lo que disminuye el riesgo durante la fase de concepto.
  5. Eficiencia de tiempo: Al superar la velocidad de mecanizado en más de 40%, el moldeo por inyección ofrece resultados oportunos.

Limitaciones:

  1. Alto costo inicial: Los moldes especializados encarecen la inicialización dentro de este proceso.
  2. Restricciones de diseño: Los diseños de piezas moldeadas por inyección deben alinearse con las capacidades de procesamiento y evitar secciones demasiado grandes o gruesas que desafíen el flujo de plástico y los parámetros de enfriamiento.
  3. Modificaciones de diseño costosas: Las alteraciones post-producción de moldes pueden ser excesivas debido a la posible reelaboración de moldes.
  4. No apto para producción de bajo volumen: Los costos iniciales lo hacen menos beneficioso para series de producción a pequeña escala.

Para resumir, moldeo por inyección Ofrece eficiencia en la producción rápida de múltiples prototipos precisos, pero requiere la consideración de su costo inicial y las limitaciones de diseño relevantes para las escalas de producción previstas.

¿Qué método deberías elegir?

La selección de un método de fabricación para crear prototipos de plástico depende del uso previsto del prototipo, la complejidad del diseño, la cantidad de producción y el costo.

  1. Aplicación del Prototipo:

La finalidad del prototipo dicta la técnica de fabricación más adecuada:

  • Impresión 3D (Fabricación Aditiva): Bueno para creación rápida de prototipos y diseños complejos. Ideal para texturas únicas.
  • Mecanizado CNC (Fabricación Sustractiva): Lo mejor para tolerancias precisas y detalles intrincados. Ofrece más control sobre roscas, socavados, tolerancias, tamaños y acabados.
  • Fundición al vacío: Produce prototipos de alta calidad casi finales. Ideal para evaluaciones finales y presentaciones.
  • Moldeo por inyección (método de formación): Se adapta a la creación de prototipos de gran volumen a pesar de los mayores costos de moldeo.
  1. Complejidad del diseño:

Los diseños complejos pueden limitar las opciones de fabricación. Los diseños complejos a menudo necesitan mecanizado CNC o impresión 3D debido a la capacidad de estos métodos para manejar partes internas detalladas o tolerancias estrictas.

  1. Volumen de Producción:

El volumen de producción afecta la idoneidad del método:

  • Para tiradas pequeñas, la impresión 3D o el mecanizado CNC suelen ser más económicos.
  • Para la producción en masa, el moldeo por inyección es rentable a largo plazo a pesar de su mayor gasto inicial en herramientas.
  1. Consideraciones de costos:

El costo influye significativamente en la elección del método:

  • La impresión 3D generalmente ofrece un punto de partida de bajo costo.
  • El mecanizado CNC tiene un precio moderado en comparación con otros métodos.
  • El moldeo por inyección genera costos iniciales más altos debido al precio asociado con la creación de moldes.

Idoneidad de los procesos de creación de prototipos para diferentes aplicaciones:

Proceso de creación de prototiposAplicaciones adecuadas
Impresión 3dCreación rápida de prototipos de factor de forma, diseños con características internas complejas, prototipos que requieren acabados texturizados
Mecanizado CNCDiseños con tolerancias estrictas o características internas complejas, prototipos que requieren acabados superficiales específicos.
Fundición al vacíoPrototipos de alta calidad para evaluaciones finales, marketing y presentaciones a las partes interesadas.
Moldeo por inyecciónProducción de prototipos en gran volumen.
Tabla 1: Aplicaciones de varios métodos de creación de prototipos

Consideraciones críticas para la creación rápida de prototipos de plástico:

  • Determinar el propósito de un prototipo es crucial en la creación rápida de prototipos de plástico. Los prototipos pueden estar destinados a exhibiciones estéticas o pruebas dinámicas, que evalúan la practicidad y el ajuste de un componente.
  • La complejidad del diseño, la tecnología de creación de prototipos elegida y las características de los materiales influyen en la precisión y el ensamblaje de las piezas. Las formas más complejas necesitan procesos avanzados que aumenten el costo y el tiempo de finalización.
  • Los tiempos de producción de prototipos pueden diferir significativamente según la técnica utilizada. Las herramientas avanzadas con automatización pueden generar prototipos en tan solo un día. Algunos métodos, sin embargo, podrían extenderse durante semanas.
  • Los costos de creación rápida de prototipos oscilan ampliamente entre $100 y $100.000 o más. Estos gastos están determinados por la complejidad del diseño, los materiales utilizados y la urgencia del proyecto. Las reducciones de costos suelen ser mínimas incluso cuando se aumentan las cantidades de prototipos; por lo tanto, las consideraciones de volumen son esenciales en la selección del método.
  • Elegir el material adecuado es esencial para la creación rápida de prototipos de plástico, ya que afecta la precisión de las piezas y la calidad del ensamblaje. Cada proceso de creación de prototipos puede adaptarse mejor a ciertos materiales, lo que influye aún más en las consideraciones de costos y el calendario del proyecto.

Análisis de costos de prototipos de plástico:

Comprender el costo de crear prototipos de plástico es vital para presupuestar y tomar decisiones durante el desarrollo de productos. Los gastos de creación de prototipos dependen de los métodos, la complejidad del diseño y el esfuerzo requerido.

Análisis de costos de prototipos de plástico

Factores que afectan el costo del prototipo:

  1. Elección del método de creación de prototipos: Los métodos como el mecanizado CNC, la impresión 3D y la producción en lotes pequeños afectan los costos según los requisitos de material.
  2. Los costos de materiales: Los precios fluctúan según el tipo de material, la calidad y la cantidad necesaria.
  3. Costes laborales: Los salarios de la fuerza laboral calificada y el tiempo invertido impactan los gastos generales.
  4. Costos de equipos y maquinaria: La adquisición, el mantenimiento y el uso de maquinaria influyen en los costos.
  5. Complejidad del diseño: Los diseños más sofisticados aumentan los costos de $1.500 a más de $20.000.
  6. Órdenes urgentes y saturación de capacidad: Los prototipos acelerados pueden aumentar significativamente los precios.

Comparación de costos de diferentes técnicas de creación de prototipos:

Técnica de creación de prototiposVolumen bajoVolumen medioAlto volumen
Impresión 3dMás asequible para pequeñas cantidades.Menos eficaz a medida que crece la cantidad.Poco práctico debido al alto costo unitario.
Mecanizado CNCMás cara que la impresión 3D inicialmente.El costo unitario disminuye a medida que se fabrican más piezas.Está bien para grandes cantidades que necesitan precisión o complejidad.
Fundición al vacíoApto para cantidades moderadas.Sólo caben hasta 500 unidades.No apto para producción en masa.
Moldeo por inyecciónLos altos costos iniciales del molde implican una baja idoneidad.Gana valor con la escala (aproximadamente $0.99/unidad en 10k unidades).Óptimo en fabricación a granel.
Tabla 2: Tabla de Comparación de Costos.

En conclusión, los costos de fabricación de prototipos varían significativamente según el método elegido, la complejidad del diseño y el tamaño de la producción. Analizar estos aspectos es crucial a la hora de planificar la creación de prototipos para garantizar la rentabilidad.

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  • Experiencia en diversas técnicas de creación de prototipos:

Nos destacamos en métodos líderes de creación de prototipos, como impresión 3D, mecanizado CNC, fundición al vacío y moldeo por inyección. La capacidad de producir aproximadamente 800 moldes de inyección al año demuestra su fortaleza a la hora de generar prototipos de alta calidad para sus clientes.

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Trabajar con Hi-Top significa colaborar con una firma dedicada a una calidad excepcional. Se ajustan a estándares globales, cuentan con procesos eficientes y tienen una estructura organizativa meticulosa que garantiza moldes precisos. Asociarse con nosotros se traduce en beneficios destacados: la garantía de excelencia en la calidad promete una mayor productividad organizacional.

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Preguntas frecuentes:

P1: ¿Cuáles son los materiales plásticos comunes que se utilizan para la creación de prototipos de plástico?

Los materiales comunes incluyen ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), policarbonato, PLA (ácido poliláctico), nailon, polipropileno y TPU (poliuretano termoplástico). La selección depende de las propiedades deseadas y de la función del prototipo.

P2: ¿Cuál es la mejor técnica para la fabricación de prototipos de plástico?

 R: La "mejor" técnica depende de sus necesidades. Considere la complejidad de la pieza, la elección del material, la cantidad y el presupuesto. La fundición al vacío es excelente para detalles finos y lotes pequeños; La impresión 3D ofrece personalización; El mecanizado CNC proporciona resistencia; El moldeo por inyección es mejor para grandes volúmenes.

P3: ¿Cuánto duran los moldes de silicona en fundición al vacío?

 R: Los moldes de silicona utilizados en la fundición al vacío generalmente producen entre 20 y 25 copias antes de que se produzca una degradación de la calidad y se necesite un molde nuevo.

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