Guia para prototipagem de elastômero

A prototipagem é uma fase chave do ciclo de vida de fabricação que normalmente liga o final do estágio de projeto com o início da produção. O processo permite que designers e engenheiros refinem o design de peças, obtenham feedback e ganhem a adesão das partes interessadas.

Os protótipos podem ser criados de várias maneiras. A prototipagem 3D rápida, que usa métodos de manufatura aditiva para produzir peças, tornou-se uma escolha cada vez mais popular para prototipagem porque permite que os engenheiros identifiquem problemas de projeto de forma rápida e econômica antes do início da produção. Isso ajuda a evitar revisões de ferramentas potencialmente caras ou demoradas, melhora a qualidade do produto e garante que a produção permaneça dentro dos prazos projetados.

No entanto, certas aplicações e materiais de peças não são adequados para prototipagem baseada em 3D. Processos como modelagem de deposição fundida (FDM) produzem peças não isotrópicas que podem ser mais frágeis e reagem de maneira diferente das peças de elastômero de produção, enquanto outros métodos aditivos podem ser limitados por opções de custo ou material.

Isso pode representar um desafio para moldagem de elastômero de prototipagem rápida, vedações e outras peças altamente elásticas com baixa dureza, onde a flexibilidade é uma característica desejável do material. Embora os desenvolvimentos nos métodos de manufatura aditiva tenham permitido aos engenheiros imprimir produtos de borracha ou “elastômero”, ainda há limitações para o que pode ser feito com a tecnologia. No entanto, componentes e protótipos de elastômero podem ser feitos de forma eficaz com métodos tradicionais de fabricação.

Métodos para produzir protótipos elastoméricos

Processos como moldagem por compressão e moldagem por transferência são métodos altamente eficientes para produzir peças de borracha, como gaxetas, vedações e O-rings, mas as ferramentas necessárias para fabricar projetos de moldes de compressão de borracha tendem a ter um preço alto. Os dois métodos tradicionais mais comuns para prototipagem de peças de borracha são a fundição de uretano e o corte sob pressão.

A fundição de uretano envolve a criação de um molde de silicone em torno de um padrão mestre com a geometria exata da peça final desejada. O padrão mestre pode ser usinado em CNC ou impresso em 3D, dependendo da aplicação e da complexidade geométrica. Uma vez que o molde esteja pronto, ele pode ser aberto e usado para criar réplicas altamente precisas do padrão mestre em volumes baixos. Uma vantagem significativa da fundição de uretano é que o processo permite mais durômetros e cores do que outros métodos de prototipagem de elastômero. O corte de chapas elastoméricas também é muito comum para juntas e vedações.

O fresamento CNC é um processo de fabricação subtrativo que usa ferramentas rotativas para cortar o material de forma rápida e eficiente de uma peça sólida, moldando assim a peça desejada. Esse método também pode ser usado para criar designs de borracha, mas há uma grande limitação de design:tentar cortar material elástico e flexível com qualquer grau de precisão é incrivelmente difícil. Por esta razão, apenas borrachas muito rígidas podem ser fresadas com eficiência.

A prototipagem de uretano fundido é uma maneira mais eficiente de criar peças de borracha macia. Se por algum motivo o protótipo precisar ser fresado, os engenheiros devem considerar a colocação de um colar logo acima da fresadora para evitar que a peça de borracha se mova. As peças de borracha também podem ser congeladas em nitrogênio líquido antes da fresagem para aumentar sua dureza.

Uma das principais vantagens dos protótipos de borracha de impressão 3D é a velocidade. Depois que o arquivo CAD é finalizado, as peças geralmente podem ser fabricadas em menos de um dia. No entanto, alguns métodos aditivos vêm com limitações de material, o que significa que, embora possam ser eficazes em testar o ajuste e a forma dos componentes, geralmente não são ideais para testes funcionais.

Algumas limitações de materiais variam de acordo com o processo. Um dos primeiros métodos de prototipagem de elastômero impresso em 3D usou sinterização seletiva a laser (SLS) com um material de base elástico. Os protótipos criados através do SLS exibem alguma elasticidade, mas ainda exibem rigidez relativa e são propensos a quebrar após flexões repetidas. Essas peças também costumam ter acabamentos de baixa resolução.

O desenvolvimento da tecnologia PolyJet permitiu que os engenheiros imprimissem vários materiais em diferentes combinações a partir do mesmo cabeçote. Isso permite a produção de protótipos que simulam com precisão as várias propriedades da borracha, incluindo durômetros que variam de 27 a 95 na escala de dureza Shore. Infelizmente, muitos materiais PolyJet não possuem a resistência dos verdadeiros protótipos de borracha, embora alguns materiais mais novos forneçam resistência e funcionalidade mais comparáveis.

A tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) da Carbon também pode ser usada para imprimir protótipos de elastômero, com uma vantagem do processo de permitir maiores propriedades isotrópicas. Esse método tem algumas limitações quando se trata de propriedades do material, durômetro, cor, complexidade da peça e tamanho da peça, mas pode ser usado para criar protótipos de borracha com qualidade de produção.

Prototipagem eficiente de peças de borracha

Os avanços tecnológicos tornaram muito mais fácil prototipar peças de elastômero de forma rápida e econômica, e permitir que as especificações de material necessárias determinem quais fabricantes de processo são essenciais para maximizar a eficiência. Se o protótipo pretende ser uma prova de conceito ou testar a forma e o ajuste dos componentes, então a eficiência proporcionada pela impressão 3D é difícil de superar. Por outro lado, a fundição de uretano tem muito menos limitações de material, o que muitas vezes será mais útil para fins de teste funcional.

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