Moldagem por Injeção de Silicone vs Impressão 3D: Escolhendo o Melhor Método para Produção de Peças Elastoméricas

De vedações industriais às solas dos seus sapatos, peças elastoméricas são tanto ubíquas quanto únicas. Feitas de elastômeros, um grupo de polímeros semelhantes a borracha, estes componentes flexíveis, elásticos e absorventes de choque são fáceis de fabricar — e podem ser produzidos de várias maneiras.

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

Este artigo analisa os fundamentos de peças elastoméricas: suas propriedades, 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 módulo de Young baixo, alta deformação na ruptura e viscoelasticidade — uma combinação de viscosidade e elasticidade. Às vezes referidos simplesmente como borrachas, 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, esticáveis, 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 seu propósito.

Elastômeros podem ser termofixos (não derretem quando aquecidos) ou termoplásticos (derretem quando aquecidos), e alguns dos elastômeros mais comuns incluem:

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

No entanto, como este artigo foca em prototipagem e dois processos de manufatura em particular, daremos maior atenção a silicone, elastômero termoplástico (TPE) e poliuretano termoplástico (TPU). Silicone é um termofixo, enquanto TPE e TPU são ambos termopolímeros e podem, portanto, ser extrudados por uma impressora 3D.

Exemplos de Peças Elastoméricas

Elastômeros são incrivelmente comuns e podem ser encontrados em objetos simples do dia a dia e montagens industriais complexas. Aqui analisamos várias peças elastoméricas categorizadas por indústria, bem como algumas aplicações específicas de material.

1. Automotiva

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

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

2. Industrial

Elastômeros são amplamente usados na indústria, especialmente para vedações e gaxetas para montagens estanques a água e ar.

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

3. Óleo e Gás

Elastômeros, especialmente sintéticos, são encontrados na indústria de óleo e gás, onde frequentemente servem para prevenir vazamentos de óleo.

• Vedações hidráulicas
• Limpa-tubos
• Copos de empacotamento
• Mangueiras

4. Bens de Consumo

Um enorme número de produtos de consumo são feitos de elastômeros, de bolas de futebol a borrachas de lápis.

• Calçados incluindo solados
• Capas de chuva
• Esponjas
• Borrachas de lápis
• Artigos esportivos incluindo bolas
• Recipientes de alimentos

Exemplos Específicos de Material

Como este artigo foca em borracha de silicone líquida moldável por injeção e filamentos TPE e TPU imprimíveis em 3D, aqui estão alguns usos comuns para estes três materiais:

• Silicone: Equipamentos médicos biocompatíveis, próteses, dispositivos seguros para alimentos como formas de gelo, vedações e gaxetas, componentes sobremoldados
• TPE: Vedações e gaxetas, forros de tampas de garrafa, esteiras de snowmobile, componentes médicos incluindo cateteres, cabos de ferramentas, buchas de suspensão, componentes sobremoldados
• TPU: Capas de eletrônicos, rodas de roletes, componentes médicos, correias de transmissão, calçados, itens infláveis, revestimento de fios e tubulação

Moldagem por Injeção de Elastômeros

Existem numerosas maneiras de fabricar peças elastoméricas, mas uma das mais confiáveis — especialmente em grandes quantidades — é a moldagem por injeção.

A moldagem por injeção é o processo de fabricar peças plásticas injetando, sob pressão, um material líquido em um molde metálico, geralmente feito de aço ou alumínio. Durante o processo, a máquina de moldagem por injeção alimenta a matéria-prima no molde, a geometria do qual 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 maleáveis, resistentes a impacto e temperatura em grandes quantidades. Antes da moldagem, uma solução de silicone de duas partes é misturada, uma metade da qual contém um catalisador de platina que permite que o silicone cure em sólido.

A moldagem por injeção de silicone líquido pode produzir peças como gaxetas, equipamentos médicos, equipamentos de cozinha, seções sobremoldadas de montagens multi-material, e mais.

Vantagens

Existem várias vantagens na moldagem por injeção de silicone, incluindo produção rápida de grandes volumes, alto nível de detalhe, boas propriedades de material, e baixo custo por peça em certas quantidades médias a altas.

Desvantagens

Limitações da moldagem por injeção de silicone líquido incluem altos custos de ferramentaria metálica e as restrições geométricas inerentes ao processo de moldagem, incluindo paredes finas e cantos arredondados.

Impressão 3D de Elastômeros

Uma alternativa à moldagem por injeção de silicone líquido é a impressão 3D de filamentos flexíveis como TPE e TPU. Embora estes 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 únicos.

Uma das maiores vantagens da impressão 3D de elastômeros como TPE e TPU é que estes materiais são termoplásticos e podem, portanto, ser transformados em filamento para impressão 3D FDM adequado para fusão e extrusão. FDM é a forma mais barata de impressão 3D — tanto em termos de custo de máquina quanto operacional — e isso significa que peças elastoméricas de alta qualidade podem ser feitas por qualquer pessoa.

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

Embora cuidado deva ser tomado ao imprimir elastômeros em 3D, especialmente TPE (velocidades de impressão devem ser lentas, e extrusoras direct drive funcionam melhor que Bowden), virtualmente qualquer impressora FDM pode processar estes materiais.

Peças elastoméricas comuns impressas em 3D incluem entressolas de calçados TPU e eletrônicos vestíveis, e cabos, mangueiras e capas de smartphone TPE.

Vantagens

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

Desvantagens

Limitações da impressão 3D de peças elastoméricas de TPE e TPU incluem precisão e nível de detalhe (comparado com moldagem por injeção), velocidade de produção, e escalabilidade, pois não há economia de escala nem em termos de custo nem de economia de tempo.

Conclusão

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

Ao fabricar peças ou protótipos elastoméricos, você deve considerar fatores como orçamento, número de unidades, propriedades de material requeridas e necessidades futuras de produção antes de decidir seu próximo curso de ação — uma decisão que a 3ERP pode ajudar.

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