Prototipagem de Elastômeros: Guia Profissional para Manufatura Rápida e Econômica

Prototipagem é uma fase chave do ciclo de vida de manufatura que tipicamente liga o fim da etapa de design ao início da produção. O processo permite que designers e engenheiros refinem o design da peça, coletem feedback e obtenham adesão das partes interessadas.

Protótipos podem ser criados de várias maneiras diferentes. Prototipagem rápida 3D, que usa métodos de manufatura aditiva para produzir peças, tornou-se uma escolha cada vez mais popular para prototipagem porque permite que engenheiros identifiquem rapidamente e economicamente problemas de design antes que a produção comece. Isso ajuda a evitar revisões de ferramentas potencialmente caras ou demoradas, melhora a qualidade do produto e garante que a produção permaneça no caminho com cronogramas projetados.

No entanto, certas aplicações de peças e materiais não são bons ajustes para prototipagem baseada em 3D. Processos como modelagem por deposição fundida (FDM) produzem peças não isotrópicas que podem ser mais frágeis e reagir diferentemente que peças de elastômero de produção, enquanto outros métodos aditivos podem ser limitados por custo ou opções de material.

Isso pode apresentar um desafio para prototipagem rápida de moldagem de elastômeros, vedações e outras peças altamente elásticas com baixos durometros, onde flexibilidade é uma característica desejável do material. Embora desenvolvimentos em métodos de manufatura aditiva tenham permitido que engenheiros imprimam borracha, ou produtos "elastômeros", ainda existem limitações para o que pode ser feito com a tecnologia. No entanto, componentes e protótipos de elastômeros podem ser feitos eficazmente com métodos de manufatura tradicionais.

Métodos para produzir protótipos elastoméricos

Processos como moldagem por compressão e moldagem por transferência são métodos altamente eficientes para produzir peças de borracha como juntas, vedações e anéis O, mas as ferramentas necessárias para fabricar designs de molde de compressão de borracha tendem a vir com um preço alto. Os dois métodos tradicionais mais comuns para prototipar peças de borracha são fundição de uretano e corte por matriz.

A fundição de uretano envolve criar um molde de silicone ao redor de um modelo mestre com a geometria exata da peça final desejada. O modelo mestre pode ser usinado CNC ou impresso em 3D, dependendo da aplicação e complexidade geométrica. Uma vez que o molde cura, ele pode ser cortado aberto e usado para criar réplicas altamente precisas do modelo mestre em baixos volumes. Uma vantagem significativa da fundição de uretano é que o processo permite mais durometros e cores que outros métodos de prototipagem de elastômeros. Corte por matriz de chapas de elastômero também é muito comum para juntas e vedações.

Fresagem CNC é um processo de manufatura subtrativo que usa ferramentas rotativas para cortar material rapidamente e eficientemente de uma peça de trabalho sólida, moldando a peça desejada. Este método também pode ser usado para criar designs de borracha, mas há uma grande limitação de design: tentar cortar material elástico e flexível com qualquer grau de precisão é incrivelmente difícil. Por esta razão, apenas borrachas muito rígidas podem ser fresadas eficazmente.

Prototipagem de uretano fundido é uma maneira mais eficiente de criar peças de borracha macia. Se por algum motivo o protótipo deve ser fresado, engenheiros devem considerar colocar um colar logo acima da fresa para evitar que a peça de trabalho de borracha se mova. Peças de trabalho de borracha também podem ser congeladas em nitrogênio líquido antes da fresagem para aumentar sua dureza.

Uma das principais vantagens da impressão 3D de protótipos de borracha é a velocidade. Uma vez que o arquivo CAD é finalizado, peças podem frequentemente ser fabricadas em menos de um dia. No entanto, alguns métodos aditivos vêm com limitações de material, o que significa que embora possam ser eficazes para testar o ajuste e forma de componentes, muitas vezes não são ideais para testes funcionais.

Algumas limitações de material variam baseadas no processo. Um dos primeiros métodos de prototipagem de elastômero impresso em 3D usou sinterização seletiva a laser (SLS) com material base elástico. Protótipos criados através de SLS exibem alguma elasticidade, mas ainda exibem rigidez relativa e são propensos a quebrar após flexão repetida. Essas peças também frequentemente têm acabamentos de baixa resolução.

O desenvolvimento da tecnologia PolyJet permitiu que engenheiros imprimissem múltiplos materiais em diferentes combinações a partir do mesmo cabeçote. Isso permite a produção de protótipos que simulam com precisão as várias propriedades da borracha, incluindo durometros variando de 27-95 na escala de dureza Shore. Infelizmente, muitos materiais PolyJet carecem da resistência de protótipos de borracha verdadeiros, embora alguns materiais mais novos forneçam resistência e funcionalidade mais comparáveis.

A tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) da Carbon também pode ser usada para imprimir protótipos de elastômero, com uma vantagem do processo sendo que permite maiores propriedades isotrópicas. Este método tem algumas limitações quando se trata de propriedades de material, durometro, cor, complexidade da peça e tamanho da peça, mas pode ser usado para criar protótipos de borracha de qualidade de produção.

Prototipando peças de borracha eficientemente

Avanços tecnológicos tornaram muito mais fácil prototipar peças de elastômero rapidamente e economicamente, e deixar as especificações de material requeridas determinarem qual processo os fabricantes usam é chave para maximizar a eficiência. Se o protótipo se destina como prova de conceito ou para testar forma e ajuste de componentes, então a eficiência proporcionada pela impressão 3D é difícil de superar. Por outro lado, a fundição de uretano tem muito menos limitações de material, o que muitas vezes provará mais útil para o propósito de testes funcionais.

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