Como as ferramentas impressas em 3D podem moldar o futuro da prototipagem

Quando discutimos o papel da impressão 3D no mundo da manufatura, muitas vezes consideramos as maneiras pelas quais a manufatura aditiva poderia substituir as técnicas tradicionais. Na verdade, muitos desenvolvedores de hardware AM efetivamente comercializam suas máquinas como um substituto direto para coisas como máquinas CNC ou sistemas de moldagem por injeção.

Mas a impressão 3D também pode ser usada para complementar as tecnologias existentes, como usinagem CNC, moldagem por injeção, fabricação de chapas metálicas, extrusão e fundição.

Isso porque os sistemas AM – tecnologias de metal industrial como DMLS ou tecnologias de plástico como FDM ou SLS – podem ser usados ​​para criar ferramentas impressas em 3D para esses processos, acelerando e/ou melhorando a produção para oferecer melhores resultados.

Este artigo analisa como as ferramentas impressas em 3D estão moldando o futuro da prototipagem e da produção de baixo volume. Ele discute diferentes tipos de ferramentas impressas em 3D, por que as ferramentas impressas em 3D são úteis e quais materiais estão disponíveis.

Tipos de ferramentas impressas em 3D

Ferramental é um termo genérico usado para descrever vários mecanismos de fixação, suporte ou modelagem usados ​​na fabricação. O ferramental para uma peça pode consistir em um ou vários componentes e geralmente é feito de um material robusto como aço para ferramentas.

A impressão 3D pode ser usada para fazer vários tipos de ferramentas. No entanto, alguns componentes são mais fáceis de fabricar do que outros, e alguns só podem ser fabricados usando equipamentos AM de ponta.

1. Moldes

Um molde é uma espécie de recipiente oco que é preenchido com um material para fazer peças. A fabricação de moldes geralmente é obtida por meio de usinagem, mas a impressão 3D - juntamente com materiais resistentes à temperatura - está se tornando uma opção viável para certas peças.

Os moldes impressos podem exigir uma extensa retificação da superfície ou outros tratamentos de superfície antes de estarem prontos para uso, mas a velocidade com que podem ser feitos está se tornando um grande benefício para as empresas de prototipagem.

De acordo com a empresa alemã de AM EOS, "A capacidade de produzir até mesmo as estruturas mais complexas em alta qualidade e com tempos de produção curtos significa que a impressão 3D oferece vantagens claras para a fabricação de moldes".

2. Gabaritos

Um gabarito é um dispositivo de fixação personalizado usado para melhorar a consistência das peças durante a fabricação. Normalmente é usado para guiar e controlar o movimento de uma ferramenta de corte.

As impressoras 3D estão se tornando cada vez mais úteis para fabricar itens personalizados, como gabaritos e acessórios, já que o processo é barato para peças únicas.

Os fabricantes de gabaritos e acessórios de impressão 3D também podem reduzir drasticamente os prazos de entrega – especialmente se a impressão ocorrer em casa.

3. Jogos

Um acessório é um dispositivo de fixação de trabalho personalizado usado para proteger uma peça de trabalho durante a fabricação, normalmente usinagem. Ao contrário dos gabaritos, as peças de trabalho geralmente são exclusivas das peças que estão sendo feitas, e não do equipamento de fabricação.

Os gabaritos e acessórios podem ser impressos em 3D em metal ou em plásticos de engenharia, como TPU ou nylon reforçado com fibra de carbono.

4. Matrizes de extrusão

Matrizes são chapas de aço grossas com aberturas moldadas. No processo de extrusão, um material é forçado através da abertura da matriz, criando uma peça longa com uma seção transversal que coincide com a abertura da matriz.

Assim como os moldes, as matrizes são normalmente fabricadas em materiais resistentes à temperatura, como o aço, que estão se tornando mais fáceis de imprimir com processos como DMLS e SLM.

Vantagens das ferramentas impressas em 3D

Canais de resfriamento conformais

Em processos como moldagem por injeção, os canais de resfriamento são usados ​​para injetar refrigerante em torno de um material fundido para que ele esfrie e endureça uniformemente. Isso ajuda a evitar empenamento e deformidades na peça moldada.

Em moldes comuns, os canais geralmente são linhas retas devido à dificuldade de usinagem de formas mais complexas. Mas a impressão 3D permite a criação de canais de resfriamento conforme:canais que seguem os contornos da peça para que cada área da peça seja igualmente impactada pelo refrigerante.

De acordo com o especialista em metal AM Desktop Metal, “Peças com designs complexos e estruturas internas – como canais de resfriamento conformal para moldes personalizados – são ideais para manufatura aditiva, onde o tempo de fabricação e o custo por peça não dependem necessariamente da complexidade do projeto”.

Fabricação rápida

A impressão 3D é um processo rápido, com configuração mínima ou tempo de preparação necessário. Isso permite a rápida produção de ferramentas – e para re-ferramentas imediatas se uma ferramenta quebrar ou precisar ser alterada.

Embora as ferramentas impressas em 3D ainda estejam em sua infância e não sejam preferidas pela maioria dos fabricantes (ou clientes), elas já estão se tornando importantes para a prototipagem rápida, onde as considerações de lead time são priorizadas em relação a outros fatores.

As ferramentas impressas em 3D terão um grande impacto no futuro da prototipagem simplesmente porque aceleram comprovadamente os processos tradicionais de prototipagem.

Acessível e eficiente

As ferramentas podem ser muito caras, especialmente se forem necessários vários componentes ou se o projeto for especialmente complicado. A impressão 3D pode reduzir o custo do ferramental, uma vez que um projeto complexo e intrincado pode ser fabricado quase tão rapidamente quanto um simples.

A AM também é eficiente em termos de uso de material, pois não envolve o corte de resíduos de uma peça de trabalho.

No final, qualquer solução alternativa que reduza drasticamente os custos de um estágio de prototipagem acabará desempenhando um papel cada vez maior no processo de prototipagem.

O fabricante de impressoras 3D Markforged diz que está “vendo fabricantes capazes de imprimir em 3D em qualquer lugar de 10 a 50% de suas ferramentas duráveis ​​usadas em seu processo”, o que representa “valor significativo ao considerar que a economia média de custo de uma peça impressa em 3D versus uma peça usinada é de 80%.”

Pode ser usado para diferentes processos

As ferramentas impressas em 3D podem ser usadas para vários processos de fabricação exclusivos, incluindo:

• Fundição em molde
• Moldagem por injeção
• Extrusão
• Usinagem CNC
• Fabricação de chapas metálicas

Melhores materiais de ferramentas de AM

Aço ferramenta

O aço ferramenta é um aço duro adequado para aplicações de fabricação exigentes. Devido à sua dureza, leva muito tempo para usinar com precisão.

No entanto, algumas tecnologias de impressão 3D de metal podem imprimir o material, o que cria oportunidades para itens de impressão 3D, como moldes de injeção. A empresa industrial de AM EOS produz uma variedade de pós de aço para ferramentas imprimíveis em 3D, incluindo aço Maraging e aço para ferramentas 1.2709.

Inconel

Processos como DMLS e SLM podem ser usados ​​para imprimir ferramentas de ligas de níquel Inconel. O Inconel é resistente a altas temperaturas, tornando-o adequado para uma variedade de aplicações de ferramentas, incluindo moldagem e extrusão.

Compostos

Compósitos como nylon reforçado com fibra de carbono ou PEEK podem servir como substitutos para metais de alta resistência ao fazer ferramentas impressas em 3D, como gabaritos e acessórios.

Termoplásticos de engenharia

A empresa de impressão 3D Stratasys recomenda fazer certos gabaritos e acessórios de materiais FDM de alto desempenho, como TPU, nylon reforçado ou ASA.

A 3ERP é especialista em prototipagem rápida com anos de experiência em usinagem, manufatura aditiva e outras disciplinas. Contacte-nos para um orçamento gratuito.