Prefácio：Na fabricação moderna, a combinação da impressão 3D com as técnicas tradicionais de fundição abre um mundo de possibilidades. A capacidade de criar moldes personalizados com designs e geometrias complexas através da impressão 3D revolucionou o processo de fundição. Ao utilizar o fabrico aditivo, os indivíduos e as indústrias podem explorar novas vias de criatividade, eficiência e rentabilidade na produção de objectos fundidos de alta qualidade.

Este artigo é um guia completo para criar arte de moldes de fundição impressos em 3D. Iremos explorar como dar vida às suas ideias e criar moldes de fundição utilizando a impressão 3D.

O que é a tecnologia de impressão 3D?

A impressão 3D é um tipo de tecnologia de prototipagem rápida. Decompõe o modelo digital tridimensional concebido pelo computador em várias camadas de fatias planas e, em seguida, utiliza a impressora 3D para colar plásticos em pó, líquidos ou filamentosos, metais, cerâmica ou areia. É uma tecnologia que empilha materiais compósitos camada a camada de acordo com padrões de corte e, finalmente, empilha-os num objeto completo.

Esta tecnologia combina conhecimentos técnicos de ponta em tecnologia de modelação digital, tecnologia da informação, tecnologia de controlo eletromecânico, ciência dos materiais e química, e é uma tecnologia de aplicação abrangente com elevado conteúdo tecnológico.

O que é a fundição de metais?

A fundição de metal existe há cerca de 7.000 anos. Trata-se de um processo em que se deita metal líquido quente num molde e se deixa arrefecer e endurecer. As pessoas costumavam utilizá-lo para fazer ferramentas, armas e estátuas. As pessoas ainda hoje o utilizam para fazer coisas como jóias e carros.

A ideia básica é verter ou forçar o metal líquido quente para um molde. Depois, espera-se que o metal arrefeça e endureça e tome a forma do molde. De seguida, retira-se a peça sólida do molde. Mas há muitas maneiras diferentes de fazer a fundição. Os aspectos mais importantes são o material de que é feito o molde e a forma como se introduz o metal líquido quente no molde.

A impressão 3D pode tornar mais rápido e mais barato o fabrico de moldes para a fundição de metais. Isto é especialmente verdade para a fundição de investimento (também chamada fundição por cera perdida) e a fundição em areia. Pode imprimir em 3D os padrões que utiliza para fazer os moldes. Ou pode imprimir em 3D os próprios moldes.

Desenhar o modelo CAD

Em primeiro lugar, terá de criar um modelo 3D do seu molde utilizando um software de desenho assistido por computador (CAD). Certifique-se de que o seu modelo tem os ângulos de inclinação e linhas de separação corretos para facilitar a remoção do molde e a espessura de parede correta para o seu material de fundição. Também deve incluir caraterísticas do molde como portas, corrediças e aberturas para facilitar a fundição da sua peça. Pode projetar o seu molde utilizando software CAD como o Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad®, entre outros.

Quando está a conceber o seu Modelo de molde impresso em 3DHá algumas coisas que deve ter em mente. Primeiro, mantenha o seu design simples. Em segundo lugar, não preencha os espaços vazios com objectos. Terceiro, pense na espessura da parede. Quarto, escolha um design simétrico. E, finalmente, desenhe tendo em conta os pormenores finais.

Determinar se o modelo é oco ou sólido

O processo de fundição será diferente consoante o modelo seja oco ou sólido. Se o seu modelo for oco, o processo de fundição torna-se mais complicado. Terá de criar um molde que suporte o interior do modelo e, em seguida, remover a estrutura de suporte da peça final. A peça final terá um orifício algures suficientemente grande para permitir que o material de suporte seja removido quando a resina curada for esticada.

Se o seu modelo for sólido, o processo de fundição é mais simples. Os objectos sólidos não necessitam de qualquer estrutura interna para os suportar. Neste caso, pode saltar para o passo 4 do processo de fundição.

Gerar a estrutura interna do modelo oco

Para fazer o interior de um modelo oco, tens de fazer algumas coisas. Primeiro, faz um bloco sólido que seja um pouco mais pequeno do que o modelo oco. Coloca o modelo oco em cima do bloco sólido e centra-o. Altera o modelo oco para que tenha a forma de um "buraco". Isto fará com que o interior do modelo fique sólido. Combina o bloco sólido com o modelo oco alterado.

Agora tem uma cópia exacta do interior do modelo oco. Para manter o interior do modelo no lugar quando fizeres o molde, adiciona suportes que liguem o interior do modelo ao exterior do molde. Estes suportes serão retirados mais tarde.

Gerar blocos sólidos à volta do modelo

Primeiro, verifique se o seu modelo original já é um sólido ou se precisa de ser convertido num sólido. Se o modelo já for um sólido, pode passar para o passo seguinte. Caso contrário, terá de o modificar para que seja um volume fechado e estanque. Desenhe um bloco ou estrutura de caixa que seja muito maior do que o seu modelo. Este bloco será o limite exterior do molde e formará as paredes que envolvem o modelo. Coloque o modelo dentro do bloco, certificando-se de que está centrado e alinhado corretamente.

O modelo deve estar rodeado de blocos, com espaço entre o modelo e as paredes interiores dos blocos. Combine ou funda os blocos e o modelo para criar um objeto único e unificado. Isto resultará num novo modelo 3D em que os blocos formam as paredes exteriores do molde e o modelo está dentro do molde.

Ao envolver os blocos sólidos do modelo, criou a estrutura que é necessária para o molde. O bloco definirá a forma e o tamanho do molde final e fornecerá suporte e contenção durante o processo de fundição.

Dividir o bloco em duas ou mais peças de acordo com o desenho

Poderá ser necessário dividir o bloco em secções para facilitar a remoção da peça fundida do molde. Isto depende do grau de complexidade do modelo. Alguns aspectos a ter em conta ao dividir os blocos são: Primeiro, observe a forma do modelo e pense em como pode chegar a ele. A principal razão para facilitar a desmontagem do molde é poder retirar a peça fundida sem a estragar.

Não faça quaisquer cunhas ou formas que dificultem a saída do molde. Quando olhar para a forma do seu modelo, pense onde o pode dividir. Por exemplo, se o modelo for redondo, precisará de pelo menos uma divisão ao meio para poder separar as duas metades. Certifique-se de que as linhas que escolher permitem chegar ao interior do modelo. Isto permitir-lhe-á retirar o molde sem apertar ou dobrar o modelo, porque o bloco à volta do modelo é sólido.

Incorporar o modelo no bloco sólido

Coloque o modelo simétrico de lado no bloco dividido, centrado. Desta forma, quando juntares os blocos, terás uma cobertura igual em ambos os lados do modelo. Junta os blocos com cuidado, certificando-te de que encaixam bem à volta do modelo. Alinhe os blocos corretamente, utilizando quaisquer caraterísticas de guia ou marcas de registo para se certificar de que estão bem alinhados. Utilize pinos de localização para garantir que as metades do molde se juntam corretamente e se mantêm alinhadas.

Estes pinos ajudá-lo-ão a alinhar as metades do molde quando fechar o molde. Há um grande canal no meio para deixar o material de fundição fluir. Certifique-se de que o canal é suficientemente largo para deixar a resina fluir, especialmente se a resina for espessa. Os canais mais largos deixam a resina fluir melhor e ajudam a evitar que ela fique presa ou que surjam bolhas de ar quando a despeja. Faça uma câmara que fique em cima do molde e guarde a resina extra.

A câmara utiliza a gravidade para deixar a resina líquida fluir naturalmente para o molde. O tamanho da câmara decide a quantidade de resina que pode ser empurrada para dentro do grande canal e assegura que existe material suficiente para encher o molde.

Iniciar a impressão 3D

Agora é altura de começar a imprimir o molde. Para iniciar o processo de impressão 3D do seu molde, certifique-se de que a sua impressora 3D está em boas condições de funcionamento e corretamente calibrada. Verifique se a base da impressora está limpa e nivelada e se não existem obstruções à cabeça de impressão ou ao extrusor. Escolha o material de impressão correto para o seu molde. Considere factores como o material de fundição, as propriedades desejadas do molde (como a flexibilidade ou a resistência ao calor) e a compatibilidade com as impressoras 3D.

Os materiais comuns para a impressão de moldes incluem vários tipos de resinas e termoplásticos. Utilize software de corte para preparar os seus modelos digitais para a impressão 3D. O software pega num ficheiro de modelo 3D e gera uma série de instruções que a impressora tem de seguir, especificando a altura da camada, a densidade de preenchimento, a velocidade de impressão e outras definições. Ajuste estes parâmetros de acordo com os seus requisitos específicos. Carregue os materiais de impressão escolhidos na impressora 3D.

Isto pode envolver o carregamento de um rolo de filamento ou o derrame de resina num recipiente apropriado, dependendo do tipo de impressora que está a utilizar. Inicie o processo de impressão 3D enviando o ficheiro de corte para a impressora. A impressora começará a criar o modelo camada por camada, seguindo as instruções fornecidas pelo software de corte. No início, mantenha-se atento para se certificar de que tudo está a colar e a ficar com bom aspeto, e para resolver quaisquer problemas que surjam.

Utilize o molde impresso e verta o silicone para iniciar o processo de fundição

Para iniciar o processo de fundição, misture o silicone de acordo com as instruções do fabricante, certificando-se de que tem a proporção correta de ingredientes de base e catalisador. Quando a mistura de silicone estiver pronta, deite-a lenta e uniformemente no molde. Comece a verter a partir de uma extremidade para que o silicone preencha a cavidade do molde. Tenha cuidado para não introduzir bolhas de ar durante o processo de vazamento, pois elas podem estragar o molde final.

Bata ou agite suavemente o molde para eliminar quaisquer bolhas de ar remanescentes. Isto ajuda as bolhas de ar a subirem à superfície, assegurando uma moldagem suave e sem bolhas. Em alternativa, pode utilizar equipamento especializado, como uma câmara de vácuo ou um tanque de pressão concebido para a fundição de silicone, para remover mais eficazmente as bolhas de ar.

Deixe o silicone curar durante o período de tempo recomendado pelo fabricante. O tempo de cura dependerá do tipo de silicone que está a usar, por isso certifique-se de que segue as instruções. É preciso dar tempo suficiente para que o silicone endureça e cure completamente antes de seguir em frente.

Quando o silicone estiver completamente curado, retire-o cuidadosamente do molde. Dependendo do molde que estiver a utilizar, poderá ter de separar as metades do molde ou dobrar o molde para retirar o molde.

Aparar peças em excesso

Depois de ter desmoldado com sucesso o seu molde a partir do molde de silicone, o passo seguinte é cortar o excesso. Este excesso refere-se a qualquer molde adicional de material de silicone que possa ter saído da forma pretendida ou que se tenha formado ao longo das extremidades.

Dê uma boa olhadela ao molde e identifique as áreas que precisam de ser aparadas. Utilizando uma faca de cozinha afiada ou uma tesoura, comece a cortar o excesso de silicone seguindo o contorno da forma pretendida. Demore o tempo que for necessário para garantir a precisão e evitar cortar acidentalmente o molde real.

Dependendo da complexidade da sua fundição, pode ser necessário utilizar diferentes ferramentas ou técnicas para obter os resultados desejados. O corte do excesso é um passo importante no processo de fundição, pois ajuda a melhorar o aspeto final e a qualidade da fundição. Ao remover cuidadosamente o excesso de material de silicone, pode aperfeiçoar os detalhes e obter um resultado limpo e polido que se assemelha muito ao modelo original.

Vantagens da impressão 3D de moldes de fundição

A utilização de moldes impressos em 3D tem muitas vantagens, incluindo:

Ciclo de produção de moldes mais curto

Os moldes impressos em 3D encurtam todo o ciclo de desenvolvimento do produto e tornam-se a fonte de inovação. No passado, as empresas optaram por vezes por atrasar ou abandonar as actualizações do design do produto devido ao grande investimento necessário para fabricar novos moldes. Ao reduzir o tempo de produção dos moldes e ao permitir que as ferramentas de design existentes sejam rapidamente actualizadas, a impressão 3D permite que as empresas se dêem ao luxo de efetuar alterações e melhorias mais frequentes nos moldes. Permite que o ciclo de conceção do molde acompanhe o ritmo do ciclo de conceção do produto.

Além disso, algumas empresas compram as suas próprias impressoras 3D para fazer moldes, o que acelera o desenvolvimento de produtos e torna-o mais flexível e adaptável. Estrategicamente, torna a cadeia de abastecimento mais resistente aos riscos de longos prazos de entrega e estagnação do desenvolvimento, como a obtenção de maus moldes por parte dos fornecedores.

Custos de fabrico mais baixos

Se o custo atual da impressão 3D de metal for superior ao do fabrico tradicional de metal, é mais fácil poupar dinheiro com peças de plástico.

Os moldes metálicos impressos em 3D são economicamente vantajosos para a produção de pequenas séries intermitentes de peças finais (porque é difícil amortizar os custos fixos destas peças) ou para determinadas geometrias (optimizadas especificamente para a impressão 3D). São especialmente rentáveis quando os materiais são muito caros e o fabrico tradicional de moldes resulta em elevadas taxas de desperdício.

Além disso, a impressão 3D pode ajudar os processos de fabrico e os lucros, fazendo moldes precisos em poucas horas. Isto é especialmente útil quando é dispendioso parar a produção ou manter um grande número de ferramentas em stock.

Por fim, por vezes acontece frequentemente que o molde precisa de ser modificado após o início da produção. A flexibilidade da impressão 3D permite que os engenheiros experimentem inúmeras iterações em simultâneo e pode reduzir os custos iniciais causados por modificações no projeto do molde.

As melhorias na conceção dos moldes acrescentam mais funcionalidade aos produtos finais

A metalurgia especial da impressão 3D de metal melhora frequentemente a microestrutura do metal e produz peças impressas totalmente densas com propriedades mecânicas e físicas tão boas ou melhores do que as dos materiais forjados ou fundidos (dependendo do tratamento térmico e da orientação do ensaio).

O fabrico aditivo oferece aos engenheiros opções ilimitadas para melhorar o design dos moldes. Quando a peça alvo é constituída por vários subcomponentes, a impressão 3D tem a capacidade de integrar o design e reduzir o número de peças. Isto simplifica o processo de montagem do produto e reduz as tolerâncias.

Além disso, pode executar funções complexas do produto, para que possa fabricar produtos finais altamente funcionais mais rapidamente e com menos defeitos. Por exemplo, a qualidade geral de um peça moldada por injeção é afetada pelas condições de transferência de calor entre o material injetado e o fluido de arrefecimento que flui através do dispositivo de fixação da ferramenta. Se o fizer da forma antiga, os canais que transportam o material de arrefecimento são normalmente rectos, pelo que a peça moldada arrefece mais lentamente e de forma desigual.

A impressão 3D pode criar canais de arrefecimento de qualquer forma, para que se possa ter um arrefecimento conforme, que é mais optimizado e uniforme, para que se possa fazer peças de maior qualidade e ter menos desperdício. Além disso, é possível retirar o calor mais rapidamente, o que permite produzir peças de maior qualidade e com menos desperdícios. moldagem por injeção tempo de ciclo mais curto, uma vez que o tempo de arrefecimento é normalmente cerca de 70% de todo o moldagem por injeção ciclo.

Otimizar as ferramentas para serem mais ergonómicas e melhorarem o desempenho mínimo

A impressão 3D facilita a validação de novas ferramentas que respondem a necessidades não satisfeitas no fabrico, permitindo que mais dispositivos móveis e fixos sejam colocados no fabrico. Tradicionalmente, as ferramentas e os dispositivos correspondentes têm sido concebidos para durar o máximo de tempo possível, devido às despesas e esforços consideráveis necessários para os redesenhar e fabricar. Com a impressão 3D, as empresas podem renovar qualquer ferramenta em qualquer altura, e não apenas aquelas que foram desmanteladas e não cumprem os requisitos.

Com pouco tempo e custos iniciais necessários, a impressão 3D torna mais económica a otimização das ferramentas para um melhor desempenho marginal. Por conseguinte, os técnicos podem considerar mais ergonomia na conceção para melhorar o conforto operacional, reduzir o tempo de processamento e tornar a utilização e o armazenamento mais convenientes. Embora isto possa poupar apenas alguns segundos de tempo de operação de montagem, não é muito. Além disso, a otimização do design da ferramenta também pode reduzir a taxa de desperdício de peças.

Os moldes personalizados ajudam a personalizar o produto final

Com ciclos de produção mais curtos, a capacidade de fazer formas mais complexas e a capacidade de reduzir os custos finais de fabrico, as empresas podem fazer muitas ferramentas personalizadas para ajudar a fazer peças personalizadas. Os moldes de impressão 3D são realmente bons para o fabrico personalizado, como equipamento médico e material médico. Podem dar aos cirurgiões ferramentas personalizadas impressas em 3D, como guias e ferramentas para cirurgia, para que possam fazer cirurgias melhores e mais rápidas.

Conclusão

Em resumo, a utilização da impressão 3D para fazer moldes de fundição de metal é um fator de mudança para o fabrico. Pode fazer moldes personalizados complexos de forma mais rápida e fácil do que nunca. Em comparação com o fabrico tradicional de moldes, este método tem grandes vantagens. Torna os moldes mais rápidos, mais baratos e melhores. Pode fazer moldes que fazem mais coisas, como tornar as ferramentas mais confortáveis de usar e fazê-las funcionar melhor. Os moldes personalizados ajudam-no a fazer peças personalizadas.

Mas é preciso pensar no tipo de molde e na forma como o imprime para garantir que funciona corretamente. Se planear e fizer tudo corretamente, pode utilizar a impressão 3D para tornar a fundição de metal melhor e mais rápida. À medida que a tecnologia melhora, a impressão 3D e a fundição de metais vão mudar o fabrico. Será possível fabricar coisas de novas formas e fazer mais coisas.