Introdução: Aproximadamente 80% de peças de plástico são fabricadas utilizando a moldagem por injeção de plástico. A moldagem por injeção foi durante muito tempo considerada o único processo de produção em massa. Com a inovação da tecnologia industrial, a moldagem por injeção rápida não é o único método de desenvolvimento de moldes.

Os sistemas CAD/CAM/CAE reduzem o tempo de conceção e verificação. Para além disso, foram criadas novas variedades de moldes. Os moldes de injeção de alumínio e os moldes de impressão 3D competem pelo mercado de fabrico. Qual é a diferença entre eles? Que molde tornará o seu produto mais eficiente?

É claro que quer fazer protótipos mais rápidos, mais baratos e com o melhor aspeto possível. Vamos comparar o alumínio e quais são as diferenças entre os moldes de injeção impressos em 3D.

Moldes impressos em 3D

O que é um molde impresso em 3D?

A impressão 3D é um processo de utilização de ficheiros digitais para criar objectos tridimensionais. Em primeiro lugar, o software 3D do computador divide as peças em camadas digitais. Na plataforma de construção, o mecanismo de alimentação deposita material de acordo com as camadas digitais dentro de um intervalo especificado, enquanto a fonte de calor ajusta a forma. Os dados são processados para construir um modelo através da adição contínua de material.

Que materiais são utilizados nos moldes de impressão 3D?

Os materiais de impressão 3D são muito importantes para a tecnologia de impressão 3D. São os materiais que tornam possível a impressão 3D. Atualmente, os principais materiais utilizados na impressão 3D são os plásticos de engenharia, as resinas fotossensíveis, os materiais de borracha, os materiais metálicos e os materiais cerâmicos. Existem também materiais alimentares, como materiais de gesso colorido, farinha de ossos artificial, matérias-primas biológicas celulares e açúcar, que são utilizados na impressão 3D.

Estes materiais são fabricados especificamente para máquinas e processos de impressão 3D. Não são como os plásticos normais, o gesso, as resinas, etc. Apresentam-se em diferentes formas, como pó, filamento, folha, líquido, etc. O tamanho das partículas dos materiais em pó utilizados na impressão 3D situa-se normalmente entre 1 e 100 micrómetros, dependendo do tipo de impressora e das condições de impressão. O pó precisa de ser muito redondo para fluir bem.

Quais são os benefícios da utilização de moldes impressos em 3D?

  Flexibilidade de conceção

Ao imprimir em 3D, não tem de se preocupar com coisas como fixações e interferência de ferramentas. Pode desenhar para a função, incluindo canais de convecção, estruturas integradas e caraterísticas complexas. Também pode otimizar a forma para reduzir o peso, simplificar o fabrico, melhorar a utilização do material, resolver problemas com peças difíceis de maquinar, resolver problemas de deformação após a maquinação e criar formas que não podem ser feitas com métodos tradicionais.

Economia da produção em pequenos lotes

A impressão 3D não requer moldes e não requer fixação. Não é necessário fazer muitas peças para pagar moldes caros. Pode fazer algumas peças, ou mesmo uma peça. A economia da produção de baixo volume pode reduzir o custo das alterações de design durante o desenvolvimento de aeronaves civis.

Boa previsibilidade da produção

Pode prever quanto tempo demorará a impressão 3D de uma peça e a sua deformação com base no desenho. Pode prever e ajustar a deformação alterando o modelo de design. À medida que a tecnologia de impressão 3D e a tecnologia de suporte melhoram, é possível controlar o tempo que demora a impressão 3D de uma peça, a qualidade da peça e a precisão da peça. Isto significa que é possível medir e controlar a forma da peça quando se projecta e fabrica uma aeronave civil com impressão 3D.

Reduzir a montagem.

A utilização da impressão 3D para fabricar peças integradas substitui os produtos que precisam de ser montados a partir de muitas peças. Isto poupa o transporte, a montagem, a instalação de fixadores, a soldadura e outros processos de várias peças. Também reduz o custo de fabrico de peças, eliminando linhas de produção redundantes.

Rápido de fazer

Na fase inicial de conceção dos aviões, normalmente são necessárias apenas algumas dezenas de horas desde o momento em que se faz um modelo 3D no computador até ao momento em que se tem uma peça física. Não é necessário esperar pelo fabrico de um molde. Isto significa que não tem de esperar que seja feito um novo molde se alterar a forma da peça. Pode fazer alterações ao design da peça mais rapidamente e pode fazer novas peças mais rapidamente.

Quais são os problemas com a utilização da impressão 3D para fazer moldes?

Exatidão

Se a precisão do molde impresso em 3D não for elevada, haverá camadas na superfície, o que afectará a utilização do molde. Mais tarde, é necessário um processamento mecânico ou jato de areia para remover estas camadas.

Restrições materiais

Tecnicamente, o método de construção de peças camada a camada com materiais é diferente do forjamento ou da fundição tradicionais. A microestrutura, os tipos de defeitos, as tensões residuais, a possibilidade de inspeção, os requisitos de pós-processamento, o desempenho estrutural e a durabilidade dos materiais produzidos são todos diferentes dos métodos tradicionais.

Para peças complexas, os valores de conceção do material podem não representar o desempenho real da estrutura, sendo necessário verificar se o material e o processo afectam conjuntamente o desempenho estrutural através de ensaios estruturais superiores ao nível da peça de ensaio.

Deteção limitada de defeitos

O processo de fabrico da impressão 3D é complexo de controlar. Utiliza processos de fabrico em camadas e de fabrico camada a camada. A qualidade das juntas entre camadas não pode ser tão uniforme como a das peças forjadas de precisão.

A tecnologia de impressão 3D é limitada pelos seus princípios de conformação inerentes. As peças fabricadas com a tecnologia de impressão 3D, especialmente as peças metálicas, apresentam defeitos internos de fabrico, incluindo principalmente vazios, microfissuras, fusão deficiente e outros defeitos.

O tamanho desses defeitos é geralmente inferior a 20 μm, menos do que o limite dos métodos gerais de teste não destrutivo, e esses defeitos são fontes de iniciação de trincas, afetando seriamente o desempenho de fadiga da estrutura. O controle de precisão é difícil No processo de impressão 3D, existem muitos fatores que afetam a qualidade do processo, desde o software e hardware do próprio equipamento até os materiais de formação e processos de formação.

A prática de engenharia mostra que os principais factores que afectam a precisão da impressão 3D são o controlo mecânico, o processamento de dados do modelo, as caraterísticas do material e o controlo dos parâmetros de formação. Estes factores controlam a quantidade de material adicionado, o tamanho da unidade de impressão 3D e a precisão do movimento do sistema, que determinam a precisão da peça na direção de acumulação e a capacidade de fabrico de caraterísticas mínimas da peça.

Para melhorar a precisão da impressão 3D, é necessário reduzir a quantidade de material adicionado, controlar o tamanho da unidade de impressão 3D e melhorar a precisão do movimento do sistema. No entanto, estas capacidades são difíceis de melhorar numa investigação a curto prazo.

Moldes de alumínio

Quais são as caraterísticas dos moldes de alumínio?

As principais caraterísticas dos moldes de alumínio são o peso leve, a elevada capacidade de carga e os tempos de rotação elevados. Durante o processo de construção, têm uma elevada qualidade de construção, precisão, estabilidade, fácil instalação e períodos de construção curtos que podem poupar custos.

As suas deficiências são: a manutenção e o ajustamento no local não existem e é necessária uma configuração completa. Têm pouca adaptabilidade a alterações estruturais e o custo de projectos com muitas alterações é elevado. Quando o tratamento de superfície não é bom, a liga de alumínio reage quimicamente com o betão, afectando o aspeto do betão. Os fixadores dos moldes de alumínio são propensos a entrar em conflito com o layout da tubulação.

Quais são as vantagens dos moldes de alumínio?

Excelente desempenho funcional

Alguns protótipos não têm qualquer impacto mecânico ou funcional, enquanto outros precisam de ser utilizados. Pré-produção, híbrido e protótipo funcional funcionam. Por conseguinte, é necessária uma boa qualidade e resistência. O alumínio é o metal de eleição porque tem óptimas propriedades.

Maior resistência ao calor

Os protótipos de alumínio suportam melhor as temperaturas extremas do que as opções mais baratas, como o plástico. Por isso, é menos provável que se degrade durante o processo de fabrico.

Melhor estética

Quer esteja a utilizar a impressão 3D ou a tecnologia de maquinação CNC, os protótipos em metal têm melhor aspeto. Além disso, mesmo como um protótipo não funcional, tem melhor aspeto do que uma peça de plástico.

Relação custo-eficácia

Os protótipos de alumínio e as peças metálicas são muito mais baratos em comparação com as peças de plástico. Isto deve-se ao facto de as propriedades físicas do metal reduzirem a frequência de substituição das peças. Isto reduz os custos de fabrico a longo prazo.

Exatidão do teste

Os protótipos produzidos por processos como a maquinação CNC têm elevada precisão. Além disso, as ligas de alumínio têm excelente qualidade e podem produzir peças para inspeção no mercado.

Mais adequado para a produção em massa

Quando os engenheiros criam um protótipo de alumínio, os clientes podem utilizá-lo para a produção. É mais fácil transformar protótipos de metal em produtos acabados. No entanto, se o protótipo for feito de plástico, não pode ser convertido em metal para produção em massa.

Quais são as limitações dos moldes de alumínio?

Vida útil limitada

Devido à sua natureza mais macia, os moldes de alumínio têm uma vida útil limitada, especialmente quando submetidos a processos de conformação a alta pressão ou a materiais abrasivos.

Resistência ao calor

O alumínio tem uma menor resistência ao calor. Esta limitação pode limitar os tipos de materiais que podem ser utilizados durante o processo de moldagem, uma vez que alguns materiais requerem temperaturas mais elevadas do que o alumínio pode suportar.

A diferença entre a impressão 3D e os moldes de alumínio

Quais são as diferenças entre a impressão 3D e os moldes de alumínio?

Métodos de fabrico e de moldagem

Os métodos de fabrico e moldagem das duas são diferentes. A tecnologia de impressão 3D é uma tecnologia que utiliza materiais adesivos, como metal em pó ou plástico, para imprimir e construir objectos camada a camada. É realizada utilizando uma impressora de materiais de tecnologia digital. Ao acumular e adicionar pouco a pouco, o trabalho final é impresso. Para o fabrico de moldes de alumínio, é utilizado um software de modelação 3D para desenhar os moldes, e o efeito de moldagem é obtido através de ajustes contínuos.

Exatidão da precisão

A exatidão da precisão dos dois é diferente. A precisão da impressão 3D envolve muitos factores. A precisão da impressora 3D, a qualidade dos materiais selecionados e a precisão dos desenhos do modelo 3D determinam a precisão do produto. A precisão dos moldes de alumínio depende principalmente das necessidades reais do utilizador para confirmar a precisão.

Prazo de execução

O tempo de execução é o tempo entre o início do desenvolvimento do molde e o momento em que a peça está pronta para a produção. Os métodos de conceção e os cálculos para os dois moldes são efetivamente diferentes, mas é na fase de fabrico que ocorrem alterações significativas.

Os moldes de alumínio são fabricados a partir de peças em bruto de alumínio utilizando maquinagem CNC e operações de acabamento. Em alguns casos, é necessária maquinação adicional por descarga eléctrica (EDM) se a cavidade tiver de ter cantos afiados que não possam ser obtidos por fresagem. Normalmente, o processamento é principalmente mecânico, não é necessário tratamento térmico e quase não são necessárias ferramentas especializadas. O molde de alumínio médio é produzido em 10 a 15 dias.

Os moldes impressos em 3D são criados utilizando um processo de fabrico aditivo de sinterização de metal. Muitos pós metálicos finos são sinterizados camada a camada para formar a cavidade de um molde de injeção. A principal vantagem deste processo é o facto de exigir pouca preparação para o fabrico e não necessitar de ferramentas. O tempo médio para criar um molde deste tipo é de apenas 2-3 dias.

Estabilidade

A estabilidade é basicamente o número de peças que um molde pode produzir antes de ficar demasiado velho. É importante saber se se pretende fazer um lote de produto.

As ferramentas de alumínio são feitas de materiais mais macios, mas algumas ligas de alumínio são realmente fortes. Isto significa que o molde pode produzir até 5.000 peças. A média é de 100-2000 cópias.

Os moldes impressos em 3D são os piores em termos de estabilidade. Há muitos problemas com as câmaras de sinterização. São porosas e não são tão fortes como um molde sólido. Atualmente, as cavidades impressas em 3D podem produzir lotes de 50 a 200 peças.

Duração do ciclo

O tempo de ciclo é o tempo necessário para produzir uma peça. É a soma do tempo de injeção, do tempo de arrefecimento e do tempo de ejeção. O tempo de injeção é o tempo que demora a encher o molde com plástico. O tempo de arrefecimento é o tempo que o plástico demora a arrefecer e a solidificar. O tempo de ejeção é o tempo que demora a retirar a peça do molde.

Os moldes de alumínio têm um tempo de ciclo de 44-70 segundos. Isto é bastante impressionante quando começamos a falar de milhares de peças. Os moldes impressos em 3D têm um tempo de ciclo de 150-250 segundos.

Precisão da peça e acabamento da superfície

A qualidade da peça é um dos factores mais importantes. Afinal, esta peça servirá como parte integrante de um mecanismo maior e poderá ser apresentada a futuros investidores. A peça deve ter um aspeto profissional.

A precisão dos moldes de injeção de alumínio depende apenas da capacidade de os processar e polir. No entanto, a precisão dos moldes impressos em 3D depende do processo de fabrico aditivo. A AM envolve a fusão e o arrefecimento de materiais, e a deformação térmica pode reduzir significativamente a precisão. A tecnologia moderna pode produzir cavidades de moldes em aço e alumínio com tolerâncias até IT6, bem como moldes impressos em 3D com tolerâncias até IT9.

Flexibilidade

A flexibilidade é crucial com os protótipos de pré-produção quando se está apenas a testar o aspeto e o funcionamento do produto final. Uma vez concluída a prototipagem inicial utilizando determinados materiais, terá de testar os materiais inicialmente selecionados para o seu produto, bem como testar os seus procedimentos de fabrico.

Na maior parte das vezes, deparar-se-á com alguns problemas que o obrigarão a modificar o projeto. Por exemplo, durante os testes de execução, foram descobertos alguns defeitos ou o processo de injeção resultou em peças porosas. É nessa altura que se pretende alterar o desenho e o molde. Materiais de molde diferentes têm flexibilidade diferente

Os moldes de alumínio são feitos de materiais mais macios e as suas cavidades são normalmente fabricadas como peças separadas que se encaixam na base do molde. Por conseguinte, é muito mais fácil remover a cavidade e efetuar ajustes.

A modificação de moldes impressos em 3D é difícil porque requer a maquinação de partes da cavidade, e o acabamento da superfície será irregular porque a maquinação proporciona um melhor acabamento da superfície. É mais fácil refazer completamente o molde, o que não leva muito tempo, mas traz consigo a indesejável despesa adicional de prototipagem e testes pré-série.

Conclusão

Originalmente criada como um método de prototipagem rápida, também conhecido como fabrico aditivo, a impressão 3D evoluiu para um verdadeiro processo de fabrico. As impressoras 3D permitem aos engenheiros e às empresas produzir protótipos e produtos finais em simultâneo, oferecendo vantagens significativas em relação aos processos de fabrico tradicionais.

Em resumo, as principais diferenças entre os moldes impressos em 3D e os moldes de alumínio incluem diferentes métodos de fabrico de moldes, diferentes precisões de resistência, diferentes tempos de execução, diferentes estabilidades, diferentes tempos de fabrico, diferentes precisões de peças e acabamentos de superfície, e diferentes flexibilidades.