Acelere a Fabricaçăo de Moldes: Otimizando Design e Produçăo com CAD/CAM e CAE Avançados

Com o mais recente software CAD/CAM e CAE, fabricantes de moldes podem acelerar muito o design e comprimir o ciclo de fabricação para moldes e matrizes de alta qualidade

Fabricantes de moldes estão sob pressão constante para acelerar o processo de fabricação de moldes, melhorando seus processos e qualidade do produto enquanto aumentam a produtividade. Para atingir suas metas, fabricantes de moldes empregam o mais recente software de fabricação de moldes, aproveitando novas técnicas em CAD/CAM e CAE, com simulações vastamente melhoradas para refrigeração conformal e outros recursos chave na fabricação de moldes e matrizes.

Aplicações usadas em processos de moldes e matrizes variam de software CAD/CAM da maioria dos principais desenvolvedores de software, bem como software CAE sofisticado oferecendo simulações e análises detalhadas do fit-and-finish de um produto, desempenho térmico e fatores diferenciais chave. Entre estes pacotes de fabricação de moldes estão pacotes integrados que permitem rodar dentro do software CAD/CAM principal do designer, permitindo transições fáceis de design para simulação e análise do potencial de uma peça.

Faça Rápido e Preciso

Os requisitos primários de software dos fabricantes de moldes permaneceram consistentes nos últimos anos, focando principalmente em maior produtividade, observou Ben Mund, analista sênior de mercado, CNC Software Inc. (Tolland, CT), desenvolvedora do software CAD/CAM Mastercam. “Essa necessidade se estende por todo o processo, impulsionando as tendências que vemos no desenvolvimento de software CAD/CAM — mais rápido na máquina, mais rápido fora da máquina, e qualidade o mais alta possível.

“Outra tendência crescente é conectividade na fabricação — garantir que software, máquinas e processos de chão de fábrica todos conversem entre si”, disse Mund. “Com CAM, você verá isso com conexões a bibliotecas de ferramentas, inspeção, monitoramento de oficina, e outros itens. Tudo faz parte de garantir que oficinas estejam prontas para a mudança para manufatura digital.”

Chave para a busca de produtividade é um sistema CAD/CAM eficiente, disse Mund, que oferece aos usuários uma infinidade de ferramentas para fazer o trabalho rápido e facilmente. “Começa com CAD; oficinas têm uma necessidade crescente de ferramentas CAD especiais que as ajudem a transformar um conceito ou modelo de peça em um molde de produção”, afirmou Mund. “Isso significa ferramentas de design para preparação de modelo, reparo de modelo sólido, preenchimento de lacunas, criação de dispositivos de fixação, e necessidades altamente focadas como eletrodos, separação de modelo core/cavidade, e criação de linha de partição — todas as coisas que devem acontecer antes que uma ferramenta toque o metal.”

Uma vez que o material está na máquina, as oficinas continuam um impulso agressivo por tempos de ciclo mais rápidos, ele adicionou. “Uma das maiores áreas que fabricantes de moldes olham é a maneira mais eficiente de remover material bruto para forma near-net. Avanços em trajetórias de ferramenta de desbaste ‘inteligentes’ continuam a reduzir dramaticamente o tempo de usinagem. Claro, a precisão e qualidade do molde final é o que mais importa, e aqui as oficinas estão olhando mais de perto não apenas para novo movimento de trajetória de ferramenta, mas novas ferramentas, todas as quais precisam ser suportadas por seu software de programação.”

Recursos como as ferramentas de preparação “CAD for CAM” da CNC Software continuam a ser um foco, disse Mund, e a empresa terá novas ferramentas em seu próximo lançamento do Mastercam para ajudar fabricantes de moldes a corrigir modelos rapidamente e limpar, tampar furos e corrigir erros em modelos CAD que lhes são dados. “Esses problemas podem causar longos atrasos e minimizá-los ajuda a garantir que o molde possa chegar à máquina o mais rápido possível.”

Além do motor Dynamic Motion do Mastercam, o software também tem uma nova técnica de programação NC chamada Accelerated Finishing, Mund adicionou. “Permite que oficinas usem novas ferramentas formatadas da maneira que são intencionadas. Trabalhamos de perto com fabricantes de ferramentas no desenvolvimento de estratégias de corte visando fresas de forma oval, fresas barril, fresas cônicas, fresas em forma de lente, etc.”, ele disse. “Quando programadas corretamente, essas fresas podem permitir que uma ferramenta de pequeno diâmetro tenha um grande raio de corte efetivo, o que pode reduzir tempo de ciclo, aumentar acabamento superficial, ou ambos.”

Encontrando Soluçőes Mais Fáceis e Inteligentes

Facilidade de uso do software está no topo entre designers e construtores de moldes, disse Anthony Yang, presidente e co-fundador da CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, MI, e Hsinchu, Taiwan), desenvolvedora da suite CAE Moldex3D de aplicações de simulação de fabricação de moldes.

Recursos como refrigeração conformal tornam o processo de fabricação de moldagem por injeção de plástico mais fácil e eficiente, mas usuários buscam software que seja muito mais fácil de usar, observou Yang. “A tendência atual é simulações antecipadas com DFM [Design for Manufacturability],” ele adicionou, “e outra tendência principal é tornar o software mais inteligente.”

O software de hoje permite que usuários configurem mais facilmente condições de contorno e criem uma malha, ele disse. “Você simula como o molde reage e deve especificar de onde o calor vem. Não é fácil de projetar.” Quanto mais fácil o software é de usar, melhor para fabricantes de moldes, que buscam melhores interfaces de usuário que permitam processos de design de molde mais rápidos e eficientes.

O software Moldex3D da CoreTech é usado principalmente em departamentos de engenharia, mas também por designers de peças. O software Moldex3D é integrado com software como NX Mold da Siemens PLM e a empresa também trabalha com as ofertas de grandes desenvolvedores como Solidworks da Dassault Systèmes e software CAD/CAM Creo da PTC.

Na Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Pune, Índia), o design de assentos e interiores automotivos usou simulações Moldex3D para reduzir empenamento de peças internas moldadas por injeção de plástico para melhorar precisão dimensional. A empresa usou o software em um console central de painel com resultados que incluíram: evitar linhas de solda em áreas visíveis; reduzir deflexão da peça para manter o gap e flush bem mantidos dentro da tolerância para a montagem da peça; redução de 68% no custo de ajuste de ferramenta; e reduzir uma taxa de sucata tradicionalmente alta para um número desprezível. Isso foi possibilitado em parte pelas simulações de previsão de empenamento do Moldex3D.

Complexidade Impulsiona Processos

À medida que ferramentas para produtos complexos aumentaram, oficinas de moldes e matrizes, junto com outros fabricantes, estão se voltando para processos de fabricação avançados. “Automação e integração são habilitadores para nossos clientes fazerem melhorias em ferramentas, com otimização de fluxo de trabalho de design de ferramenta e ferramentas de validação para tornar produtos mais precisos”, observou Himanshu Iyer, gerente de marketing de produto NX, Siemens PLM Software (Plano, TX). Primordial para fabricantes, ele disse, é “garantir que erros, se houver, sejam capturados o mais cedo possível no ciclo de design. Todos sabemos como é caro lidar com aqueles mais tarde no processo, e temos que tornar o processo mais eficiente.”

Comunicação ruim entre OEMs e fornecedores frequentemente causa dor lá na linha no desenvolvimento de produto. “Um dos problemas é envolver clientes cedo na fase de design”, observou Daks Azhagappan, gerente de produto para NX Mold Wizard. “Você tem que olhar para todas as questões de fabricabilidade. Custa tempo e dinheiro a menos que trabalhem muito de perto. Muitos de nossos clientes, a maioria das oficinas de ferramentas, perguntam como trabalho com OEMs no início?”

Usando ferramentas CAE no NX, alimentadas pelo motor Moldex3D, usuários podem melhorar malhas para ganhar designs gerais melhores. “Uma coisa no passado era passar por tryouts”, disse Azhagappan. “Um problema que enfrentam é empenamento. Uma coisa é voltar ao design e mudar o resfriamento. Então eles podem dizer ‘como posso compensar o empenamento?’” O transformador de malha adicionado ao NX 10 permite que usuários otimizem malhas e tragam essa informação para seu ambiente CAD.

As ferramentas mais recentes permitem que usuários façam transformações de malha em dois estágios, no estágio de design e no software CAE, ele observou. Com a análise de fluxo de molde Moldex3D, “temos muitas [daquelas] capacidades integradas no NX”, Azhagappan adicionou.

Técnicas de usinagem mais rápidas no NX CAM também desempenham um papel enorme em aumentar a produtividade de fabricação de moldes e alcançar tempos de usinagem mais rápidos com tecnologia de alta velocidade, observou Sashko Kurciski, gerente de marketing de produto da Siemens, soluções de fabricação e NX CAM. “Estamos reduzindo tempos de usinagem em 60% em alguns casos”, ele disse. “Também pode estender vida da ferramenta em quatro vezes.”

Com o mais recente NX 12 CAM, a Siemens adicionou uma estratégia de desbaste de alta velocidade desenvolvida internamente que usa tecnologia de componente. “É uma nova tecnologia para nós que é similar ao Volumill mas em alguns casos é melhor”, disse Kurciski. “Não é um add-on.”

Tecnologia aditiva é outro fator importante. “Terá vários impactos na indústria de ferramentas, em nossa opinião. Uma daquelas áreas é refrigeração conformal”, disse Iyer. “Com técnicas aditivas, vemos clientes já pensando sobre coisas de forma diferente.”

Com máquinas híbridas subtrativas/aditivas no mercado, a vantagem é ser capaz de automatizar processos em qualquer lado da máquina e entre aqueles lados, disse Kurciski. Uma oficina pode construir um molde com o lado aditivo com canais de resfriamento internos, e então “você pode usar a mesma máquina para alcançar as superfícies de alta qualidade que precisam para moldes.”

Acelerando Usinagem, Adicionando AM

Usinar mais rápido é chave para fabricantes de moldes, e desenvolvedores CAD/CAM oferecem múltiplas maneiras de chegar lá. “Não é grande revelação que fabricantes de moldes estão sob tanta pressão hoje quanto já estiveram”, observou Clinton Perry, gerente de marketing de produto para PowerMill na Autodesk Inc. (San Rafael, CA). “Eles enfrentam o desafio diário de atender expectativas do cliente: reduzir prazos de entrega, manter ou melhorar qualidade da peça e minimizar custos, tudo para oferecer um [alto] nível de serviço ao cliente. Ao mesmo tempo, fabricantes de moldes têm que ficar de olho nos tipos de tecnologia emergente que poderiam lhes dar uma vantagem competitiva.”

Para atender a essas demandas, fabricantes de moldes precisam de software que converte rapidamente designs de clientes em ferramentas de alta qualidade. “Velocidade é indiscutivelmente o desafio número um aqui. Software CAD/CAM/CAE precisa agilizar todo o fluxo de trabalho de design, simulação e fabricação para encurtar o tempo total para o mercado”, disse Perry. “Melhorias na capacidade de hardware certamente ajudaram — como processadores 64-bit, multicores e cloud computing — mas há algo mais fundamental. Autodesk e outras empresas de software continuam a desenvolver ferramentas de modelagem que ajudam a importar modelos de clientes e convertê-los rapidamente em ferramentas utilizáveis. Este processo frequentemente requer um grau de trabalho de reparo de modelo para corrigir falhas em dados importados.”

Produtos de modelagem CAD, como Autodesk PowerShape, oferecem ferramentas para prevenir que reparos causem atrasos, ele adicionou. O software de modelagem mais capaz pode analisar arquivos CAD importados para identificar e (automaticamente) corrigir problemas que poderiam complicar a fabricação downstream, disse Perry, e ferramentas de modelagem de superfície, sólido e direta permitem que fabricantes de moldes então convertam rapidamente designs de clientes em ferramentas.

Outra grande tendência é simulação baseada em física, disse Mark Hennebique, gerente de linha de negócios de simulação da Autodesk. Simulação permite que designs sejam “assinados” antes que um bloco de aço tenha sido usinado.

Software de simulação como as ferramentas analíticas do Autodesk Moldflow podem ser usadas no processo de desenvolvimento para ajudar a otimizar a fabricabilidade do design da peça e o desempenho da ferramenta de molde em um estágio inicial de design, disse Hennebique. “Simulação permite que múltiplos designs sejam tentados e testados, com feedback rápido para confirmar o impacto no ciclo de moldagem e qualidade da peça. Variáveis como posição de gate, espessura de parede, processo de moldagem, design de circuito de resfriamento, e propriedades de material podem todos ser modificados com feedback rápido para construir confiança de que o molde entregará resultados esperados no primeiro ciclo de moldagem.”

No mais recente lançamento do Moldflow, usuários agora têm acesso a mais de 10.000 materiais no banco de dados público de materiais, ele disse. “Com acesso a mais materiais, usuários poderão ver o impacto do processo de fabricação na forma final da peça e fabricabilidade, dando a eles a capacidade de escolher a combinação certa de processo/material para atender às necessidades do projeto. Usuários também verão outras melhorias de performance, variando de velocidade do solver a velocidade operacional, tornando ainda mais fácil mover em direção a uma solução.” Adicionalmente, o Moldflow será enviado com Autodesk Fusion 360, fornecendo aos usuários acesso a interoperabilidade e capacidade CAD/CAE melhoradas para iterar em designs e compartilhar dados, entre outros benefícios.

A emergência da impressão 3D como ferramenta de fabricação oferece aos fabricantes de moldes a oportunidade de mudar como moldes são projetados e feitos, Perry adicionou. “Um grande exemplo vê impressão 3D sendo usada para projetar moldes que incluem circuitos de resfriamento que seguem mais de perto as formas sendo moldadas. Estes circuitos de refrigeração conformal permitem que tempos de ciclo de moldagem sejam drasticamente reduzidos.” Fabricantes de moldes como Fado, disse Perry, agora usam software de design e fabricação da Autodesk para adicionar refrigeração conformal a um número crescente de seus moldes.

Novo Módulo de Molde

Outra nova atualização da Vero Software é o VISI 2018 R1 que introduz um novo módulo Mold Tool baseado na tecnologia Assembly-Ng do VISI. Este módulo redevelopido fornece maior flexibilidade na construção de configurações de ferramentas de fornecedores e não padrão. Modelos personalizáveis, incluindo gerenciamento de chapas em branco e pré-furadas, permitem fácil criação de layout de ferramenta e edição aprimorada em qualquer estágio de design.

“O novo Mold Tool fornece um nível maior de flexibilidade para criação e edição avançada de ferramentas. Isso permite ajustes em qualquer estágio do design da ferramenta. Todos os componentes da montagem são atualizados automaticamente quando ajustes de chapa são feitos, incluindo dados de fabricação de cavidade do componente”, disse Marco Cafasso, gerente de produto VISI da Vero.

Melhorias foram feitas dentro do módulo de previsão de empenamento de fluxo plástico para melhorar precisão de resultados para polímeros técnicos complexos. Essas melhorias foram alcançadas por uma revisão completa dos algoritmos para a fase de holding, disse a empresa. Ajustes no cálculo de pressão e taxa de fluxo, combinados com o novo solver de forma, podem reduzir tempos de cálculo para o processo em até 40%.

Verificando Simulaçőes

Designers de moldes têm tolerâncias apertadas, então prevenir pequenos erros e golpes são importantes, observou Gene Granata, gerente de produto Vericut para CGTech (Irvine, CA). “Programas de molde são tipicamente muitos e grandes, então verificação offline é chave para manter máquinas rodando. Usuários podem rodar simulações em processo batch para garantir [todos] os programas NC criarão o molde final que você espera que eles criem. Também, com mais métodos de fabricação disponíveis para criar moldes [usinagem, AM, EDM die sinking, etc.], software de simulação pode fornecer informação valiosa para ajudar oficinas a prever tempos de fabricação e manter taxas de produção ótimas.”

Cronogramas comprimidos significam que fabricantes de moldes estão procurando maneiras de trabalhar de forma mais enxuta e rápida, ele adicionou. “Vericut Force é um módulo de programa NC baseado em física que micro-analisa condições de corte e otimiza taxas de avanço do programa para alcançar espessuras de cavaco ideais, mas sem exceder os limites de força da ferramenta ou a potência do fuso da máquina. Otimização Force cria o programa NC mais efetivo possível para uma dada ferramenta de corte, material de estoque, e condições de usinagem. O resultado é economia significativa de tempo, peças de maior qualidade com melhores acabamentos superficiais, e vida melhorada de ferramenta de corte e máquina,” ele disse.

O interesse em AM entre fabricantes de moldes é grande, Granata notou, e o novo Módulo Aditivo Vericut simula tanto deposição de material aditivo quanto capacidades de usinagem tradicional em novas máquinas CNC híbridas. “AM em máquinas híbridas pode tornar a construção de certos moldes de precisão, e reparos de molde, mais fáceis e rápidos. E com software de programação aditiva se tornando mais capaz, estamos vendo uma nova tendência: o desejo de simular qualquer processo de fabricação, em qualquer ordem, para obter a confiança [de que] farão a peça final que foi intencionada,” Granata disse. “Usuários confiam em nosso software para garantir que todos os programas NC rodarão corretamente, e otimamente, em suas máquinas CNC. Para fazer o melhor trabalho, usuários [devem] escolher software de simulação que é impulsionado pelo mesmo código NC que impulsionará a máquina, garantindo assim o mais alto nível de verificação possível.”