Inovações que fazem a transformação avançar

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Construção leve, lotes pequenos e integração crescente com funções eletrônicas: as tendências gerais da indústria se refletem também no segmento da moldagem por injeção, em que os desenvolvimentos ocorridos nos últimos anos revelam soluções notáveis para os mais diferentes impasses. Paralelamente a isso, os fabricantes de equipamentos percorreram seu caminho em silêncio: processos controlados de forma precisa constituem a base para muitas aplicações, e agora parece que injetoras “auto-otimizáveis” não são mais utopia.

Christoph Jaroschek

Data: 28/07/2017

Edição: PI Junho 2017 - Ano - 19 N^o 226

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A revisão a seguir apresenta as inovações desenvolvidas ao longo dos últimos anos na área na moldage por injeção, sem avaliá-las (e sem pretensão de que ela seja completa). Cada um pode considerar por si qual importância cada um desses desenvolvimentos deverá ter para o setor ou ainda para sua própria empresa.

Moldagem por injeção com barreira para recipientes de conservas

É bem conhecido que a utilização de plásticos levanta muitas questões interessantes. No caso de recipientes na área de embalagens a difusão de oxigênio é um problema. No caso de produtos moldados por extrusão e sopro pode-se fazer com que sua camada interna seja constituída por filmes muito finos de resinas altamente impermeáveis ao oxigênio (EVOH ou PA) por meio de coextrusão. Efeito semelhante pode ser conseguido por meio da moldagem por injeção com barreira.

De forma diferente do observado no processo sanduíche, aqui duas resinas fundidas são simultaneamente de através de conduzidas um bocal coaxial. para a Por cavidameio de uma simples regulagem do fluxo volumétrico do componente de barreira que flui internamente é possível controlar, de forma muito precisa, a espessura da camada para proteção contra difusão uniformemente distribuída – desde o início do desenvolvimento já era possível alcançar menos de alguns poucos décimos de milímetros. Esta tecnologia foi desenvolvida pela empresa norte-americana Kortec e suas características gerais foram apresentadas já na edição 2007 da feira K (figura 1).

Desde 2014 a Kortec faz parte do conglomerado Milacron, o qual englobou há pouco tempo o fabricante de canais quentes Mold-Masters. A Milacron, com estas e outras aquisições, passou de fabricante de máquinas para fornecedora de sistemas, desenvolvendo competência de forma estratégica, particularmente na fabricação de embalagens. Enquanto a Kortec atua como usina de ideias e até o momento seus componentes técnicos são predominantemente manufaturados por terceiros, os canais quentes especiais são fabricados pela própria Mold-Masters, sendo o sistema completo fornecido pela Milacron. Basicamente a “tecnologia de barreira” está sendo ofertada como um pacote de modernização para máquinas já existentes; neste caso é utilizado um sistema acessório de moldagem desenvolvido pela MoldMasters, incluindo um sistema próprio para efetuar o controle.

Um mercado muito importante e lucrativo é o de recipientes para conservas e que no momento vem passando pela revolução da chamada “lata transparente”. Esses recipientes feitos de polipropileno (figura 2) tornam-se capazes de conservar seu conteúdo de forma prolongada por conta da incorporação de uma camada de barreira interna constituída de EVOH. A Kortec já tem experiência com recipientes feitos de plástico para esta aplicação, já dispondo de um molde com até 32 cavidades, o qual incorpora sua tecnologia de co-injeção.

Componentes eletricamente condutores, metalizados com tinta especial

Muitas peças feitas de plástico são usadas como componentes de grupos construtivos ou servem como gabinete para proteção de um grupo construtivo. Uma expansão essencial de função que frequentemente eleva a importância das peças de plástico consiste em torná-las eletricamente condutoras. Há muito tempo já são conhecidos os dispositivos moldados para interconexão (MID, molded interconnected device), constituídos por uma placa sobre a qual estão soldados componentes eletrônicos e uma carcaça para proteção. Um exemplo desse tipo é o dedo da manopla de um robô (figura 3), o qual foi desenvolvido dentro de um projeto bem-sucedido pelo grupo de excelência interdisciplinar “tecnologia de interação cognitiva” (Cited) da Universidade de Bielefeld.

Há diversos processos que podem ser usados para a fabricação dos dispositivos moldados para interconexão, os quais devem estar associados a uma galvanização posterior. Pode-se, por exemplo, fabricar um componente usando o processo de sobremoldagem por injeção com dois componentes, em que um deles é galvanizável. Podem ser produzidas estruturas finas por meio do processo de estruturação direta a laser (Laser-Direkt-Strukturierverfahren, LDS). Neste caso o material moldado por injeção precisa estar dotado de núcleos metálicos. Após a moldagem por injeção ocorre a “escrita a laser”, na qual um feixe de laser remove camadas muito finas de plás tico a partir da superfície da peça e libera os núcleos de metal.

As peças de plástico assim tratadas podem ser imediatamente niqueladas ou cobreadas por meio de processos químicos. Aqui os átomos de metal se precipitam a partir de uma solução líquida sobre as trilhas que foram anteriormente gravadas pelo laser. Caso necessário, pode-se aumentar a espessura dessas trilhas metálicas contínuas por meio de processos galvânicos (ou seja, eletroquímicos).

Uma novidade dentro do processo de estruturação direta a laser é o uso de tintas com núcleos metálicos. Dessa forma agora é possível galvanizar, de forma localizada, componentes que não tenham passado pelo processo de nucleação. A tinta deve ser aplicada sobre o substrato e o processo de estruturação a laser pode ocorrer imediatamente. Dessa forma, agora os dispositivos moldados para interconexão (MIDs) também podem ser produzidos usando componentes metálicos (figura 4) – isso é particularmente vantajoso no caso de luminárias com LEDs, pois dessa forma a considerável quantidade de calor emitida pela parte posterior da lâmpada pode ser conduzida de forma eficiente pelo corpo metálico da luminária. O uso dessa tinta permite que protótipos sejam confeccionados por meio de processos como estereolitografia, sinterização seletiva a laser ou modelamento por deposição por meio de fusão, visando o aperfeiçoamento dos dispositivos moldados para interconexão.

Moldagem por injeção integrando metal e plástico

Às vezes as boas coisas são muito simples. O Instituto para Transformação de Plásticos (Institut für Kunststoffverarbeitung, IKV), em Aachen, Alemanha, e o fabricante de moldes Krallmann, ao desenvolver a moldagem integrada por injeção de metal e plástico (Integrierten Metall-Kunststoff-Spritzgieâens, IMKS), combinaram a moldagem por injeção de resinas e a fundição sob pressão de metais numa mesma máquina, alocando eficientemente os recursos disponíveis. Já foram feitas muitas tentativas para tornar os plásticos condutores, o que possibilitou o desenvolvimento de processos de sobremoldagem que permitem a fabricação imediata de componentes com funcionalidades elétricas. O novo método processa ligas à base de estanho para solda diretamente no estado fundido. Ligas para brasagem fraca à base de estanho e zinco possuem ponto de fusão ligeiramente abaixo de 200°C nas proximidades da região eutética e possuem condutividade de cerca de 6 x10 6 S/M, que corresponde aproximadamente a 10% do valor do cobre.

Em aplicações que não requerem potências elétricas muito altas, pode-se perfeitamente pensar em substituir completamente a fiação feita com fitas de cobre pelas ligas para brasagem fraca. Esse desenvolvimento iniciou-se em 2009. Foi determinado numa série de ensaios (análogos ao teste envolvendo escoamento da resina ao longo de uma espiral) até que ponto uma liga de brasagem fraca fundida poderia fluir através de diferentes espessuras de parede e larguras de canal. Finalmente, a Krallmann desenvolveu um prático e pequeno periférico para efetuar a fusão com um êmbolo para injeção, o qual pode ser parafusado diretamente ao molde.

Esse método é essencialmente uma versão simplificada do processo com múltiplos componentes – e, ao ser apresentado pela primeira vez, produzia uma luminária de mesa (figura 5) usando um molde com três estações –, que é um conhecido de longa data. Contudo, essa constatação de forma alguma deve rebaixar seu potencial de inovação. Finalmente, deve-se ter consciência de que projetos bem-sucedidos frequentemente são baseados em ideias simples – elas apenas precisam ser concebidas.

Filmes condutores e capacitivos

A empresa finlandesa Canatu, líder na produção de filmes transparentes condutores, em parceria com o grupo Schuster e a Display Solution AG, apresentou um sensor por contato de múltiplos toques, moldado tridimensionalmente, para aplicação na indústria automobilística. A peça de demonstração foi um exemplo de painel com múltiplas funções requerendo toques de cinco dedos (figura 6). Há muito tempo os projetistas de automóveis desejavam telas sensíveis ao toque com formato tridimensional livre que pudessem ser integradas para uso em painéis de instrumentos e consoles centrais, mas até o momento a tecnologia apropriada ainda não se encontrava disponível. Há algum tempo os três parceiros apresentaram uma solução inédita para atender a essa demanda.

Um filme especial é impresso com nanopartículas condutoras invisíveis (Carbon NanoBuds, CNB In-Mold-Film). Primeiramente, o filme é concebido de acordo com a aplicação requerida e então contra-injetado usando o processo de rotulagem no molde (IML, In Mold Labelling). A adoção de um raio de dobramento de 1 mm permite reproduzir praticamente toda a superfície do molde. O filme pode ser alongado em até 120% e conformado sem que perca suas características de condutividade. Outras empresas, como a Plastic Electronic, a Fundação Kurz Stiftung, com sua filial PolyIC, e, atuando de forma cooperativa, a Kunststoff Helmbrechts e MID_Tronic, tomaram outros caminhos.

Tintas de poliuretano

Uma história que talvez nunca tenha fim é a otimização das superfícies dos plásticos: como fabricar componentes com aparência atraente que apresentem máxima durabilidade possível sem precisar recorrer a processos subsequentes dispendiosos?

O assim chamado processo ColorForm é uma solução para muitas questões envolvendo o beneficiamento de superfícies. Este processo é resultado de um trabalho conjunto entre a KraussMaffei Technologies, fabricante de máquinas para a transformação de plásticos, o fornecedor automotivo Duroi Automotive Systems e a Panadur, fabricante de sistemas de pintura à base de poliuréia aplicada de múltiplas formas. Logo após o início desse desenvolvimento já se dispunha de um processo de moldagem por injeção subdividido em duas etapas. Contudo, ele não usava termoplástico, mas sim uma tinta de poliuréia constituída por dois componentes.

Ambos os componentes da tinta são misturados logo depois de alcançar a cavidade do molde e são injetados sob uma temperatura de aproximadamente 70°C sobre a superfície de um componente rígido confeccionado na primeira etapa do processo. Devido à baixa viscosidade do sistema de poliuretano utilizado, é mais adequado usar aqui o termo “inundação”. A mistura de tinta ainda não curada pode fluir através de um longo trajeto, mantendo uma espessura média de parede de 0,3 mm, mesmo sobre raios estreitos. A reação de cura ocorre de forma tal que o componente “inundado” (figura 7) pode ser retirado poucos segundos depois, usando uma pinça com sucção, sem que sejam deixadas marcas sobre a superfície do componente.

A reação de reticulação termina efetivamente poucas horas após a produção da peça. Esse sistema de pintura não usa solventes e é especialmente robusto após a cura. Ele atendeu a diversos testes de solicitações mecânicas e químicas sem danos significativos em comparação com outras amostras em que se usou tinta em pó.

Esse processo proporciona vantagens muito distintas. A tinta incolor é transparente, de forma que uma camada com espessura de 0,3 mm dá origem a um efeito de profundidade muito pronunciado. Portanto, o sistema com tintas coloridas é adequado para encobrir totalmente defeitos superficiais das peças brutas moldadas por injeção. A tinta com baixa viscosidade reproduz estruturas de maneira quase arbitrária. Dessa forma é possível, por exemplo, aplicar letras de maneira muito fácil e eficaz sobre a superfície – apenas, infelizmente, sem contraste ou em múltiplas cores.

As características táteis aplicáveis dos sistemas de poliuretano variam desde uma superfície lisa até outra com aparência de couro. Enquanto os processos de coloração e moldagem já estabelecidos no mercado – conforme a qualidade da superfície do molde na cavidade de “inundação” – produzem superfícies coloridas em tons plenos com alto brilho, foscas ou texturizadas, uma variante expandida de processo abre novas possibilidades de design, rumo a superfícies com efeitos metálicos nobres e, simultaneamente, com maior resistência mecânica.

Moldes com controle dinâmico de temperatura

No caso de peças convencionais moldadas por injeção, vale a regra de que quanto maior for a temperatura do molde, melhor a resina fundida reproduzirá as estruturas superficiais da cavidade. Mas agora há um conflito a ser resolvido, uma vez que, no caso das resinas termoplásticas, o fundido precisa ser mais rápido e amplamente resfriado para que o componente se torne rígido o suficiente para ser desmoldado. Sob esse aspecto, a temperatura superficial do molde precisa ser a mais baixa possível.

Essa contradição pode ser resolvida por meio de um controle cíclico de temperatura. Neste caso a temperatura superficial da cavidade se altera de forma rápida dentro de um mesmo ciclo. O objetivo aqui é obter a temperatura mais alta possível no momento em que a resina fundida está sendo introduzida no molde. Conforme a densidade de potência disponível, a etapa de aquecimento pode iniciar no final da fase de resfriamento ou com a abertura da injetora. A etapa de resfriamento pode ser ativada imediatamente após a deposição da resina fundida sobre a superfície do molde.

Em princípio, essa tecnologia não é adequada numa época em que a economia de energia é tão importante. Apesar disso, esse tema visivelmente ganhou importância nos últimos anos. Entre as diversas possibilidades técnicas, o uso de um dispositivo para controle de temperatura com dois circuitos é a mais simples; devidamente programado, ele pode aquecer e resfriar de forma alternada.

Para “zonas-problemas” locais – isso ocorre, por exemplo, em machos alongados e longos – há o sistema varioGT, fabricado pela gwk, o qual dispensa o uso de água. O meio usado para o controle de temperatura neste caso é o gás carbônico, o qual se encontra em forma líquida sob temperatura ambiente e pressões superiores a 50 bar. Se esse fluido for expandido na região do molde ocorrerá uma mudança de fases acompanhada por um forte resfriamento. O gás que então surge pode ser reconduzido ao equipamento para o controle de temperatura e, então, aquecido acima de 300°C. Ele pode ser aproveitado nesse estado para aquecer o molde (figura 8).

Do ponto de vista energético é muito oportuno efetuar o aquecimento indutivo de regiões do molde. Essa tecnologia foi apresentada em 2008 sob a designação “Indumold”, tendo sido desenvolvida inicialmente pelo Instituto de Plásticos Lüdenscheid e desde então aperfeiçoada pela RocTool. Devido às características técnicas do aquecimento indutivo, inicialmente só a superfície é aquecida. Posteriormente, em razão da condutibilidade térmica do aço, ocorre então o aquecimento da parte do molde abaixo da superfície. Isto também é importante pelo fato de que a temperatura após o desligamento do aquecimento por indução não irá cair novamente de forma acentuada. Contudo, uma vez que apenas uma região muito limitada do molde será aquecida, por um lado o resfriamento será muito rápido e, por outro, o consumo de energia será muito pequeno.

De acordo com a RocTool, a região da cavidade de um molde pesando 3,5 t será aquecida desde 85 até 170°C dentro de um período de 5 s sob potência de 100 kW. Isso corresponde a um aporte de energia proporcionalmente pequeno, da ordem de 20 kJ. Tecnologias alternativas, com o molde aquecido de dentro para fora, obrigatoriamente promovem o aquecimento de regiões maiores, elevando automaticamente o consumo de energia.

Ainda assim, em outras oportunidades os fabricantes desejam aumentar ainda mais a eficiência energética.

A maior parte do consumo de energia de uma injetora é requerida pelo aquecimento do canhão e pelo movimento rotativo da rosca de plastificação na alimentação. A empresa Dr. Boy priorizou essas demandas para otimizar o processo de plastificação do ponto de vista energético. Conforme o cliente analisado, foi possível reduzir o consumo de energia associado ao aquecimento em até 40%, e também reduzir significativamente a perda de energia na alimentação por meio da utilização de uma unidade EconPlast. Também se elevou a eficiência da transferência de calor e a precisão do controle de temperatura. Além disso, o sistema reduziu os tempos de partida e de aquecimento, bem como diminuiu a taxa de geração de rejeitos, em função de uma condução do processo mais adequada ao material e com menor nível de fricção.

Inovações invisíveis

Na prática é fundamental não apenas elevar a produtividade, eficiência e disponibilidade das máquinas e soluções de sistemas, mas também elevar a estabilidade e a consistência do processo. Neste caso, por vezes as inovações são pouco visíveis.

Até o momento foi dada preferência a injetoras controladas cujos deslocamentos de ciclo para ciclo são uniformes. Porém, quando ocorrem alterações na qualidade do material que está sendo introduzido, afetando sua fluidez, é necessário reajustar os parâmetros da injetora para que a qualidade do componente que está sendo produzido não se altere. Até o momento, uma possível solução para esse problema está no uso do controle adaptativo, o qual efetua uma correlação com a qualidade a partir dos valores reais obtidos nos ciclos passados e, a partir dela, efetua o ajuste dos parâmetros programados. Aqui pode-se mencionar especialmente o processo Lego(1), em que o valor da pressão de injeção é ajustado com base no índice médio de fluidez dos últimos dez ciclos. Há mais de trinta anos a produção de pecinhas para o brinquedo Lego é feita com injeção de resina sob pressão limitada, ou seja, a velocidade de injeção é reduzida em função da limitação de pressão à medida que ocorre o preenchimento crescente da cavidade do molde. O valor selecionado para a limitação da pressão corresponde ao da pressão de compactação. No caso de resinas com pior fluidez, também o tempo de preenchimento se torna automaticamente mais longo. Dessa forma ocorre o aumento do índice de fluidez e a pressão é corrigida para valores superiores nos ciclos seguintes, até que o índice de fluidez corresponda aos valores anteriores constatados para o ciclo de referência.

Agora, com os atuais processadores de alta velocidade, também é possível efetuar correções dentro de um mesmo ciclo. Dessa forma é possível, usando o pacote de programas computacionais desenvolvidos por dois fabricantes de máquinas – controle de peso iQ, da Engel, e APC (Adaptive Process Control ou controle adaptativo de processo), da KraussMaffei –, ajustar automa ticamente o ponto de comutação e a pressão de compactação (figura 9).

A estratégia do programa APC foi definida de forma que, ao longo do processo de injeção, ao alcançar o valor definido automaticamente para a pressão inicial da resina fundida, é feita a medição da pressão de injeção ao longo de um período de tempo igualmente definido como constante e então é calculado o valor da integral. Uma vez que a evolução das curvas de pressão de injeção é característica para cada tipo de molde e, no caso de resinas fundidas com piores características de fluxo, se desloca para valores superiores ou (conforme o caso, se a válvula de não-retorno se fechar) para a esquerda ou direita, o valor medido da integral (índice de viscosidade CI) precisa ser constante em relação ao índice de preenchimento total.

O índice de preenchimento total corresponde ao valor da integral da pressão de injeção ao longo do tempo total de injeção. No caso de ciclos de referência conhecidos, há uma relação entre o índice de viscosidade e o de preenchimento. A partir do valor dessa razão e do valor alterado do índice de viscosidade relativo a um ciclo de referência, pode-se determinar um novo valor do índice de preenchimento para o ciclo atual. Se agora, por exemplo, a válvula de não-retorno se fechar um pouco mais tarde do que ocorria no ciclo de referência, a medição do índice de preenchimento é igualmente retardada, resultando no fato de que o índice de preenchimento determinado pelos cálculos será alcançado mais tarde. Em consequência disso, a comutação também ocorrerá com atraso.

Se ocorrer alteração da fluidez e, consequentemente, da pressão de injeção, ocorrerá posteriormente um ajuste proporcional da pressão de compactação. Dessa forma são reduzidas as oscilações dos níveis de qualidade e da taxa de rejeitos da produção. Isso é particularmente útil para a transformação de resinas recicladas de forma integral ou parcial. Aqui as oscilações na fluidez são quase pré-programadas e, portanto, uma adaptação automática dos parâmetros de processo é particularmente relevante.

A Engel também oferece, com a família de programas computacionais iQ, uma solução para melhorar a extração de ar do interior dos moldes. Normalmente não é necessário reduzir a força de fechamento da injetora, desde que ela não esteja trabalhando com moldes de alumínio ou que sejam realmente pequenos demais para ela. O programa “iQ Clamp Control” (iQ para controle de fechamento) calcula a respiração do molde com a ajuda de uma célula de carga do sistema de fechamento. Dessa forma, para um ciclo de referência, a força de fechamento será reduzida automaticamente até um grau definido de respiração, sob o qual não ocorre a formação de rebarba. Dessa forma será facilitada a extração de ar do molde. Porém, quando ocorrer alteração da pressão de injeção decorrente da troca de material ou da fração de resina reciclada na formulação, a força de fechamento poderá ser ajustada automaticamente, de forma a continuar impedindo a formação de rebarbas. O operador não precisa se preocupar com a força de fechamento quando houver alterações dos parâmetros de ajuste da injetora.

Construção leve com reforço de fibras infinitas

É surpreendente que o tema da construção leve esteja pouco presente na literatura nos últimos tempos. Ainda assim, não se pode falar em ausência de atividades nessa área: pode-se mencionar como um exemplo representativo das muitas atividades que vêm sendo desenvolvidas nesta área o trabalho feito pelo Open Hybrid LabFactory (Laboratório-Fábrica Híbrido Aberto), em Wolfsburg, Alemanha, o qual desenvolve, por meio de uma união formalizada e em estreita cooperação com a Universidade Braunschweig e muitos parceiros industriais que atuam na fabricação de tecnologias de manufatura adequadas para grandes séries, a produção econômica e ecologicamente sustentável de componentes híbridos que apresentam construção leve, feitos com metais, plásticos e estruturas têxteis. Aqui se reproduz a cadeia completa para a agregação de valor aos componentes híbridos: desde o projeto conceitual, passando pela fabricação de fibras de carbono e pelos processos híbridos de fabricação, até a reciclagem.

A construção leve ainda se encontra em estágio de desenvolvimento e continuará sendo um tema importante. As chapas orgânicas (ver figura no início do artigo), juntamente com os não tecidos feitos com fibras infinitas, constituem tópicos promissores. Uma inovação nesse campo é o produto comercializado pela EMS-Chemie sob a designação “EMS Tape Technology” (tecnologia de fita da EMS), no qual todas as fibras encontram-se dispersas regularmente na direção da fita e totalmente impregnadas com poliamida. Este desenvolvimento foi feito a partir da constatação de que, em muitas aplicações, há apenas algumas poucas regiões dos componentes que precisam ser reforçadas mecanicamente. Por exemplo, as fitas podem elevar massivamente a resistência de cordões de solda existentes num componente. Um trabalho cooperativo feito com a Escola Superior de Tecnologia de Rapperswil, na Suíça (HSR – Hochschule für Technik Rapperswil), conseguiu desenvolver as tecnologias para a aplicação das fitas e, a partir dos parâmetros investigados, foram criadas peças especialmente para demonstrar o potencial dessa nova técnica (figura 10).

Os resultados dessa investigação mostraram que a resistência mecânica da região com cordões de solda podia até duplicar por meio da aplicação de uma única fita. Os níveis objetivados de resistência à flexão foram alcançados de forma quase independente da estrutura da peça-base, mantendo-se iguais sob altos ou baixos graus de orientação, ou até mesmo se enfraquecida pela presença do cordão de solda. Também outras propriedades, tais como a tendência à fluência ou resistência à fadiga (sob tensões com sinal alternado ou não) a longo prazo, foram melhoradas por meio dessa nova técnica.

Compósitos moldados por injeção com partículas de espuma

O conceito de construção leve pode ser entendido de formas diferentes. Para alguns é o uso do plástico como alternativa ao aço, desde que as propriedades mecânicas do primeiro material sejam equivalentes ao máximo possível às do aço ou até melhores. Neste caso, raramente a solução passa pelos materiais reforçados com fibras. Para outros, a construção leve significa apenas aplicações objetivando o menor peso possível, o que pode incluir o uso de poliestireno expandido: podem ser usadas partículas de espuma feitas, por exemplo, com esse mesmo material – mas que, em princípio, não oferecem muitas possibilidades de processamento por meio de moldagem por injeção, uma vez que as possibilidades geométricas são restritas.

Uma nova solução proposta para este caso é a moldagem por injeção de compósitos com partículas de espuma (Partikelschaum-Verbund-Spritzgieâen, PVSG), a qual foi desenvolvida ao longo de muitos anos, de forma cooperativa, entre as empresas Krallmann e Ruch Novoplast, mais a fabricante de injetoras Arburg. Inicialmente, um pré-componente feito de poliestireno expandido é sobremoldado de forma convencional com resina termoplástica. Pode-se fabricar dessa maneira, por exemplo, um adaptador, o qual reproduz uma rosca métrica definida (figura 11). O poliestireno expandido é suficientemente estável ao calor e resistente à pressão, de forma que o processo de sobremoldagem não provoca danos a ele, desde que se respeite uma janela de processo definida.

Por sua vez, este adaptador agora pode continuar a ser processado, sendo introduzido num molde para espuma para fabricar componentes maiores com montagem fácil. A confecção das partículas de espuma é feita aquecendo microesferas expansíveis de poliestireno sob ação de vapor aquecido, sob temperaturas acima do ponto de transição vítrea, quando elas se expandem devido à presença do agente de expansão em seu interior e se sinterizam. O pré-corpo do adaptador é obrigatoriamente aquecido nessa etapa do processo, unindo-se fortemente, a nível molecular, com as microesferas de poliestireno sinterizadas, formando assim uma peça única. Os novos desenvolvimentos que vêm sendo feitos têm como objetivo integrar ambos os processos numa única máquina.

Essa combinação possibilita múltiplas aplicações como, por exemplo, na área de equipamentos portáveis, carcaças para equipamentos eletrônicos, ferramentas elétricas, interior de automóveis, componentes para carrocerias, elementos para reforço e muitas outras mais. E isso porque um adaptador sobremoldado sobre partículas de espuma está livre de (quase) todas as limitações. A técnica convencional para agregação anteriormente disponível somente conseguia integrar de maneira muito deficiente um componente feito com partículas expandidas a grupos construtivos.

Moldagem por injeção de metal sem pó e núcleos

Os plásticos apresentam múltiplas aplicações. Porém, em alguns casos os metais são mais adequados. Devido à grande liberdade de configuração geométrica típica das peças moldadas por injeção, foram desenvolvidos no passado processos para a fabricação de peças metálicas por meio desse processo. Entre eles se encontram a moldagem por injeção de pós metálicos (Pulvermetallspritzgieâen, PIM) e a tixomoldagem.

Há pouco tempo a Engel, em conjunto com a Liquidmetal Technologies, apresentou um novo processo. Uma liga constituída por zircônio, mais pequenas adições de cobre, níquel, alumínio e titânio, constituem o núcleo deste novo processo. Ela apresenta ponto de fusão de 785°C e solidifica-se de forma amplamente eutética. De forma diferente do que ocorre na tixomoldagem, sob a temperatura de processamento de 1.100°C não há um sistema de duas fases formando-se a partir do metal líquido, nem núcleos cristalinos. O metal líquido dessas ligas apresenta viscosidade consideravelmente baixa e se solidifica, sob velocidades de resfriamento superiores a 10°C/s e em moldes sob temperatura de 250°C, de forma amplamente amorfa (não-cristalizada).

Independentemente dos detalhes técnicos desta liga, as propriedades desse material sob temperatura ambiente são interessantes. Essa liga de zircônio apresenta contração de 0,4% após a solidificação, possibilitando obter dimensões muito precisas. Essa liga é muito elástica, devido à recristalização que ocorre a cerca de 450 até 500°C, apresentando alongamento de 1,8%, e apresenta alta resistência à corrosão. Além disso, ela permite evitar as várias etapas de processo associadas à moldagem por injeção de pós metálicos, como a remoção do ligante da peça verde antes da sinterização e a sinterização propriamente dita – neste caso o componente sai pronto da injetora. Essas características tornam esse material muito interessante para aplicações em tecnologia médica e para pequenos bens de luxo com alto valor, como relógios ou smartphones (figura 12). A indicação para artigos de luxo é muito apropriada, uma vez que as cotações de venda desse material muito interessante estão em torno de 150 dólares por quilo.

A Engel desenvolveu um periférico para injetoras que efetua o processamento descrito anteriormente, o qual possui um forno integrado para fusão por indução. Seções pré-cortadas de pinos cilíndricos feitos com esta liga são posicionadas ao lado do molde, de forma semelhante a uma arma carregada pela boca, e introduzidas na máquina. O molde é submetido a vácuo, evitando que a liga fundida sofra uma oxidação intensa e indesejada. Devido ao forte resfriamento que ocorre durante o processo, a injeção de metal ocorre sob alta velocidade, da ordem de 500 mm/s.

Pequenos componentes

Os requisitos associados às peças muito pequenas são grandes. Deve-se diferenciar aqui as minipeças e os componentes microestruturados, que normalmente são grandes e por esse motivo necessitam de moldes com recursos de controle cíclico de temperatura. Por sua vez, no caso das minipeças, cujo peso de resina injetada é muito baixo, são necessários conceitos específicos de equipamento.

A Arburg desenvolveu para esse caso uma unidade de microinjeção com controle preciso e cursos com pequenos comprimentos, bem como altas características dinâmicas de preenchimento. Ela combina uma rosca opcional de 18 ou 15 mm para fusão das resinas com uma rosca de 8 mm para injeção. Dessa forma podem ser processados grânulos de resina com tamanho normal e todos os outros materiais usuais. O granulado é processado inicialmente na unidade de injeção, inclinada a um ângulo de 45° em relação à horizontal, através da rosca para pré-plastificação acionada servoeletricamente. Com relação à profundidade das espiras, a rosca de plastificação foi construída de maneira similar a uma rosca convencional com três zonas. A seguir o material fundido é deslocado para a unidade de injeção. A rosca de 8 mm foi concebida de forma a ser usada unicamente para transporte e processa o material dentro do princípio “FiFo” (first in-first out, ou seja, “o primeiro que entra é o primeiro que sai”).

Um sistema totalmente diferente foi desenvolvido pela empresa canadense especializada em canais quentes, a Mold Hotrunner Solutions (MHS), com a injetora M3. Trata-se essencialmente de um molde com injeção automática dotado de quatro grupos de cavidades, as quais são preenchidas por meio de um êmbolo pneumático de injeção integrado. Do ponto de vista técnico, os processos convencionais de injeção e compactação tiveram sua escala compatibilizada para as menores dimensões envolvidas. Uma vez que no caso das peças pequenas moldadas sob altas pressões de injeção nunca se alcança o limite da força de fechamento, o processo pode ocorrer de forma isocórica (ou seja, sob volume constante). Isso significa que o processo transcorre sob níveis muito altos de constância, requerendo baixo esforço de regulagem. Esse molde automático é fechado usando eletroímãs. A resina fundida é preparada usando uma rosca para pré-plastificação.

Nos últimos anos foi completada toda uma série de estudos de viabilidade que, apesar das diferenças apresentadas entre eles, deixam claro como os processos de microinjeção são específicos de acordo com a aplicação envolvida e, simultaneamente, apresentam ampla variabilidade.

A partir das constatações feitas por esses estudos, em que se observou que nem toda aplicação dá origem a uma produção anual acima de 100 milhões de unidades, que é a capacidade permitida pela injetora M3, a MHS então se voltou para um equipamento de menor porte, a injetora M3 Mini, a qual deve atender o mercado que requer menor número de peças produzidas por lote (figura 13). Os parâmetros de ajuste são correspondentemente menores e o volume de dosagem maior, mas para um número menor de cavidades. A flexibilidade nos canais quentes depende do arranjo dos bocais e da manipulação das peças.

Portanto, a tendência observada está partindo da injetora tradicional e se deslocando rumo à automação e ao controle de processos. O módulo construtivo também precisa ser ajustado de forma flexível entre os seus componentes, de forma que a célula de produção global satisfaça os requisitos específicos dos clientes. Os resultados práticos obtidos até agora com materiais dos mais diversos possíveis e, particularmente, com termoplásticos de engenharia como, por exemplo, PC ou PA, estão sendo muito positivos.

Formato livre sem molde

A necessidade de reduzir cada vez mais o tamanho dos lotes de produção constitui uma tendência global. A causa para essa demanda está no desejo por produtos individualizados, cujo número deverá aumentar ainda mais com o advento da chamada “indústria 4.0”. No caso específico da moldagem por injeção esse desenvolvimento é muito incômodo pois, devido aos altos custos do ferramental, em princípio esse processo é lucrativo somente para um grande número de unidades produzidas.

A fabricante de injetoras Arburg conseguiu um destaque surpreendente ao desenvolver uma máquina para manufatura aditiva (modelo Freeformer). Nela, a resina fundida é livremente injetada, ou seja, processada sem o uso de moldes. Esse processo é amplamente conhecido como modelamento por deposição de material fundido (Fused Deposition Modeling, FDM) dentro da prototipagem rápida. Neste processo um filamento de plástico é fundido continuamente por um bocal aquecido e assim distribuído através de um bocal que se desloca ao longo de dois eixos. Dessa forma o componente é “impresso”, camada a camada.

A máquina Freeformer resolveu dois problemas que são inerentes a essa tecnologia. Havia a ocorrência de irregularidades quando o processo convencional de modelamento por deposição de material fundido tinha de reproduzir regiões com bordas agudas em cantos, uma vez que a descarga de plástico fundido não apresentava sincronia exata com a velocidade de deslocamento do cabeçote de impressão. Já a máquina Freeformer possui um sistema de válvulas-agulha em seu bocal, o qual funciona permanentemente sob alta frequência. Dessa forma, pequenas gotas de polímero fundido se agregam entre si sobre a camada que está sendo constituída.

Há ainda uma segunda vantagem, uma vez que a máquina trabalha com um reservatório de resina fundida. Dessa forma é possível usar os granulados de plástico convencionais, os quais são fundidos em pequenas unidades periféricas para plastificação. A resina fundida é continuamente mantida sob pressão, de forma que ela é injetada assim que ocorre a abertura das válvulas-agulha. Portanto, nas regiões com bordas agudas nos cantos da peça, a válvula-agulha pode simplesmente se fechar. Uma segunda unidade de descarga permite que a máquina também produza peças constituídas por dois componentes ou estruturas de apoio para geometrias complexas, as quais podem ser facilmente removidas num banho de água (figura 14).

Conclusões

As inovações aqui apresentadas enquadram-se, ainda que de forma parcial, nas tendências gerais de construção leve, lotes pequenos e plásticos inteligentes ("smart plastics”). Se fosse necessário definir a tendência dominante na área de moldagem por injeção, a mais provável seria a combinação com outros processos. A moldagem por injeção já se encontra altamente desenvolvida e as inovações ocorrem na área de produtos especiais. Muitos fabricantes de máquinas injetoras não mais encaram seu portfólio como uma coleção de máquinas, mas sim oferecem soluções para produção definidas especificamente conforme os diferentes segmentos industriais.

Referências Bibliográfica

As referências bibliográficas deste trabalho podem ser encontradas no seguinte endereço da internet: http:// www.kunststoffe.de/1105572.