El primer casco de RV de Ivan Sutherland, llamado “Espada de Damocles”, pesaba unos 4,5 kg. Era pesado e incómodo de llevar durante mucho tiempo. Por eso se sostenía desde el techo con un brazo mecánico. Las nuevas técnicas de fabricación de RV han duplicado el aligeramiento para que los dispositivos sean más cómodos de llevar durante mucho tiempo.
El peso medio de los cascos de RV más recientes oscila entre 1,1 y 1,5 libras (aprox. 500 y 800 gramos), sin la correa ni la batería. Por ejemplo, Meta Quest 3, que salió a la venta en 2023, pesaba aproximadamente 515 gramos. Pico 4, que salió a la venta el mismo año, pesaba alrededor de 1,3 libras (586 gramos).
El enfoque de las empresas que fabrican componentes de RV se está desplazando hacia la ligereza, la ergonomía y la alta precisión/alta resolución. Esta tendencia está transformando los voluminosos cascos en elegantes dispositivos que se pueden llevar puestos todo el día.
Las piezas de plástico, núcleo de la fabricación de RV ligera
La evolución de las piezas de plástico en la fabricación de RV ha sido una estrategia importante utilizada por los fabricantes para conseguir un peso ligero. Esto es especialmente importante porque el plástico representa aproximadamente el 50-70% de los componentes de la RV. La carcasa externa, las correas de la cabeza y la estructura interna están hechas principalmente de plásticos duraderos. Las estrategias de fabricación de componentes de RV en evolución incluyen:
- Uso de materiales avanzados: Los fabricantes de RV están sustituyendo los plásticos tradicionales por alternativas de ingeniería avanzada, como la fibra de carbono, para reducir el peso sin comprometer la integridad estructural.
- Distribución del peso: Muchos de los diseños de 2025 utilizaban un sistema de correas tipo halo para acercar el centro de gravedad a la cabeza del usuario.
- Placas de circuito impreso de interconexión de alta densidad (HDI): La tecnología HDI se utiliza para empaquetar los componentes más cerca, utilizando microvías y anchos de traza más finos.
- Técnicas de fabricación de precisión: El uso del moldeo por inyección de RV de precisión para las piezas de plástico y otras tecnologías avanzadas, por ejemplo, el moldeo a alta temperatura del vidrio de las lentes, permite a los fabricantes satisfacer demandas de alta precisión.
La necesidad de abordar las molestias físicas del usuario (tensiones en el cuello y dolores de cabeza) y el impulso hacia la creación de cascos de RV que sean realmente inalámbricos son algunos de los motores de las continuas innovaciones en el sector.
Componentes estructurales y funcionales de los cascos de RV
Un casco de RV es un dispositivo complejo. La parte frontal, también llamada visera, es la zona más crítica. Alberga la lente, los sensores y el “cerebro” del dispositivo. La carcasa de plástico duro protege los componentes electrónicos internos y proporciona estabilidad y comodidad al usuario.
El casco de realidad virtual puede dividirse en tres partes: las piezas estructurales externas, los componentes funcionales y las piezas ópticas.
| VR estructuras externas | Componentes funcionales de la RV | Componentes ópticos |
|---|---|---|
| Cubierta frontal o placa frontal | Cámaras de seguimiento | Lentes (Fresnel y panqueque) |
| Interfaz facial (incluida espuma o junta de interfaz) | Cámaras de paso RGB | Paneles de visualización |
| Sistema de correas para la cabeza | Sensor de profundidad | Mecanismo de ajuste de la distancia interpupilar |
| Gestión de cables | Unidad de medida de la inercia | Ajuste del relieve ocular |
| Rejillas de ventilación | Sistema en un chip | |
| Micrófonos y altavoces | ||
| Botones físicos |
Opciones de materiales para componentes de fabricación de RV
Los materiales utilizados en la fabricación de RV se centran en equilibrar el peso para la comodidad del usuario y el rendimiento. Otros factores que los fabricantes de RV tienen en cuenta al seleccionar los materiales son la durabilidad y la gestión térmica. Por ejemplo, la carcasa se fabrica con gran precisión utilizando plástico de alto rendimiento para equilibrar ligereza y durabilidad. La precisión ayuda a mantener la óptica alineada.
- Carcasa VR: Para la carcasa se utilizan plásticos como el policarbonato (PC) y el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), o la mezcla de PC+ABS, porque equilibran rigidez y ligereza. Para reducir aún más el peso, los fabricantes de moldes de inyección de RV suelen utilizar paredes finas y diseños acanalados con celosías.
- Componente óptico: Para las lentes se utilizan materiales transparentes especiales con una excelente resistencia al rayado. Un buen ejemplo de material utilizado para fabricar una lente de RV es el copolímero de olefina cíclica (COC) con una transmitancia luminosa ≥ 92%.
- Comodidad de uso: El elastómero termoplástico (TPE), un material flexible y blando, se utiliza para los componentes antideslizantes, mejorando así la comodidad de uso, especialmente para los usuarios de largas sesiones.
| Componentes de fabricación de RV | Materiales habituales para fabricar componentes de RV | Criterios de elección del material |
|---|---|---|
| Marco interno | Magnesio, aluminio, polímero reforzado con fibra de carbono | Rigidez específica, baja densidad. |
| Carcasa exterior | PC, PC+ABS | Alta resistencia al impacto, ligereza y acabado brillante. |
| Almohadilla facial | TPE, espuma de célula abierta | Comodidad, transpirabilidad y ligereza. |
| Disipador térmico | Aluminio, cobre, grafito | Alta conductividad térmica. |
| Lente | COC, polimetacrilato de metilo (PMMA) | Claridad, resistencia al rayado, transmisión de la luz, precisión. |
| Correas | Engranajes de polímero, poliéster | Resistencia a la tracción, bajo peso. |
Tecnologías clave en el diseño de moldes de inyección de RV
El proceso de diseño de un molde para la producción de cascos de realidad virtual implica tecnologías especializadas de alta precisión. Las tecnologías clave se centran en ofrecer componentes ligeros con geometrías complejas y acabados superficiales superiores.
El proceso de creación de moldes para el moldeo por inyección de RV suele comenzar con el uso de software avanzado de CAD, CAM o CAE como SolidWorks o ProE en combinación con el análisis Moldflow para garantizar el diseño para la fabricación (DFM). El software avanzado es crucial para optimizar el grosor de las paredes y la refrigeración. Tres aspectos clave del diseño de moldes de inyección de RV son:
- Control de precisión: El mecanizado CNC de alta velocidad y precisión se utiliza para garantizar una exactitud dimensional extrema de los moldes. Uno de los principales retos del moldeo por inyección de carcasas de RV es conseguir una superficie brillante y sin defectos. Esto puede superarse optimizando los parámetros de moldeo por inyección, como la velocidad, la presión y la temperatura. Los defectos habituales, como el alabeo y la contracción en formas complejas, pueden reducirse optimizando el sistema de refrigeración.
- Optimización estructural: Las carcasas curvadas y las hebillas complejas a menudo se enfrentan a múltiples retos con los moldes convencionales de dos piezas. Entre los problemas más comunes en el moldeo de carcasas VR curvadas se incluyen la formación incompleta de detalles y las dificultades de desmoldeo. Para resolver estos problemas se ha diseñado una estructura de varias correderas + inserto. Puede utilizarse para crear piezas con intrincados rebajes multidireccionales y formas complejas.
- Tratamiento de la superficie: Las marcas de flujo y las líneas de soldadura son defectos estéticos que pueden deberse a un flujo irregular del plástico fundido. La reducción de la microrrugosidad de la superficie del molde o el pulido espejo reducen significativamente la resistencia a la fricción entre el plástico fundido y la cavidad del molde. Las marcas de mecanizado iniciales se eliminan utilizando piedras de aceite con tamaños de grano de 180 a 600. El alisado se realiza con lijas en húmedo. El alisado se realiza con papel de lija húmedo de grano 400 a 1600. El pulido final se consigue utilizando pasta de diamante (0,25 µm o 0,5 µm).
Requisitos del cliente
Un cliente especializado en la fabricación de dispositivos de realidad virtual para llevar puestos necesitaba una cubierta frontal personalizada para auriculares de realidad virtual. Su proveedor anterior no pudo superar el problema de alabeo derivado de las paredes extremadamente finas de la pieza. Además, la precisión del ensamblaje era deficiente.
El cliente estaba ansioso por encontrar un fabricante de moldes de inyección de RV que pudiera superar los retos. El cliente quedó convencido de la capacidad de First Mold para resolver los problemas tras una visita exhaustiva a las instalaciones de la empresa y la revisión de álbumes de proyectos anteriores. Los requisitos detallados del cliente incluían
- Espesor de la pared de la pieza 1,0 mm,
- Peso ≤25g,
- No hay marcas de flujo en la superficie,
- Tolerancia de montaje ±0,03 mm,
- Tasa de rendimiento de la producción en masa ≥98%
Desafíos
Conseguir un peso ≤25g requería algo más que intercambiar materiales. En primer lugar, los ingenieros de Mold tuvieron que replantearse el diseño, en colaboración con el cliente. Fue necesario identificar las zonas no críticas mediante análisis de elementos finitos (FEA). Se añadieron nervaduras para dar rigidez, en lugar de materiales sólidos.
Para reducir aún más el peso del casco de realidad virtual, se optó por un diseño de encaje a presión en lugar de tornillos. Sin embargo, eso requería una tolerancia muy ajustada para garantizar que las piezas encajaran firmemente durante el montaje.
Solución
First Mold adoptó la estructura de moldeo por inyección asistida por gas (GAIM) para el diseño del molde de inyección VR. Este método ofrecía ventajas significativas sobre el moldeo tradicional al utilizar gas nitrógeno a presión para crear secciones huecas. GAIM redujo el uso de resina en más de 20%. También permitió optimizar la distribución del material y mejorar la calidad general de la superficie.
El moldeo por inyección asistida por gas crea secciones huecas con enfriamiento diferencial. Es decir, las secciones huecas se enfrían más rápido que las sólidas. Por tanto, era necesario introducir canales de refrigeración precisos. La optimización de los canales de refrigeración era importante para evitar un enfriamiento desigual, que puede provocar alabeos. Un canal de refrigeración optimizado también era importante para maximizar la velocidad de producción.
La separación se optimizó para las zonas no visibles. Esta decisión de diseño se tomó durante la fase CAD para garantizar que las líneas de costura permanecieran ocultas. Mantener ocultas las líneas de separación permitió a First Mold mantener la impecabilidad estética del 100% en la superficie de la carcasa del casco de realidad virtual.
Ajuste del proceso
El material seleccionado para la fabricación de las piezas de plástico VR fue una mezcla de PC+ABS reforzado con fibra de vidrio. La combinación de este material con el moldeo por inyección asistida por nitrógeno evita la descomposición del material. Esto se debe a que el nitrógeno actúa como un gas inerte que desplaza al oxígeno dentro del barril y el molde.
El desplazamiento del oxígeno impide la degradación del polímero a altas temperaturas. Esta técnica también evita la decoloración y mantiene la resistencia mecánica del plástico.
Sistema de control de calidad
First Mold empleó la supervisión en tiempo real con sensores de presión en el molde. Los sensores medían la presión de la cavidad (hasta 2.000 bares) y la temperatura. Proporcionaban datos instantáneos sobre el llenado del molde, el empaquetado y la congelación de la compuerta para la detección inmediata de defectos. Esto ayudó a reducir los desechos.
Los ingenieros de First Mold llevaron a cabo una inspección minuciosa de la pieza acabada utilizando una máquina de medición de coordenadas (MMC). El escáner midió las geometrías exteriores para detectar alabeos que a simple vista podrían pasar desapercibidos. La medición se comparó con el plano del producto para comprobar la coherencia.
Resultados finales y testimonios de clientes
First Mold no se limitó a entregar un molde. La empresa suministró un sistema de moldeo por inyección de RV que ayudó al cliente a superar algunos de los problemas de fabricación que había experimentado con su anterior proveedor. La solución de First Mold ayudó al cliente a crear componentes de RV ligeros. Esto garantizó que su producto fuera más ligero que muchos de los productos de marcas competidoras en el mercado, ofreciendo a los entusiastas de la RV comodidad para una experiencia de uso más prolongada.
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