Os moldes impressos em 3D para moldagem por injeção estão se tornando cada vez mais populares na indústria de manufatura. Eles são um ótimo complemento ao portfólio de moldagem por injeção e oferecem uma alternativa competitiva aos materiais tradicionais de moldagem por injeção.
Neste artigo veremos o que é um molde de injeção impresso em 3D e seus tipos, vantagens e limitações. No final, também fornecemos algumas dicas e truques úteis para designers e engenheiros de moldes. Vamos começar!
O que é um molde de injeção?
Os moldes de injeção são provavelmente o componente mais importante nos sistemas de moldagem por injeção. O molde é um conjunto de múltiplas peças com uma cavidade interna que é uma réplica exata da geometria final do produto.
Um sistema de injeção bombeia a matéria-prima fundida para esta cavidade, onde ela esfria e toma sua forma final. Um mecanismo de injeção, também localizado no molde, ejeta a peça acabada. O molde de injeção é usado principalmente para dar forma à peça e ejetá-la.
Um molde de injeção de alta qualidade deve ter inúmeras propriedades. Deve ter boa estabilidade térmica para minimizar a expansão térmica, alta resistência para suportar pressões de fixação e boa resistência ao desgaste para garantir longa vida útil.
Molde de impressão 3D vs. molde de alumínio
Tradicionalmente, o alumínio é o material padrão para a produção de moldes de injeção de pequeno e médio volume. No entanto, os moldes impressos em 3D para moldagem por injeção estão ganhando força rapidamente devido a inúmeros benefícios, como economia de custos e flexibilidade de design.
A principal diferença entre um molde impresso em 3D e um molde de alumínio é o método de fabricação. O principal processo de fabricação de moldes de alumínio é a usinagem CNC. As formas impressas em 3D, por outro lado, são obviamente produzidas usando o processo de impressão 3D.
Isto pode parecer uma diferença insignificante, mas na verdade é bastante significativa e merece uma discussão sobre moldes de impressão 3D versus moldes de alumínio.
Mas primeiro, vamos examinar os dois principais tipos de moldes de injeção impressos em 3D.
Forma reforçada com estrutura metálica
Este tipo de molde de injeção utiliza elementos de moldes de alumínio e moldes impressos em 3D. A estrutura interna básica, incluindo cavidade e canais, é fabricada por impressão 3D. Esta impressão 3D é então encaixada numa estrutura de alumínio para melhor estabilidade e durabilidade.
O reforço da estrutura de alumínio permite pressões mais altas no molde e prolonga a vida útil do molde. Os engenheiros também podem substituir facilmente os componentes do molde impresso em 3D se ocorrerem alterações no projeto ou desgaste.
Formulários autônomos
Os moldes autônomos são fabricados inteiramente por impressão 3D. À medida que a impressão 3D se torna rapidamente mais robusta, os moldes de impressão 3D independentes estão se tornando cada vez mais populares na indústria de moldagem por injeção.
Uma grande vantagem dos moldes autônomos é que eles oferecem aos engenheiros flexibilidade adicional de projeto para recursos como portas de injeção, portões, etc.
Vantagens dos moldes de injeção impressos em 3D
Os moldes impressos em 3D para moldagem por injeção oferecem inúmeras vantagens em relação aos seus equivalentes metálicos. Destacaremos alguns dos principais benefícios do uso de um molde impresso em 3D.
Custo benefício
Não é nenhum segredo que o gerenciamento de custos é uma parte importante da fabricação eficiente. Um molde impresso em 3D é significativamente mais barato que os moldes de metal.
As máquinas-ferramentas CNC costumam ser caras e exigem manutenção extensa. As impressoras 3D, por outro lado, são máquinas mais baratas e fáceis de manter. O custo das matérias-primas para impressão 3D também é inferior ao dos metais moldados por injeção.
Os custos trabalhistas também diferem entre os dois métodos. As máquinas CNC são dispositivos complexos e requerem um maquinista qualificado para operá-las. Embora as impressoras 3D não sejam um piquenique, elas ainda são mais acessíveis a um grupo maior de técnicos.
Economia de tempo
Outro aspecto importante da alta produtividade na manufatura é o gerenciamento do tempo. Uma grande vantagem de usar um molde impresso em 3D em vez de um molde de alumínio é a significativa economia de tempo na fabricação do molde.
A usinagem CNC é um processo demorado. Às vezes, leva até uma semana para produzir completamente um molde de injeção complexo. O processo de impressão 3D é muito mais rápido e envolve menos etapas do que a usinagem. O tempo médio para produzir um molde é de apenas algumas horas, dando aos moldes impressos em 3D uma clara vantagem.
Flexibilidade de projeto
A impressão 3D é conhecida por seus recursos de prototipagem rápida. É rápido, barato e permite que os engenheiros testem diferentes iterações de projeto.
A mesma lógica também se aplica aos moldes de impressão 3D para moldagem por injeção. Os projetistas de moldes podem corrigir rapidamente erros ou pontos fracos no projeto do molde. Além disso, também é muito conveniente incorporar melhorias de produto na linha de produção – tudo o que é necessário é uma simples reimpressão.
Este tipo de liberdade de design não é acessível com a usinagem CNC, pois mesmo uma única produção sobrecarrega muito o orçamento.
Adequado para moldagem por injeção em pequenas quantidades
Os moldes impressos em 3D são adequados para produção de pequenos lotes. Como discutiremos em breve, embora possuam propriedades mecânicas notáveis, tendem a desgastar-se mais rapidamente ao longo do tempo do que os seus homólogos metálicos.
Isso os torna ideais para séries de produção que produzem quantidades pequenas a médias. Nessas configurações, investir em um molde metálico caro é ineficiente porque o molde é subutilizado no final da produção.
Além disso, a produção de pequenos volumes envolve, em média, mais desenvolvimento e testes de produtos. O design pode mudar no meio da produção se uma atualização for necessária ou um bug for encontrado. Neste cenário, um molde impresso em 3D é ideal, pois a atualização é econômica e economiza tempo.
Limitações dos moldes de injeção impressos em 3D
Vantagens e desvantagens andam de mãos dadas. Portanto, esta discussão ficaria incompleta se ignorarmos as desvantagens de um molde de injeção para impressão 3D.
Baixa integridade estrutural
A impressão 3D está evoluindo muito rapidamente, mas em alguns aspectos ainda fica atrás dos métodos tradicionais de fabricação, como a usinagem CNC. Possui vários problemas de qualidade inerentes, como porosidade e falta de ligação, que reduzem a integridade estrutural dos moldes impressos em 3D para moldagem por injeção.
Em geral, um molde impresso em 3D apresenta menor resistência, dureza e resistência ao desgaste (daí a necessidade de reforços de alumínio). Eles tendem a falhar nas temperaturas e pressões extremas que às vezes são necessárias para produzir produtos moldados por injeção de alta qualidade.
Por esta razão, em alguns casos, os moldes impressos em 3D não são um substituto adequado para os moldes de alumínio fundido/forjado.
Desgaste superficial
Os moldes impressos em 3D para moldagem por injeção não são tão resistentes ao desgaste quanto os moldes de metal. A qualidade de sua superfície se deteriora mais rapidamente do que o alumínio sob as altas temperaturas e pressões da moldagem por injeção. Isto também é transferido para a superfície do produto.
Além disso, a impressão 3D de moldes é um processo de fabricação camada por camada. Por esse motivo, os moldes de injeção impressos em 3D possuem um padrão de superfície ondulado (também conhecido como efeito escada), o que aumenta a rugosidade da superfície das peças moldadas por injeção.
Uma solução comum é usar métodos de acabamento superficial, como lixamento, retificação ou tratamento químico para melhorar a qualidade da superfície do molde. No entanto, é um desafio realizar estas operações numa forma pequena com geometria complexa, o que é frequentemente o caso com formas impressas em 3D.
Ciclo de produção longo
O tempo de resfriamento é responsável por grande parte do ciclo de produção da moldagem por injeção. Como os metais geralmente têm maior condutividade térmica do que os materiais plásticos usados para moldes impressos em 3D, leva mais tempo para a matéria-prima fundida solidificar em um molde impresso em 3D do que em um molde de alumínio.
Por esse motivo, aconselhamos os fabricantes de moldes a calcular o tempo de resfriamento esperado para seus projetos de moldes de injeção antes de decidirem sobre um processo de fabricação.
Encolhimento e deformação
Encolhimento e empenamento são dois defeitos comuns de impressão 3D que afetam a qualidade de um molde de injeção impresso em 3D. Os plásticos são muito sensíveis ao calor e tendem a deformar (deformar) durante a moldagem por injeção.
À medida que o próprio molde se deforma, o formato de sua cavidade muda, afetando as dimensões finais da peça.
Na maioria dos casos, os projetistas de moldes podem mitigar esse problema criando tolerâncias de contração apropriadas em seus moldes. No entanto, para formas impressas em 3D, estas tolerâncias são difíceis de prever devido ao comportamento não uniforme das estruturas impressas em 3D.
Dicas e truques para moldes de injeção impressos em 3D
Esperamos que as informações acima sobre moldes de injeção impressos em 3D para moldagem por injeção tenham aumentado seu conhecimento sobre este tópico.
Nesta seção, daremos algumas dicas e truques úteis de nossos especialistas em design que o ajudarão a melhorar suas habilidades em design de moldes.
Melhore a condutividade térmica com materiais compostos
A alta condutividade térmica melhora o tempo de resfriamento durante a moldagem por injeção. Vários aditivos que melhoram a condutividade estão disponíveis no mercado, como grafeno, nitreto de boro, cargas metálicas (pó de cobre, flocos de alumínio), etc.
Revestimento de superfície
Uma grande desvantagem dos moldes de impressão 3D é a sua baixa resistência ao desgaste. Revestimentos de superfície adequados, como metal ou cerâmica, são muito úteis para melhorar as propriedades superficiais de moldes de injeção impressos em 3D.
Evite apoiar estruturas em superfícies interiores críticas
A maioria dos processos de impressão 3D utiliza estruturas de suporte para apoiar a peça durante o processo de impressão. Eles deixam marcas na peça depois que o finalizador os remove. Certifique-se de que nenhum desses suportes esteja nas superfícies que formam a cavidade do molde, pois seus traços também ficarão visíveis na peça.
Reduza a espessura da camada e a velocidade de impressão para obter melhor acabamento superficial
O acabamento superficial de um molde impresso em 3D depende da espessura da camada e dos parâmetros de velocidade de impressão da impressora 3D. Mantenha essas configurações baixas para obter um acabamento de superfície de impressão 3D mais fino.
Os ângulos de saída são ligeiramente mais altos do que os moldes de alumínio
Devido às diferentes propriedades dos materiais, as estruturas impressas em 3D exigem ângulos de inclinação maiores no molde. Os especialistas recomendam planejar um ângulo de inclinação médio de 3° para as superfícies verticais do molde de injeção.
Ventilação é fundamental
Frequentemente se formam bolsas de ar nas cavidades do molde, o que afeta a qualidade da superfície. Para evitar este problema, recomenda-se a existência de aberturas de ventilação rasas logo abaixo da superfície das cavidades.
Métodos de impressão 3D e materiais para fazer moldes
Nesta seção final, apresentamos brevemente algumas técnicas e materiais de impressão 3D adequados para formas de impressão 3D.
Processos comuns de impressão 3D
- Estereolitografia (SLA)
- Modelagem de Deposição Fundida (FDM)
- Jateamento de materiais
- Sinterização seletiva a laser (SLS)
Materiais comuns de impressão 3D
- ABS (acrilonitrila butadieno estireno)
- PETG (tereftalato de polietileno)
- PP (polipropileno)
- nylon
- Elastômeros termoplásticos (TPE)
Diploma
Isso conclui nossa discussão sobre o interessante tema dos moldes impressos em 3D para moldagem por injeção. Os moldes impressos em 3D são uma nova alternativa aos moldes de alumínio, oferecendo vantagens como economia de custos e tempo, bem como flexibilidade de design e são ideais para produção de baixo volume.
Suas desvantagens incluem menor integridade estrutural e resistência ao desgaste em comparação aos moldes metálicos, mas existem soluções especiais para eliminar esses problemas.
Perguntas frequentes
Quão caros são os moldes impressos em 3D em comparação com os moldes de metal?
Os moldes de impressão 3D são relativamente baratos em comparação com os moldes de metal. Normalmente, um molde impresso em 3D custa menos de US$ 200. Um molde de metal custa facilmente mais de US$ 5.000. Para produção de pequenos lotes, os moldes impressos em 3D são uma escolha clara.
Qual impressão 3D comum é melhor para moldes de injeção?
Se compararmos apenas FDM, SLS e SLA, recomendamos usar SLA para fazer moldes de injeção. Os produtos SLA são robustos, suaves e precisos. Os moldes FDM apresentam problemas de desmoldagem e não são tão lisos quanto os moldes SLA. Problemas semelhantes são comumente relatados com produtos SLS.
Como melhorar o tempo de resfriamento de um molde de injeção impresso em 3D?
Os moldes impressos em 3D não esfriam tão rapidamente quanto os moldes de metal devido à sua baixa condutividade térmica. Uma boa dica é usar ar comprimido para aumentar a transferência de calor por convecção ou usar pilhas substituíveis.
