Descubra o Valor: Por Que a Microfusão Entrega Precisão e Qualidade Superiores

Cera perdida, moldes de uso único criam produtos de precisão com superfícies mais finas.

O que é Microfusão?

A microfusão, frequentemente chamada de fundição "a cera perdida", usa um processo de molde consumível para criar produtos complexos com superfícies excepcionalmente finas. É uma técnica de precisão devido à versatilidade que pode ser criada no design do molde. Modelos de fundição em areia devem ser divididos em dois, e núcleos internos podem ser suportados dentro de um molde fechado dividido. Moldes de microfusão podem ser feitos em quase qualquer forma que possa ser esculpida em cera e revestida. O processo e o molde são mais caros, mas os produtos produzidos podem ser mais complexos e precisos. A superfície de todos os fundidos reflete os materiais em que são fundidos. Fundidos em areia, portanto, têm textura irregular. Microfusões podem sair do molde com acabamento mais liso.

Quais são os Produtos Comuns de Microfusão?

Produtos de microfusão são frequentemente encontrados como peças operacionais de máquinas de precisão. Em um automóvel, por exemplo, o bloco do motor pode ser fundido em areia. Ventiladores, cames e outras peças com formas complexas, especialmente aqueles que se movem e precisam de superfícies finas, serão frequentemente microfundidos.

A microfusão também é comum para estátuas muito detalhadas, joias ou outros itens decorativos que têm detalhes muito finos e acabamentos superficiais lisos.

Processo de Microfusão

O processo de microfusão requer um modelo consumível, geralmente feito de cera; um material de molde cerâmico; um forno; e um processo de fundição para derreter metais e encher moldes.

Modelos Consumíveis ou de Cera

Um modelo é uma réplica exata do produto final a ser feito. Curiosamente, um modelo é feito enchendo um molde de injeção frequentemente feito de alumínio ou aço. Esses moldes podem ser usinados, impressos em 3D ou até esculpidos à mão. Criar cada peça com esses processos seria mais caro do que criar um molde e depois passar para o processo de fundição. A fundição a cera perdida é mais cara que a fundição em areia, mas ainda é capaz de escalar para produção industrial de alta rotatividade. Uma vez criado o molde de injeção, modelos de cera podem ser feitos rapidamente e em grandes quantidades, pois exigem tempo mínimo para esfriar e solidificar.

Montagens de Modelos (Pattern Assemblies)

Uma vez formados, os modelos de cera são montados em uma árvore, ou sistema de fundição, que permitirá que vários itens sejam fundidos ao mesmo tempo. A formação da árvore é feita a partir de uma série de canais e funis (gates and sprues), também feitos de cera sólida. Esses ramos sólidos de cera eventualmente formarão os canais ocos que transportam o metal fundido para formar cada produto final. As estruturas de árvore devem ser montadas cuidadosamente para garantir produtos de qualidade e fluxos de trabalho eficientes. Dependendo das instalações do local e do tamanho do produto, muitos modelos podem ser montados na mesma árvore para produção em massa. Itens maiores também podem ser fundidos individualmente.

Molde Cerâmico de "Investimento"

Uma vez montada a estrutura da árvore, ela é mergulhada em um banho cerâmico líquido. O cerâmico reveste toda a árvore e é deixado secar. Esses banhos são repetidos várias vezes, permitindo que cada camada endureça, até que um molde espesso seja criado. A árvore é então aquecida para derreter a cera, que drena inteiramente do molde. Uma vez removida a cera, o molde é aquecido a uma temperatura mais alta e o metal fundido é vertido dentro, preenchendo as cavidades antes ocupadas pelo modelo de cera. O processo de aplicação da pasta cerâmica é referido como o aspecto de "investimento" da microfusão.

Remoção do Molde

Uma vez que o metal esfriou e solidificou, o molde cerâmico é quebrado para revelar os produtos fundidos. Canais e funis são então removidos, e quaisquer procedimentos adicionais de acabamento ou tratamento são aplicados.

Aplicação Versátil

Modelos de cera podem ser feitos em praticamente qualquer forma, sem ângulos de saída (tapers) e sem afetar a qualidade do produto final.

A microfusão pode ser usada para uma gama de produtos e materiais. Dependendo das instalações de fundição do local, os produtos podem pesar desde uma fração de onça até mais de mil libras. Moldes cerâmicos de investimento também são adequados para vazamento em alta temperatura.

Cera e materiais cerâmicos podem ser reutilizados durante todo o processo de microfusão. Cera usada é reconvertida em canais e alimentadores, e moldes cerâmicos podem ser reprocessados para uso em novos moldes — tipicamente as camadas cerâmicas externas onde menos precisão é requerida.

Materiais comuns usados em microfusão incluem aços e outras ligas baseadas em ferro, alumínio, níquel, cobalto, titânio e cobre. Dependendo da aplicação, a microfusão pode ser adequada tanto para corridas de produção curtas quanto longas, e pode produzir várias centenas de produtos por vez.

Cera e materiais cerâmicos podem ser reutilizados durante todo o processo de microfusão. Cera usada é reconvertida em canais e alimentadores, e moldes cerâmicos podem ser reprocessados para uso em novos moldes — tipicamente as camadas cerâmicas externas onde menos precisão é requerida.

Benefícios da Microfusão sobre a Fundição em Areia

Todos os métodos de fundição oferecem muitos benefícios de design: a capacidade de minimizar insumos de material e formar estruturas que seriam difíceis de alcançar sem usinagem ou montagem significativa.

Um benefício-chave da microfusão, no entanto, é a versatilidade de seu molde. Como o molde é consumível, e como modelos de cera podem ser removidos discretamente em forma líquida, os fabricantes têm uma quantidade excepcional de liberdade ao projetar produtos de microfusão. A microfusão proporciona capacidades de design muito mais complexas que a maioria dos outros métodos de moldagem e fundição.

Microfusão versus Fundição em Areia

(Imagem comparativa)

A fundição em areia é outro método eficaz que usa areia para formar moldes descartáveis. É o método de fundição mais amplamente usado na América do Norte, mas existem várias diferenças-chave.

Ao selecionar o melhor método de fundição para um projeto, considere o seguinte:

• Moldes de areia devem ser separados para remover o modelo antes do vazamento. Para garantir um molde adequado, um modelo precisa ser projetado com ângulos de saída (drafts) para minimizar atrito — e evitar que o molde de areia seja perturbado — quando as seções são separadas. Como moldes de areia compreendem duas peças, o produto final sempre terá uma linha de partição, que pode precisar ser retificada após o resfriamento.
• Moldes de areia podem ser facilmente ajustados para acomodar mudanças de design. Isso dá liberdade ao engenheiro para alterar peças rapidamente e facilmente após testadas.
• Cavidades internas também podem ser um desafio para fundição em areia, que dependem do uso de núcleos. Um núcleo é uma forma pré-formada inserida no molde para formar o interior da peça não em contato com a superfície do molde. Dependendo da forma e complexidade de um núcleo — que pode ser um único componente ou uma montagem de múltiplos núcleos — pode ser demorado formar e fixar dentro de um molde.
• Na fundição em areia, novos fundidos são fabricados mais rapidamente que na microfusão devido à reutilização do modelo.
• Também vale notar que moldes de areia, mesmo com aditivos sintéticos e alta compactação, não conseguem atingir a dureza do cerâmico. Como resultado, superfícies fundidas em areia frequentemente têm tolerâncias mais altas e requerem retificação mecânica para atingir um acabamento final.
• Também vale notar que moldes de areia, mesmo com aditivos sintéticos e alta compactação, não conseguem atingir a dureza do cerâmico. Como resultado, superfícies fundidas em areia frequentemente têm tolerâncias mais altas e requerem retificação mecânica para atingir um acabamento final.
• A fundição em areia pode produzir componentes metálicos de todos os tamanhos e pesos, enquanto a microfusão requer que as peças finais pesem menos de 100 libras (45 kg).
• Com microfusão, modelos de cera podem ser feitos em praticamente qualquer forma.
• Moldes cerâmicos também são muito duros, criando superfícies lisas com baixas tolerâncias, frequentemente com paredes muito finas. Uma vez removidos canais e funis, muitos produtos não requerem mão de obra adicional para tratamento ou acabamento.
• Com microfusão, modelos de cera podem ser feitos em praticamente qualquer forma — sem ângulos de saída e sem afetar a qualidade do produto final.
• Moldes cerâmicos também são muito duros, criando superfícies lisas com baixas tolerâncias — frequentemente com paredes muito finas. Uma vez removidos canais e funis, muitos produtos não requerem mão de obra adicional para tratamento ou acabamento.

Planejando um Projeto de Microfusão

Determinar o melhor método de manufatura depende de uma gama de fatores. Aqui estão algumas coisas a considerar com seus profissionais de design de produção:

• Tipo de produto final: Qual o tamanho e forma desejados do produto? Diferentes métodos de fundição serão mais adequados a certas dimensões, e também influenciarão a quantidade de usinagem necessária para atingir as dimensões finais.
• Quantidade: Ao considerar quantidades, é melhor olhar o mais longe possível. O que pode ser mais econômico no curto prazo pode se tornar mais caro se planejando vários lotes a longo prazo. Um maior investimento inicial em ferramental e moldes pode economizar dinheiro no futuro. Produções de curto prazo ou únicas, no entanto, não exigirão o mesmo investimento.
• Tolerâncias: Quão exatas suas dimensões precisam ser? Tolerâncias mínimas podem frequentemente ser alcançadas com microfusão, especialmente para produtos com paredes muito finas.
• Aplicação mecânica: A fundição pode reduzir a quantidade de montagem necessária para aplicações mecânicas — muitas vezes economizando tempo e mão de obra no futuro.
• Requisitos de material: Moldes cerâmicos usados em microfusão são adequados para uma ampla gama de materiais, incluindo ligas baseadas em aço e ferro vazadas em altas temperaturas.
• Pós-produção: Como em outras formas de fundição, dependendo de sua aplicação final, produtos microfundidos podem passar por vários tratamentos térmicos ou outros acabamentos superficiais se necessário.

Fundições de Microfusão

A maioria das fundições que produzem microfusões não necessariamente fornece outros métodos de produção de fundição, preferindo especializar-se em um único método de produção de fundição. Diferenças significativas existem entre métodos de produção como fundição em areia vs. microfusão, tornando improvável que uma única empresa tenha a infraestrutura necessária para oferecer mais de um método de produção de moldagem.

É normal que microfusões custem mais que fundidos produzidos usando outros métodos mais simples, como fundição em areia. Os benefícios alcançados, no entanto — incluindo complexidade, confiabilidade, reprodutibilidade, acabamento superficial e outros — compensam mais do que a diferença de custo.

É importante entender verdadeiramente os parâmetros de design da fundição que você está projetando ou tentando comprar. Se microfusões podem oferecer uma peça de forma líquida (net shape) sem usinagem, por exemplo, mas uma fundição em areia precisará ser usinada, então o custo adicional para microfusão pode ser justificado.

Fontes

• Grote, Karl-Heinrich e Erik K. Antonsson. Springer Handbook of Mechanical Engineering, Volume 10. Pasadena, CA: Springer Science & Business Media, 2009.
• Hunt, L.B. "The Long History of Lost Wax Casting: Over Five Thousand Years of Art and Craftmanship." Gold Bulletin. Junho 1980, Volume 13, Edição 2, pp 63-79.
• Rundman, Karl B. Metal Casting (Reference Book for MY4130). Michigan Tech. University: Department of Materials Science and Engineering.