Peças elastoméricas:moldagem por injeção de silicone vs materiais flexíveis de impressão 3D

De juntas industriais às solas de seus sapatos, as peças elastoméricas são onipresentes e únicas. Feito de elastômeros, um grupo de polímeros semelhantes a borracha , esses componentes flexíveis, elásticos e absorventes de choque são fáceis de fabricar e podem ser produzidos de várias maneiras.

Uma das formas de produzir peças elastoméricas é a moldagem por injeção. Não a moldagem por injeção de termoplásticos, mas a moldagem por injeção de termofixos como borracha de silicone líquido:esse material é injetado em seu estado líquido e depois curado para torná-lo sólido. Mas hoje existe uma ótima alternativa à moldagem por injeção de silicone líquido, que é a impressão 3D de materiais flexíveis como TPE e TPU. Não mais materiais especiais, TPE e TPU agora podem ser impressos em 3D em impressoras FDM de baixo custo.

Este artigo aborda o básico das peças elastoméricas:suas propriedades, suas aplicações e se você deve optar por moldagem por injeção ou impressão 3D.

O que é um elastômero?

Um elastômero é definido como um polímero com um baixo módulo de Young , uma alta tensão de falha , e viscoelasticidade — uma combinação de viscosidade e elasticidade. Às vezes referido simplesmente como borrachas , os elastômeros são na verdade uma categoria mais ampla que inclui materiais não vulcanizados.

Em termos leigos, elastômeros (polímeros elásticos) são materiais que são, em vários graus, elásticos, elásticos, flexíveis ou deformáveis ​​à temperatura ambiente. Isso se deve às suas ligações intermoleculares fracas . Tudo isso torna os elastômeros incrivelmente úteis. Como podem ser dobrados e esticados sem quebrar, são usados ​​em muitas aplicações onde um material mais rígido falharia em sua finalidade.

Os elastômeros podem ser termofixos (não derreter quando aquecido) ou termoplásticos (derreter quando aquecido), e alguns dos elastômeros mais comuns incluem:

• Borracha natural
• Borracha de butadieno
• Borracha de estireno-butadieno
• Monômero de etileno-propileno

No entanto, como este artigo se concentra na prototipagem e em dois processos de fabricação em particular, daremos mais atenção ao silicone , elastômero termoplástico (TPE) e poliuretano termoplástico (TPU). O silicone é um termofixo, enquanto o TPE e o TPU são ambos termopolímeros e, portanto, podem ser extrudados por uma impressora 3D.

Exemplos de peças elastoméricas

Os elastômeros são incrivelmente comuns e podem ser encontrados em objetos simples do cotidiano e montagens industriais complexas. Aqui, examinamos várias peças elastoméricas categorizadas por indústria, bem como algumas aplicações específicas de materiais.

1. Automotivo

Para pneus e muito mais, os elastômeros são essenciais para a produção de muitos componentes automotivos.

• Pneus
• Equipamento de amortecimento de vibração
• Limpadores de para-brisa
• Componentes da suspensão
• Vedações e gaxetas

2. Indústria

Os elastômeros são amplamente utilizados na indústria, especialmente para vedações e gaxetas para montagens estanques à água e ao ar.

• Vedações e gaxetas
• Isolamento elétrico
• Correias transportadoras
• Correias de transmissão
• Mangueiras e tubos

3. Petróleo e gás

Os elastômeros, principalmente os sintéticos, são encontrados na indústria de petróleo e gás, onde muitas vezes servem para evitar vazamentos de óleo.

• Vedações hidráulicas
• Limpadores de tubos
• Copos de embalagem
• Mangueiras

4. Bens de consumo

Um grande número de produtos de consumo é feito de elastômeros, de bolas de futebol a borrachas de lápis.

• Calçados, incluindo solas
• Capas de chuva
• Esponjas
• Apagadores de lápis
• Artigos esportivos, incluindo bolas
• Recipientes de alimentos

Exemplos específicos de materiais

Como este artigo se concentra em borracha de silicone líquido moldável por injeção e filamento TPE e TPU imprimível em 3D, aqui estão alguns usos comuns para esses três materiais:

• Silicone :Equipamento médico biologicamente compatível, próteses, dispositivos seguros para alimentos, como bandejas de cubos de gelo, vedações e gaxetas, componentes sobremoldados
• TPE :Vedações e gaxetas, revestimentos de tampas de garrafas, trilhos para motos de neve, componentes médicos, incluindo cateteres, cabos de ferramentas, buchas de suspensão, componentes sobremoldados
• TPU :Estojos de eletrônicos, rodízios, componentes médicos, correias de transmissão, calçados, itens infláveis, revestimento de fios e tubos

Elastômeros de moldagem por injeção

Existem inúmeras maneiras de fazer peças elastoméricas, mas uma das mais confiáveis ​​– especialmente em grandes quantidades – é a moldagem por injeção.

A moldagem por injeção é o processo de fabricação de peças plásticas por injeção , sob pressão, um material líquido em um molde de metal , geralmente feito de aço ou alumínio. Durante o processo, a máquina de moldagem por injeção alimenta a matéria-prima no molde, cuja geometria é uma impressão negativa da peça final e que geralmente consiste em duas seções com uma cavidade entre elas.

A moldagem por injeção é compatível com elastômeros termofixos como silicone líquido , e esta é uma excelente maneira de fabricar peças flexíveis, resistentes ao impacto e resistentes à temperatura em grandes quantidades. Antes da moldagem, uma solução de silicone de duas partes é misturada, metade da qual contém um catalisador de platina que permite que o silicone cure em um sólido.

O silicone líquido de moldagem por injeção pode produzir peças como juntas, equipamentos médicos, equipamentos de cozinha, seções sobremoldadas de conjuntos multimateriais e muito mais.

Prós

Existem várias vantagens no silicone de moldagem por injeção, incluindo produção rápida de grandes volumes, alto nível de detalhes, boas propriedades do material e baixo custo por peça em determinadas quantidades médias a altas.

Contras

As limitações do silicone líquido para moldagem por injeção incluem altos custos de ferramentas de metal e as restrições geométricas inerentes ao processo de moldagem, incluindo paredes finas e cantos arredondados.

elastômeros de impressão 3D

Uma alternativa à moldagem por injeção de silicone líquido é a impressão 3D de filamentos flexíveis como TPE e TPU. Embora esses materiais também possam ser moldados por injeção, a impressão 3D oferece uma alternativa mais radical que pode ser adequada para diferentes tipos de projetos, incluindo protótipos pontuais.

Uma das maiores vantagens dos elastômeros de impressão 3D como TPE e TPU é que esses materiais são termoplásticos e, portanto, pode ser transformado em filamento de impressão 3D FDM adequado para fusão e extrusão. O FDM é a forma mais barata de impressão 3D – tanto em termos de máquina quanto de custos operacionais – e isso significa que peças elastoméricas de alta qualidade podem ser feitas por qualquer pessoa.

Os filamentos de TPE e TPU têm seus usos. O TPU é um material mais duro, mais denso e mais rígido que o TPE, com melhor resistência à abrasão e menor chance de encolhimento. No entanto, é menos flexível que o TPE, que pode ser usado para tornar as peças tão flexíveis quanto os elásticos.

Embora seja necessário ter cuidado ao imprimir elastômeros 3D, especialmente TPE (velocidades de impressão devem ser lentas e extrusoras de acionamento direto funcionam melhor que Bowdens), praticamente qualquer impressora FDM pode processar esses materiais.

As peças elastoméricas comuns impressas em 3D incluem entressolas de calçados em TPU e eletrônicos vestíveis, além de alças, mangueiras e capas de smartphone em TPE.

Prós

As vantagens dos filamentos flexíveis de impressão 3D incluem custos muito baixos, mesmo para pequenas quantidades, sem custos de ferramentas e geometrias quase ilimitadas (internas e externas). Isso torna o processo altamente adequado para prototipagem elastomérica.

Contras

As limitações das peças elastoméricas de impressão 3D de TPE e TPU incluem precisão e nível de detalhe (em comparação com moldagem por injeção), velocidade de produção e escalabilidade, pois não há economia de escala em termos de custo ou economia de tempo.

Conclusão

A moldagem por injeção de silicone líquido e a impressão 3D FDM são excelentes maneiras de produzir peças elastoméricas. A moldagem por injeção é a pioneira quando se trata de qualidade e escalabilidade de peças, mas a impressão 3D é uma opção conveniente e acessível para protótipos, especialmente os únicos.

Ao fazer peças ou protótipos elastoméricos, você deve considerar fatores como orçamento, número de unidades, propriedades de material necessárias e necessidades de produção futuras antes de decidir sobre seu próximo curso de ação - uma decisão que o 3ERP pode ajudar.

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