Revolucionando a Produção de Moldes: Impressão 3D na Indústria de Fabricação de Moldes

A indústria de moldes é uma das mais longevas e está relacionada a todas as áreas da indústria manufatureira. Nos tempos modernos, manufatura e moldes são altamente dependentes, e incontáveis componentes de produtos são fabricados por moldagem (injeção, sopro e silicone) ou fundição (fundição em molde, centrifugação e estampagem). Independentemente da aplicação, o molde pode melhorar a eficiência e o lucro enquanto garante a qualidade.

A usinagem CNC é a técnica mais comum para fabricar moldes. Embora forneça resultados altamente confiáveis, também é muito cara e demorada. Portanto, muitos fabricantes de moldes buscam alternativas mais eficazes. Fabricar moldes a partir de manufatura aditiva por camadas (ALM, ou seja, impressão 3D ou manufatura aditiva) é um método mais atraente, especialmente porque moldes são tipicamente produzidos em pequenos lotes e têm formas mais complexas, tornando-os bem adequados para impressão 3D.

Hoje, a impressão 3D e uma variedade de materiais de impressão (plásticos, borrachas, compósitos, metais, ceras e areias) trouxeram grande conveniência a muitas indústrias como automotiva, aeroespacial e saúde/medicina, e muitas empresas integram a impressão 3D em suas cadeias de suprimentos, incluindo a fabricação de moldes. Quais benefícios a fabricação de moldes pode obter com a tecnologia de impressão 3D? Na verdade, a tecnologia de impressão 3D pode ser usada nos seguintes aspectos da fabricação de moldes:

• Moldagem (sopro, LSR, RTV, EPS, injeção, molde de polpa, núcleo solúvel, molde FRP, etc.)
• Fundição (Molde de Areia, Centrifugação, Termoformagem, Hidroformagem de Metal, etc.)
• Usinagem, Montagem e Testes (Fixadores de Fixação, Fixadores Móveis, Fixadores Modulares...)
• Efetor final de robô (garra)

Existem muitas vantagens em fabricar um molde com impressão 3D:

1) Encurtar o ciclo de fabricação do molde

A impressão 3D de moldes encurta todo o ciclo de desenvolvimento do produto e torna-se a fonte de impulso à inovação. No passado, empresas às vezes optavam por adiar ou abandonar atualizações de design de produto devido ao grande capital necessário para fabricar novos moldes. Reduzindo tempos de preparação do molde e permitindo que ferramentas de design existentes sejam atualizadas rapidamente, a impressão 3D permite que empresas realizem mudanças e melhorias de molde com mais frequência. Ela permite que o ciclo de design do molde acompanhe o ritmo do ciclo de design do produto. Além disso, algumas empresas adquiriram equipamentos de impressão 3D para fabricar seus próprios moldes, acelerando ainda mais o desenvolvimento do produto e aumentando a flexibilidade/adaptabilidade. Estrategicamente, aumenta a capacidade de defesa da cadeia de suprimentos para estender prazos e desenvolver risco de estagnação, como obtenção de moldes inadequados de fornecedores.

2) Reduzir custos de fabricação

Se o custo da impressão 3D em metal hoje é maior que o de processos tradicionais de fabricação em metal, a economia de custos será mais fácil na área de plásticos. Moldes impressos em 3D com metal são economicamente vantajosos na produção de pequenas séries descontínuas de produtos finais, porque os custos fixos para esses produtos são difíceis de amortizar, ou para certas geometrias específicas (otimizadas apenas para impressão 3D) com mais vantagens econômicas. Em particular, a impressão 3D é econômica quando os materiais usados são muito caros e a fabricação tradicional de moldes resulta em altas taxas de sucata de material. Além disso, a capacidade da impressão 3D de produzir moldes precisos em apenas algumas horas pode ter impacto positivo nos processos de fabricação e margens. Especialmente quando a produção para e/ou o estoque de moldes é caro.

Finalmente, há momentos em que o molde precisa ser modificado após o início da produção. A flexibilidade da impressão 3D permite que engenheiros tentem numerosas iterações simultaneamente e reduzam os custos iniciais associados a modificações no design do molde.

3) A melhoria do design do molde adiciona mais funcionalidade ao produto final.

Frequentemente, a abordagem metalúrgica especial da impressão 3D em metal melhora a microestrutura do metal e produz uma peça impressa completamente densa com propriedades mecânicas ou físicas tão boas ou melhores que as forjadas ou fundidas (dependendo do tratamento térmico e orientação do teste). A manufatura aditiva oferece aos engenheiros opções ilimitadas para melhorar o design do molde. Quando a peça alvo consiste em vários subcomponentes, a impressão 3D tem a capacidade de integrar o design e reduzir o número de peças. Isso simplifica o processo de montagem do produto e reduz as tolerâncias. Além disso, permite a integração de funções complexas do produto, permitindo produção mais rápida de produtos finais altamente funcionais e menos defeitos. Por exemplo, a massa total de uma peça injetada é afetada pelas condições de transferência de calor entre o material injetado e o fluido de resfriamento que flui pelo fixador. Os canais que direcionam o material de resfriamento são tipicamente retos se fabricados com técnicas convencionais, resultando em resfriamento mais lento e não uniforme na peça moldada. A impressão 3D permite canais de resfriamento de qualquer forma para garantir um resfriamento mais ótimo e uniforme, resultando em peças de maior qualidade e menores taxas de rejeição. Além disso, a remoção de calor mais rápida reduz significativamente o tempo de ciclo para moldagem por injeção, pois os tempos de resfriamento geralmente chegam a 70% de todo o ciclo de injeção.

4) Ferramentas de otimização são mais ergonômicas e têm melhor desempenho

A impressão 3D reduz a barreira de validação de novas ferramentas que atendem necessidades não supridas no processo de fabricação, permitindo que mais fixadores móveis e fixadores sejam fabricados. Tradicionalmente, o design de ferramentas e dispositivos correspondentes sempre foram usados pelo maior tempo possível devido ao custo e esforço necessários para redesenhá-los e fabricá-los. Com a tecnologia de impressão 3D, as empresas podem reformular qualquer ferramenta a qualquer momento, não apenas aquelas que já estão sucateadas e não atendem aos requisitos. Devido à pequena quantidade de tempo e custo inicial necessários, a impressão 3D torna mais econômico otimizar ferramentas para melhor desempenho marginal. Técnicos podem então pensar mais em ergonomia ao projetar para melhorar seu conforto operacional, reduzir tempo de processamento e ser mais amigáveis ao usuário e fáceis de armazenar. Embora isso possa reduzir apenas alguns segundos do tempo de operação de montagem, não se pode subestimar o acúmulo. Além disso, a otimização do design de ferramentas também pode reduzir a taxa de rejeição de peças.

5) Molde personalizado para ajudar a alcançar a personalização do produto final

Ciclos de produção mais curtos, a criação de geometrias mais complexas e a capacidade de reduzir custos finais de fabricação permitem que empresas criem um grande número de ferramentas personalizadas para apoiar a fabricação de peças customizadas. A impressão 3D de moldes é muito favorável à produção personalizada, como equipamentos médicos e indústria médica. Oferece aos cirurgiões instrumentos personalizados impressos em 3D, como guias cirúrgicos e ferramentas que lhes permitem melhorar resultados cirúrgicos e reduzir o tempo de operação.