Dominando a moldagem por injeção de ABS:excelência em materiais, processos e design

O ABS é um dos termoplásticos mais comuns usados na fabricação, oferecendo um bom equilíbrio entre tenacidade, resistência ao impacto e preço acessível. Embora o ABS possa ser processado de várias maneiras, incluindo impressão 3D no estilo extrusão, a moldagem por injeção de plástico do ABS é um processo de fabricação essencial devido ao ponto de fusão relativamente baixo e às boas características de fluxo do plástico.

Peças ABS moldadas por injeção podem ser encontradas em todos os lugares. Painéis automotivos, caixas para eletrodomésticos e até peças de LEGO são apenas alguns dos itens de uso diário feitos com moldagem por injeção de ABS, beneficiando-se das desejáveis ​​propriedades mecânicas do material de baixo custo. Outras aplicações podem ser encontradas em diversos setores, desde saúde até construção.

Este artigo aborda os fundamentos da moldagem por injeção de ABS, analisando parâmetros de processo, opções de materiais e enchimentos, técnicas de acabamento de superfície e muito mais, aproveitando nossos anos de experiência no fornecimento de serviços de moldagem por injeção para clientes satisfeitos.

O que é ABS?

Acrilonitrila butadieno estireno (ABS), comercializado pela primeira vez em 1954 pela Borg-Warner Corporation, é um polímero termoplástico comum conhecido por sua resistência ao impacto, tenacidade e rigidez. É feito pela polimerização de estireno e acrilonitrila na presença de polibutadieno.

Os três componentes do ABS contribuem com diferentes propriedades do material:

• A a crilonitrile confere ao material um nível de resistência química e estabilidade ao calor.
• B o utadieno cria tenacidade e resistência ao impacto.
• S o tirano proporciona rigidez e brilho.

Como um todo, o material é relativamente forte, durável e leve. E por ser um termoplástico, pode ser derretido até ganhar forma e depois fundido novamente sem degradação significativa. Isso o torna adequado para moldagem por injeção e outros processos como moldagem por sopro, impressão 3D e extrusão de materiais.

Para moldagem por injeção, o ABS é fornecido na forma de pellets de plástico. São grânulos pequenos e uniformes feitos pela extrusão do material em longos fios e depois cortados em pedaços menores. Os pellets de ABS custam apenas alguns dólares por quilograma – muito menos do que outras formas de material, como filamento para impressão 3D – e podem ser facilmente depositados no funil da máquina de moldagem por injeção para fusão.

O Processo de Moldagem por Injeção ABS

A moldagem por injeção de ABS é um processo de fabricação rápido e econômico para a fabricação de peças plásticas em grandes quantidades. Como as máquinas de moldagem por injeção são equipamentos grandes e caros, o processo normalmente é realizado por um fabricante dedicado.

O processo começa com a aquisição dos pellets de ABS, que são alimentados na moega da injetora. Um parafuso recíproco força os pellets de resina termoplástica para um barril aquecido, onde são derretidos a uma temperatura de cerca de 180–240 °C. O ABS fundido é então injetado sob pressão na cavidade do molde, dando forma ao material.

O ABS fundido esfria e solidifica dentro do molde. Como o plástico tem boas propriedades de fluxo, ele geralmente consegue obter detalhes finos sem problemas. Isso torna a moldagem por injeção de ABS altamente adequada para a produção de peças complexas que exigem geometrias precisas e texturas de superfície detalhadas. Após a solidificação, o molde é aberto e a peça ejetada por meio de pinos ejetores. Dependendo do tamanho do molde e de outros fatores, os tempos gerais do ciclo de moldagem por injeção podem variar de cerca de 10 segundos a dois minutos.

Prós e contras da moldagem por injeção ABS

O ABS é um termoplástico popular para moldagem por injeção, sendo bastante fácil de trabalhar e oferecendo boas propriedades mecânicas. As únicas desvantagens notáveis ​​da moldagem por injeção de ABS estão relacionadas ao material em si, não à combinação de material e processo.

Vantagens

• Boas propriedades de fluxo
• Boas propriedades mecânicas, como resistência e tenacidade
• Recursos finos são possíveis, pois o material pode preencher facilmente os cantos da cavidade do molde
• Material de baixo custo
• Não requer temperaturas particularmente altas
• Fácil de pós-processar

Desvantagens

• Resistência ao calor bastante baixa
• Resistência UV bastante baixa

Parâmetros de moldagem por injeção ABS

Em comparação com outros termoplásticos, os parâmetros de moldagem por injeção de ABS ficam na faixa intermediária, com temperaturas e pressões moderadas, tornando o material mais fácil de processar do que materiais como policarbonato (PC) ou náilon reforçado. No entanto, os parâmetros podem variar dependendo da classe do ABS, da geometria da peça e de outros fatores.

Quando se trata da temperatura de moldagem por injeção de ABS, observe que a temperatura real de fusão do ABS será ligeiramente superior à temperatura do cilindro. A temperatura de fusão pode ser medida com um pirômetro.

• Temperatura do barril :180–240 °C, com o ABS de uso geral geralmente exigindo temperaturas ligeiramente mais baixas (180–230 °C) do que o ABS resistente ao calor (190–240 °C). Os graus retardadores de chama podem exigir uma temperatura ligeiramente mais baixa. A temperatura será mais alta na frente e mais baixa na parte traseira do cano.
• Temperatura do molde :50–80 °C, atingindo um equilíbrio entre as temperaturas mais altas necessárias para um bom acabamento superficial e as temperaturas mais baixas que podem produzir tempos de ciclo mais rápidos. O controle da temperatura do molde é uma boa maneira de produzir peças da maneira desejada.
• Pressão de injeção :10.000–20.000 psi, com pressões mais altas necessárias para classes resistentes ao calor ou peças com paredes finas e características finas.
• Taxa de injeção :lento a moderado.
• Controle de umidade :Os pellets de ABS são higroscópicos e devem ser armazenados em local seco. Para evitar problemas durante a moldagem, os pellets podem ser secos durante várias horas a uma temperatura de cerca de 80 °C.

Materiais ABS para moldagem por injeção

O ABS está disponível em uma variedade de classes e variedades para moldagem por injeção, com diferentes estruturas moleculares e aditivos adequados a diferentes aplicações. Em alguns casos, ABS reciclado pode ser usado.

• ABS de uso geral oferece um equilíbrio entre resistência, rigidez e facilidade de processamento.
• ABS de alto impacto contém borracha extra de butadieno, proporcionando maior resistência ao impacto para peças que sofrem altos níveis de estresse.
• ABS de alta temperatura tem acrilonitrila extra, melhorando a estabilidade térmica, tornando-o útil em indústrias como a automotiva.
• ABS retardador de chamas usa aditivos para diminuir a inflamabilidade e é frequentemente usado em dispositivos elétricos.
• ABS transparente foi projetado para fornecer um nível mais alto de transparência para uso em áreas como saúde.
• Revestimento metálico ABS é uma classe modificada projetada para aderir bem a revestimentos metálicos, útil para itens como chuveiros.
• ABS de nível de saúde fornece biocompatibilidade e pode ser esterilizado; esses materiais podem ter aprovação de agências como a Food and Drug Administration dos EUA.
• ABS reciclado é feito principalmente de ABS reciclado e geralmente apresenta um desempenho comparável ao ABS virgem.

Alguns dos principais produtores químicos de pellets para moldagem por injeção de ABS incluem LG Chem, SABIC e a RTP Company.

Alguns pellets de ABS são misturados com agentes de reforço. Isso pode incluir fibras de vidro , que adicionam rigidez e estabilidade dimensional, e minerais  como carbonato de cálcio, que adiciona rigidez e resistência ao calor. Graus de ABS retardadores de chama podem ser produzidos com a adição de compostos halogenados , produtos químicos à base de fósforo ou compostos inorgânicos como hidróxido de alumínio.

Misturas ABS comuns incluem PC/ABS , que possui um nível mais alto de resistência ao calor do que o ABS puro, e PVC/ABS , que oferece maior resistência química. ABS/Nylon  misturas podem fornecer maior resistência ao desgaste do que o ABS puro.

Os pellets de ABS também podem ser misturados com pigmentos estáveis ao calor.  durante a moldagem para produzir lotes de peças com cores uniformes. Os concentrados Masterbatch produzem melhores resultados do que os pigmentos secos, embora ambos possam ser usados.

Materiais de molde para ABS

Os moldes de injeção para produção de ABS em alto volume são geralmente feitos de aços para ferramentas endurecidos, como P20, H13 ou S7. Tiragens mais curtas são adequadas para moldes de alumínio de baixo custo, embora se desgastem mais rapidamente do que os de aço. Devido às boas propriedades de fluxo do ABS, os moldes podem ser relativamente complexos e conter características finas, permitindo a produção de peças complexas com precisão dimensional consistente.

Acabamento de superfície para molduras ABS

Após a ejeção, as molduras ABS podem ser melhoradas com etapas de pós-processamento, começando com o corte e rebarbação para remover o excesso de material antes de prosseguir com os tratamentos de acabamento para melhorar a qualidade do acabamento superficial das peças.

Diferentes métodos de acabamento superficial podem ser usados para atingir a rugosidade superficial desejada das peças ABS, com polimento diamantado ideal para brilho e jateamento a seco preferido para texturas ásperas. Para lotes de peças grandes ou médios, adicionar textura ao molde de metal é normalmente mais econômico do que pós-processar as moldagens plásticas individuais, pois isso só precisa ser executado uma vez.
Processo Função Compatibilidade ABS Lixar e polir Suaviza superfícies e remove marcas Fácil de executar Suavização por vapor Cria um acabamento brilhante e selado Acetona ou MEK Pintura e revestimento Adiciona cor e pode adicionar propriedades protetoras Adere bem à superfície Galvanoplastia Decorativo ou funcional Requer pré-revestimento Tampografia Adicione logotipos ou texto Boa adesão de tinta

Guia de projeto de moldagem por injeção ABS

Os engenheiros que desenvolvem projetos de peças para moldagem por injeção ABS devem considerar as limitações do processo de moldagem por injeção e, em menor grau, as capacidades específicas do plástico ABS dentro do contexto do processo de moldagem. Os princípios de Design for Manufacturing (DFM) para ABS moldado incluem restrições de espessura de parede e ângulos de inclinação.

Regras de projeto

Espessura da Parede

1,1–3,5 mm

Todas as peças moldadas por injeção possuem uma faixa de espessura de parede recomendada. Muito fino e o molde será difícil de preencher e a peça muito frágil; muito grosso e o material pode esfriar de forma desigual em toda a cavidade do molde. O ABS requer paredes um pouco mais espessas do que outros plásticos como poliéster, acetal e acrílico, mas menos espessas que o poliuretano.

Ângulo de saída

0,5–1°

Um ângulo de inclinação é incorporado aos projetos de moldagem por injeção para que as peças possam ser ejetadas facilmente do molde. Como a inclinação é essencial para todas as peças plásticas moldadas, o ângulo recomendado aqui não é específico para ABS. A exceção são peças com superfícies texturizadas; como estes introduzem maior atrito com o interior do molde, recomenda-se um ângulo de inclinação de 2–3°.

Raios

0,5–1 mm ou 1/2 espessura da parede

Cantos agudos não são recomendados para nenhuma peça moldada por injeção, pois podem causar tensão e problemas de fluxo, e o ABS é particularmente sensível devido à sua natureza frágil. Em vez disso, um canto interno e externo arredondado facilita a moldagem e a ejeção eficazes. O raio mínimo deve ser cerca de um quarto da espessura da parede, embora aumentar esse valor para metade da espessura da parede proporcionará resistência superior.

Costelas

Altura das costelas até 3x a espessura da parede; espessura da costela 1/2 espessura da parede

As nervuras são seções finas e elevadas que correm perpendicularmente à parede de uma moldura. Eles são usados ​​para aumentar a resistência sem a necessidade de tornar as paredes mais espessas, o que normalmente requer mais material e pode levar a problemas separados.

Chefes

Espessura da base 1/2 espessura da parede

As saliências são características cilíndricas elevadas nas quais um fixador como um parafuso pode ser colocado sem danificar a peça. Para peças ABS, a espessura máxima da base do ressalto não deve ser superior a metade da espessura da parede da peça.

Tolerância

0,1–0,3 mm

Para a maioria das molduras ABS, as tolerâncias não devem ser inferiores a cerca de 0,1 mm. Contudo, para peças muito pequenas ou precisas, pode ser possível especificar uma tolerância de 0,05 mm. Em geral, é uma boa prática indicar tolerâncias restritas apenas quando for estritamente necessário (para peças interligadas, por exemplo) para evitar custos excessivos de fabricação de moldes.

Portões

As portas permitem que o material entre na cavidade do molde. Tal como acontece com outros plásticos, as portas são melhor colocadas em seções espessas da peça. Portões de borda, portões de pinos e portões submarinos são comuns.

Aberturas

0,02–0,05mm

A ventilação dos moldes ajuda a evitar armadilhas de gás – causa de queimaduras e vazios. Eles devem ser bem pequenos, pois o ABS tem boas propriedades de fluxo e pode escapar facilmente de furos maiores.

Recursos úteis de software

Muitas ferramentas CAD possuem recursos específicos de moldagem por injeção para facilitar o projeto de suas peças ABS. Esses recursos podem incluir:

• D F Análise M :verifica a espessura da parede, os ângulos de inclinação, os cortes inferiores e a colocação da comporta para garantir que o projeto proposto seja moldável.
• Análise de processos :Certos pacotes de software podem oferecer recursos avançados, como análise de fluxo do molde, simulando como o ABS fundido se comportará na cavidade do molde proposta, bem como outros recursos, como previsão de encolhimento e análise de elementos finitos (FEA).
• Criação de molde :o software pode permitir que o usuário gere automaticamente um molde de duas peças com base no modelo 3D da peça, completo com posicionamento do pino ejetor e outros recursos.
• Integração CAM :algumas plataformas integram-se ao software CAM que controla o equipamento de fabricação, embora isso seja mais relevante para os fabricantes do que para os designers.

Aplicações de Moldagem por Injeção ABS

Como um termoplástico altamente versátil, a moldagem por injeção de ABS é implantada em diversas indústrias para fabricar uma ampla gama de produtos, desde brinquedos até peças de automóveis e materiais de construção. As aplicações típicas incluem componentes automotivos, caixas de eletrônicos de consumo, dispositivos de saúde e peças industriais. Aqui vemos alguns exemplos de peças moldadas em ABS, classificadas por setor.

• Automotivo :Peças ABS moldadas são encontradas em muitos veículos, principalmente em acabamentos internos. Fabricantes de automóveis como Ford e Toyota são conhecidos por usar ABS para peças como painéis de instrumentos, porta-luvas e acabamentos de portas, onde as peças não estão sujeitas a calor intenso, mas ainda exigem um alto nível de resistência e estabilidade dimensional, enquanto a BMW usou misturas ABS/PC para porta-luvas. Entre 1968 e 1988, a Citroën produziu um veículo utilitário altamente incomum chamado Mehari, que apresentava uma carroceria externa em ABS colorida. Uma vantagem da moldagem por injeção de ABS no setor automotivo é a facilidade de colorir, finalizar e texturizar peças, especialmente para componentes estéticos de interiores.
• Eletrônicos de consumo :As empresas de eletrônicos costumam implantar moldagem por injeção de ABS para caixas duráveis. Por exemplo, a Dell e a HP usaram misturas ABS/PC para caixas de monitores de laptop e computador, combinando resistência a arranhões com tolerância ao calor, enquanto a Canon e a Epson são conhecidas por confiarem no ABS para caixas de impressoras devido à sua rigidez. Outro produto eletrônico de consumo popular com caixa ABS é o PlayStation 4. (O PlayStation 5 mais recente usa uma mistura de ABS e policarbonato.) As caixas são adequadas para o processo de moldagem por injeção, pois normalmente têm paredes bastante finas.
• Bens de consumo :Fora da eletrônica, muitos bens de consumo, como brinquedos (incluindo peças de LEGO), equipamentos esportivos, como caiaques de plástico, e instrumentos musicais de plástico, como gravadores, são feitos de ABS moldado. Caixas para eletrodomésticos e aspiradores de pó também são bons candidatos para materiais ABS. A empresa de vácuo Dyson é conhecida por usar o material em alguns de seus produtos, já que o calor gerado pelo vácuo está bem abaixo da temperatura de deflexão térmica do ABS (cerca de 80 °C).
• Saúde :O ABS é popular na área da saúde para peças como caixas médicas e sistemas de distribuição, pois pode ser esterilizado – embora não por meio de autoclave, pois as temperaturas envolvidas são muito altas. A Philips Healthcare usa ABS para invólucros de dispositivos de diagnóstico, como visto na unidade IntraSight. A 3M utiliza ABS para inaladores e dispositivos respiratórios, aproveitando a qualidade leve do material. O ABS moldado também pode ser usado para sistemas de administração de medicamentos.
• Construção :Na construção e em vários campos industriais, graus de ABS resistentes ao calor e retardadores de chamas podem ser usados para peças como placas de parede, interruptores elétricos e caixas. Tubos e conexões ABS também são comuns. Em termos de equipamentos industriais, a Stanley Black &Decker é uma empresa notável por incorporar ABS moldado em caixas de ferramentas e equipamentos de energia.

Moldagem por injeção confiável com 3ERP

Engenheiros e designers de produtos normalmente usam empresas terceirizadas de moldagem por injeção para fabricar peças ou protótipos, dado o tamanho e o custo das máquinas de moldagem por injeção. Estas empresas também são normalmente especialistas na fabricação de moldes; os designers de produtos podem não precisar de conhecimento especializado em fabricação de moldes para realizar seus projetos 3D.

As empresas de moldagem por injeção normalmente operam uma frota de máquinas que variam em forças de fixação, dependendo do tamanho do molde necessário.

Empresas como a 3ERP são capazes de realizar uma variedade de projetos de moldagem por injeção de ABS, desde protótipos até produção em massa. Nossa experiência profissional nos permite lidar com DFM, fabricação de moldes, produção e acabamento superficial, garantindo que os produtos finais atendam aos mais altos padrões de qualidade e precisão.

Solicite um orçamento para seu próximo projeto para ver como podemos ajudar.

Perguntas frequentes (FAQ)

Quanto tempo duram os moldes de injeção para ABS?

Ao moldar um material facilmente processável como o ABS, os moldes podem durar muito tempo. Um molde de aço bem feito pode durar centenas de milhares ou até um milhão de ciclos, enquanto um molde de alumínio de baixo custo normalmente suporta dezenas de milhares de ciclos – ideal para moldagem de baixo volume.

Quanto em média para moldagem por injeção de ABS?

Tal como acontece com todos os materiais de moldagem por injeção, o maior custo da moldagem por injeção de ABS é a fabricação do molde. Os moldes simples de alumínio custam alguns milhares de dólares, enquanto os moldes de aço geralmente custam mais de US$ 10.000 – ou muito mais para moldes complexos de várias peças. Porém, o custo por injeção de ABS é muito baixo. Espere pagar mais por peça em pequenas tiragens do que na produção em massa.

Como calcular a contração em ABS para moldagem por injeção?

A contração do molde ABS é de cerca de 0,4–0,7%. Os projetistas de moldes devem aplicar esse fator às dimensões da cavidade para garantir que as moldagens finais não sejam subdimensionadas.

Por que os pellets de ABS precisam estar secos?

O ABS é um material higroscópico, o que significa que absorve a umidade do ar. Se os pellets de ABS absorverem o excesso de água antes da moldagem por injeção, a água vaporizada causará problemas como marcas de abertura e vazios. Para evitar tais problemas, os pellets podem ser secos a uma temperatura moderada (cerca de 80 °C) antes da utilização.

Como evitar molduras ABS deformadas?

A moldagem por injeção de ABS não é especialmente difícil, mas o empenamento pode ser minimizado mantendo uma temperatura consistente do molde, usando espessura de parede uniforme e resfriando lentamente as molduras acabadas.

As peças moldadas em ABS podem ser usadas ao ar livre?

O ABS é um material razoavelmente bom para uso externo, oferecendo algum grau de resistência às intempéries. No entanto, para aplicações externas altamente exigentes, um tipo de ABS resistente às intempéries pode ser usado. Esses materiais são projetados para fornecer resistência superior aos raios UV e, portanto, não se degradarão com o tempo quando expostos à luz solar.

Por que escolher a moldagem por injeção ABS em vez da impressão 3D ABS?

Ambas as tecnologias têm suas vantagens. A impressão 3D FDM de estilo extrusão é uma excelente escolha para criar protótipos únicos e rápidos, e as impressoras 3D de mesa podem ser operadas em ambientes não industriais. Por outro lado, a moldagem por injeção é a melhor escolha para fazer peças finas, mas resistentes, com excelente acabamento superficial. Em grandes quantidades, a moldagem por injeção também é significativamente mais barata que a impressão 3D.

E quanto à moldagem por sopro ABS?

A moldagem por sopro é um processo usado para fazer peças finas e simples, como garrafas plásticas, usando uma pré-forma dentro de um molde que é inflado com ar até aderir às paredes do molde. O ABS pode ser usado durante a moldagem por sopro e é adequado para peças como caixas eletrônicas, tubos e mangueiras. No entanto, falta-lhe a transparência de outros termoplásticos comuns para moldagem por sopro e é mais caro do que materiais como polietileno de alta densidade (HDPE) e polipropileno (PP).

As molduras ABS são tóxicas?

O ABS moldado é estável e normalmente considerado não tóxico. No entanto, pode liberar vapores tóxicos se queimado. O ABS não revestido também é reciclável e o ABS reciclado pode ser reutilizado durante o processo de moldagem por injeção.