Guia para moldagem por injeção de baixo volume

Embora a moldagem por injeção seja tradicionalmente considerada um processo de fabricação apenas para produção em massa devido aos seus altos custos de ferramentas, aproveitar a impressão 3D para fabricar moldes de injeção pode capacitá-lo a usar este processo para produzir peças de alta qualidade e repetíveis para prototipagem e produção de baixo volume.

Neste guia abrangente, aprenda como você pode usar moldes de injeção impressos em 3D com máquinas industriais e de bancada para produzir de forma eficiente e econômica centenas de protótipos e peças funcionais que aceleram o desenvolvimento de produtos, reduzem custos e prazos de entrega e trazem melhores produtos para o mercado.

Moldagem por injeção de baixo volume vs. moldagem por injeção tradicional

A moldagem por injeção é um dos principais processos de fabricação de plásticos. É uma tecnologia econômica e extremamente repetível que produz peças de alta qualidade para a produção em grandes séries. Como resultado, é amplamente utilizado para a produção em massa de peças idênticas com tolerâncias restritas.

A moldagem por injeção é um processo rápido e intensivo em que alto calor e pressão estão envolvidos para injetar material fundido dentro de um molde. O material fundido depende do escopo do projeto de fabricação. Os materiais mais populares são vários termoplásticos, como ABS, PS, PE, PC, PP ou TPU, mas metais e cerâmicas também podem ser moldados por injeção. O molde consiste em uma cavidade que acomoda o material fundido injetado e é projetado para espelhar de perto as características finais de uma peça.

Os moldes são tradicionalmente feitos de metal por usinagem CNC ou usinagem por descarga elétrica (EDM). São métodos industriais caros que requerem equipamento especializado, software de ponta e mão de obra qualificada. Como resultado, a produção de um molde de metal normalmente leva de quatro a oito semanas e custa entre US $ 2.000 e US $ 100.000 + dependendo do formato e da complexidade da peça. Para quantidades menores de peças, o custo, tempo, equipamento especializado e mão de obra qualificada necessários para fabricar o molde de metais de ferramentas comuns e métodos de fabricação muitas vezes tornam a moldagem por injeção nesta escala impossível de obter. No entanto, existem alternativas para a usinagem de moldes de metal. Aproveitando a impressão 3D interna para fabricar moldes de injeção para prototipagem e produção de baixo volume reduz significativamente o custo e o tempo em comparação com os moldes de metal, enquanto ainda produz peças de alta qualidade e repetíveis.

Neste vídeo, fizemos uma parceria com o provedor de serviços de moldagem por injeção Multiplus para guiá-lo pelas etapas do processo de moldagem por injeção usando moldes impressos em 3D .

A impressão 3D de mesa é uma solução poderosa para fabricar moldes de injeção rapidamente e com baixo custo. Requer um equipamento muito limitado, economizando tempo do CNC e operadores qualificados para outras tarefas de alto valor. Os fabricantes podem se beneficiar da velocidade e flexibilidade da impressão 3D interna para criar o molde e combiná-lo com a força de produção da moldagem por injeção para entregar uma série de unidades de termoplásticos comuns em questão de dias. Eles podem até atingir formatos de molde complicados que seriam difíceis de fabricar tradicionalmente e podem ser usados ​​em máquinas de moldagem de mesa e industriais, permitindo que as equipes de desenvolvimento sejam mais inovadoras. Além disso, o desenvolvimento do produto se beneficia da capacidade de iterar no projeto e testar o material de uso final antes de investir em ferramentas pesadas.

Embora os moldes de impressão 3D possam oferecer essas vantagens quando usados ​​de maneira adequada, ainda existem algumas limitações a serem observadas. Não devemos esperar o mesmo desempenho de um molde de polímero de impressão 3D e de um metálico usinado. As dimensões críticas são mais difíceis de cumprir, o tempo de resfriamento é mais longo porque a transferência térmica ocorre mais lentamente no plástico e os moldes impressos podem quebrar mais facilmente sob o calor e a pressão. No entanto, empresas em toda a indústria continuam a implementar moldes impressos em 3D em seus fluxos de trabalho de moldagem por injeção de curta tiragem, permitindo-lhes produzir rapidamente centenas a milhares de peças. Desde o projeto de protótipos funcionais com materiais de uso final, fabricação de peças durante a produção piloto, ou fabricação de baixo volume ou peças de uso final personalizadas, moldes de injeção de impressão 3D são uma maneira econômica e rápida de produzir peças em quantidades limitadas.

A tecnologia de impressão 3D da estereolitografia (SLA) é uma ótima escolha para moldagem. Caracteriza-se por um acabamento superficial liso e alta precisão que o molde transferirá para a peça final e que também facilita a desmoldagem. As impressões 3D produzidas por estereolitografia são quimicamente ligadas de modo que são totalmente densas e isotrópicas, produzindo moldes funcionais em uma qualidade não possível com impressão 3D por modelagem por deposição fundida (FDM). As impressoras Desktop SLA, como as oferecidas pela Formlabs, podem ser integradas perfeitamente a qualquer fluxo de trabalho de moldagem por injeção, pois são fáceis de implementar, operar e manter.

Um núcleo de molde de injeção impresso em 3D montado com uma concha de molde de metal.

Como alternativa para a produção de volume médio de cerca de 500 a 10.000 peças, a usinagem de moldes de alumínio também pode reduzir os custos fixos associados à fabricação de moldes. A usinagem do alumínio é cinco a dez vezes mais rápida do que o aço e causa menos desgaste na ferramenta, o que significa prazos de entrega mais curtos e custos mais baixos. O alumínio também conduz o calor mais rápido do que o aço, resultando em menos necessidade de canais de resfriamento e permitindo que os fabricantes simplifiquem os projetos de moldes enquanto mantêm tempos de ciclo curtos.

Resumindo, aqui está uma visão geral dos diferentes métodos de moldagem por injeção e os tipos de molde que resultam no processo mais eficiente e no menor custo por peça, dependendo do volume de produção:

	Moldagem por injeção de baixo volume	Moldagem por injeção de médio volume	Moldagem por injeção de alto volume
Método	Produção interna de moldes e moldagem interna	Produção e moldagem terceirizada de moldes	Produção e moldagem terceirizada de moldes
Equipamento necessário	Impressora 3D, máquina de moldagem por injeção de mesa	-	-
Molde	Polímero impresso em 3D	Alumínio usinado	Aço usinado
Custo do molde	<$ 100	$ 2.000 - $ 5.000	$ 10.000 - $ 100.000
Tempo de espera para as partes finais	1-3 dias	3-4 semanas	4-8 semanas
Volume de produção ideal	<500	500 - 10.000	Mais de 5.000
Aplicativos	Prototipagem rápida Moldagem por injeção personalizada Moldagem por injeção de curto prazo	Moldagem por injeção de curta duração	Produção em massa

O tipo de prensa de injeção não tem influência significativa no processo de moldagem por injeção de baixo volume; As tradicionais grandes máquinas de moldagem por injeção industriais também podem ser usadas com moldes de injeção impressos em 3D. No entanto, essas máquinas são caras, vêm com requisitos de instalação rigorosos e exigem mão de obra qualificada e, como resultado, a maioria das empresas terceiriza a produção de médio e alto volume para prestadores de serviços e fabricantes contratados.

Se você é novo na moldagem por injeção e está pensando em testá-la com investimento limitado, usar uma máquina de moldagem por injeção manual de bancada como a Holipress ou Galomb Model-B100 pode ser uma boa opção. Equipamentos automatizados de moldagem por injeção em pequena escala, como a máquina de mesa Micromolder ou a máquina hidráulica Babyplast 10/12, são boas alternativas para a produção em série média de peças pequenas.

Curioso para aprender sobre os diferentes fatores que compõem o custo total de moldagem por injeção? Leia nosso guia completo.
Papel branco

Moldagem por injeção rápida de baixo volume com moldes impressos em 3D

Baixe nosso white paper para obter orientações sobre o uso de moldes impressos em 3D no processo de moldagem por injeção para reduzir custos e tempo de espera e ver estudos de caso reais com as aplicações Braskem, Holimaker e Novus.
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Fluxo de trabalho passo a passo para moldagem por injeção de baixo volume

O fluxo de trabalho para moldagem por injeção de baixo volume inclui as seguintes sete etapas:

1. Projeto de molde

Projete o molde para sua peça no software CAD de sua escolha. Siga as regras de projeto comuns para fabricação de aditivos e projeto de moldes de injeção. Recomendações de projeto específicas para moldes impressos em 3D de polímero podem ser encontradas em nosso white paper.

Carregue seu projeto no software de preparação de impressão PreForm, Formlabs. Prepare sua impressão e envie para a impressora Formlabs 3D.

2. Impressão 3D do molde

Escolha um material de impressão 3D e comece sua impressão. A resina 10K rígida com uma camada de 50 mícrons de altura é a escolha ideal para a maioria dos projetos de moldes, pois combina alta resistência, rigidez e resistência térmica.

Sempre que possível, é aconselhável imprimir o plano do molde, diretamente na plataforma de impressão sem nenhum suporte, para reduzir o empenamento.

Após a lavagem e pós-cura, seu molde impresso em 3D está pronto para ser integrado ao seu processo de moldagem por injeção.

3. Conjunto de molde

Antes da montagem, você pode optar por terminar o molde para atender às dimensões críticas com lixamento manual, mesa ou usinagem CNC.

Recomenda-se colocar o molde impresso dentro de uma estrutura de metal padrão, ou uma matriz de unidade mestre, para oferecer suporte contra altas pressões e estender a vida útil do molde impresso. Monte com cuidado o molde impresso em 3D dentro da estrutura de metal. Adicione pinos ejetores, inserções, peças de ação lateral e outros componentes conforme necessário.

Instale o molde montado em sua máquina de moldagem por injeção.

4. Fixação do molde

Insira os pellets de plástico, insira as configurações necessárias e comece a produção. Sugere-se uma força de fixação menor, principalmente se o molde impresso não estiver protegido por uma estrutura de metal.

Uma ampla gama de termoplásticos pode ser injetada com moldes impressos em 3D, como TPE, PP, PE, ABS, POM, ASA, PA, PC ou TPU.

5. Injeção

Podem ser necessárias algumas tentativas para identificar as condições ideais do processo, pois muitos fatores estão em jogo, incluindo a geometria da peça, a escolha do plástico, as temperaturas e pressões de injeção e outros parâmetros.

Reduza a pressão de injeção e a temperatura tanto quanto possível.

Com um molde impresso, os usuários do Formlabs normalmente injetam centenas de peças em plásticos fáceis de processar, como TPE, PP e PE, com temperaturas de até 250 ° C. Com plásticos que requerem temperatura de injeção mais alta, como PA ou PC, o molde impresso em 3D pode ter uma vida útil mais curta.

Leia nossa documentação de condições de processo para ver os resultados dos testes com máquinas injetoras de mesa e industriais.

6. Resfriamento

O tempo de resfriamento de um molde impresso de polímero é maior do que o de um molde de metal, pois a transferência térmica ocorre mais lentamente no plástico do que no metal. Dessa forma, geralmente não é sugerido adicionar canais de resfriamento ao molde impresso.

Em vez disso, o resfriamento pode ser acelerado aplicando-se ar comprimido para resfriar o molde ou usando pilhas intercambiáveis.

7. Desmoldagem

Desmoldar a peça manualmente ou automaticamente com pinos ejetores. Aplicar um desmoldante para termoplásticos de alta viscosidade. Os desmoldantes estão amplamente disponíveis e os desmoldantes de silicone, como os produtos Slide ou Sprayon, são compatíveis com as resinas Formlabs.

Aplicativos de moldagem por injeção de baixo volume

As três principais aplicações para moldagem por injeção de baixo volume são prototipagem rápida, moldagem por injeção de curta duração e moldagem por injeção sob demanda ou customizada.

Prototipagem Rápida com Moldagem por Injeção

A prototipagem rápida ajuda as empresas a transformar ideias em provas realistas de conceito, avança esses conceitos para protótipos de alta fidelidade que parecem e funcionam como produtos finais e orienta os produtos por meio de uma série de estágios de validação em direção à produção em massa.

Em geral, a impressão 3D é a maneira mais comum de produzir protótipos rápidos. No entanto, nas fases posteriores do processo de desenvolvimento, muitas vezes é necessário produzir volumes ligeiramente maiores de protótipos idênticos usando os mesmos materiais e processos de produção das peças finais. Esses protótipos podem ser usados ​​para aplicativos como beta e testes de campo. A combinação de moldes impressos em 3D com moldagem por injeção permite que os fabricantes desenvolvam protótipos funcionais de maneira rápida e eficiente e acelerem o processo de desenvolvimento de produtos.

Por exemplo, a startup francesa Holimaker desenvolve uma máquina de moldagem por injeção manual que permite aos engenheiros e designers de produto processar peças de plástico em suas áreas de trabalho em pequenas quantidades para protótipos, produção piloto ou mesmo uma série limitada de peças de uso final.

A empresa oferece estudos de viabilidade para seus clientes, utilizando moldes impressos em 3D para um retorno rápido e acessível. Isso permite que seus clientes desenvolvam projetos de protótipos de maneira rápida e econômica e validem as condições finais de fabricação durante a fase de produção piloto da introdução de novos produtos.

Os protótipos de pré-produção desses grampos de futebol foram moldados por injeção em moldes impressos em 3D usando três termoplásticos diferentes, POM (180 ° C), PA 6.6 (270 ° C), PP (210 ° C).

Ao usar o mesmo método de fabricação, incluindo projeto e materiais de molde, essas peças podem ser testadas em campo e garantir que os projetos estejam prontos para serem produzidos em escala. Os projetos de molde impressos em 3D podem então ser facilmente adaptados para aço de grau de ferramenta durante a produção em massa.

Usando moldes impressos em 3D, a Holimaker conseguiu encurtar o tempo de produção de moldes para o processo de moldagem por injeção para 24 horas e eles usam moldes de injeção impressos em 3D em 80% a 90% de seus projetos hoje.

Moldagem por injeção de curta duração

A moldagem por injeção de curto prazo fornece aos fabricantes um meio de produzir séries menores de peças de uso final para produtos que são produzidos apenas em quantidades limitadas ou fabricar uma série piloto de um produto para testar o mercado antes de investir muito capital no empreendimento.

O uso da moldagem por injeção de baixo volume oferece a oportunidade de fabricar peças de uso final precisas e repetíveis sem os altos custos fixos associados à moldagem por injeção tradicional.

A Multiplus é uma provedora de soluções de moldagem por injeção com sede em Shenzhen que cobre todo o ciclo de produção, do design à fabricação de produtos plásticos, e atende mais de 250 clientes por ano, incluindo algumas empresas Fortune 500. Alguns desses clientes exigem a produção de pequenos lotes, o que é tradicionalmente caro e demorado com moldagem por injeção devido à complexidade da fabricação de ferramentas pesadas.

Caixas de controle de ABS recém-moldadas por injeção usando moldes de injeção impressos em 3D.

À medida que a demanda por pequenos lotes começou a crescer, a Multiplus se voltou para a impressão 3D para explorar diferentes materiais na tentativa de encontrar uma forma econômica de produzir moldes plásticos mais baratos para pedidos menores e tiragens piloto. A fabricação de moldes de injeção de baixo volume com as impressoras 3D Formlabs reduziu custos, mão de obra e tempo em comparação com a usinagem de moldes de alumínio e pode ser usada perfeitamente com suas máquinas de moldagem por injeção industrial Babyplast.

Moldagem por injeção sob demanda ou personalizada

A moldagem por injeção personalizada ou rápida sob demanda pode ser necessária para fabricar peças de uso final personalizadas para fins específicos, como fatores humanos, aplicação ou ocasião, muitas vezes em um cronograma acelerado. O volume limitado e / ou curto prazo de entrega significa que a moldagem por injeção tradicional com ferramentas rígidas não é nem eficiente nem viável. Nestes casos, a moldagem por injeção de baixo volume com moldes impressos em 3D é a solução ideal para agilizar o processo e entregar peças personalizadas.

O exemplo da Braskem, uma das maiores empresas petroquímicas do mundo, destaca o uso da moldagem impressa em 3D para atender rapidamente aos pedidos sob demanda. Durante a primeira onda da pandemia COVID-19, a empresa precisava produzir milhares de tiras de máscara para proteger sua força de trabalho global. A Braskem identificou a moldagem por injeção como o método ideal para produzir as peças, mas sem acesso à impressão 3D, teriam que terceirizar um molde de metal caro, custando dinheiro e tempo valioso para a equipe.

A Braskem usou um molde impresso em 3D em combinação com uma máquina de moldagem por injeção industrial tradicional para moldar por injeção rapidamente as tiras da máscara.

A equipe da Braskem voltou-se para a moldagem por injeção usando uma impressora Formlabs Form 3 3D para imprimir o molde para suas tiras e a máquina de moldagem por injeção totalmente elétrica Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot para desenvolver as tiras.

Aproveitando a impressão 3D, a equipe estava produzindo milhares de tiras em uma semana após receber o e-mail do VP e prepará-las para envio aos escritórios em todo o mundo.

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