A transformar a realidade virtual (Morphing virtual reality) no setor de moldes e matrizes

Recentemente, a Hexagon Production Software realizou um webinar para mostrar como implementar a informação proativa ou reativa nos processos FEA (Finit Element Analysis) ou engenharia inversa no processo de criação de moldes e matrizes de maneira rápida e otimizada. Na sessão, foram mostradas as possibilidades da transformação geométrica de uma maneira rápida e otimizada para adaptar essa informação ao projeto de moldes e matrizes.

No campo da engenharia, o morphing de malha é uma técnica para alterar uma geometria existente ao aplicar uma distorção específica. Na forma original deste método, as alterações apenas são aplicadas nas posições dos nós, pelo que é preservada a conetividade dos elementos.

Igualmente importante é que esta tecnologia permite a criação de dados da superfície de ‘Classe A’. O termo superfícies de Classe A é normalmente usado no design automóvel para descrever um conjunto de superfícies que gerem e respeitem tanto a curvatura como o alinhamento da tangência da segunda derivada.

Tudo começa com os problemas decorrentes do trabalho com moldes e matrizes. Nos moldes, geralmente, os problemas costumam aparecer depois das deformações e tensões, posteriormente ao processo de injeção. Os defeitos causados pela deformação devem ser corrigidos ao conceber as peças. Uma previsão precisa da contração e a deformação (‘Warpage’) podem identificar onde poderia ocorrer uma contração e deformação excessiva, como também o design das peças e moldes, a escolha de materiais e o processamento.

No fabrico de matrizes, a elasticidade do material é a que contribui os problemas também conhecidos como ‘Springback’, refere-se à recuperação elástica das peças deformadas. O Springback produz-se devido ao alívio elástico do momento da flexão transmitida à chapa de metal durante a conformação. Os engenheiros devem prever e compensar estes comportamentos durante a conceção da sequência da flexão.

Existem diferentes maneiras e programas especializados para obter/prever as deformações, mas em quase todos os casos o que obtemos são nuvens de pontos, geometria de wireframe ou malhas (STL), o difícil é realizar transformações dessa informação em geometria CAD com a qual podemos trabalhar ou implementar nos nossos projetos.

Com os cálculos da FEA, é possível influenciar de forma proativa o processo de criação associado à injeção de plásticos. O mesmo acontece no fabrico de matrizes. Posteriormente, com a informação obtida através da engenharia inversa, podemos influenciar de forma reativa os processos da conceção do molde.

Dentro da injeção de plástico, na fase de teste, por vezes revela que são negligenciados alguns parâmetros e isto conduz à falha de algumas estruturas. A implementação destes cálculos nos projetos supera a abordagem tradicional dispendiosa anterior ao incluir, durante o processo de conceção, todos os parâmetros que permitem a modelação precisa de todas as tensões físicas em cada unidade estrutural.

Dentro do fabrico de matrizes, o uso da tecnologia de compensação da recuperação elástica (Springback), baseada nas previsões da FEA, pode reduzir significativamente o desvio geométrico induzido pela recuperação elástica, o número reduzido de testes requeridos não só reduz o tempo de comercialização, mas também tem um impacto positivo nos custos gerais (os testes geralmente representam até 30% dos custos gerais).

Morphing a partir de cálculos por elementos finitos a geometria CAD editável.

Começamos por selecionar a geometria CAD base original, ou zonas específicas da mesma. Poseriormente, podemos adicionar zonas ou geometrias de restrição para que sejam modificadas. De seguida, selecionamos a informação original e a informação calculada (pontos de wireframe e malhas), definimos a capacidade de comparação das alterações e a sua flexibilidade.

As ferramentas de deformação da geometria permitem ao operador de CAD aplicar modificações pedidas pelo utilizador a qualquer tipo de dados (sólidos, superfícies, wireframes e malhas).

Existem diferentes técnicas como esticar, dobrar, torção, entre outras. Também podemos usar ferramentas de deformação de geometria que permitem definir as condições de início e fim para controlar a alteração do modelo.

Estas deformações dirigidas/guiadas podem ser aplicadas no Springback, Warpage, design, edição de conicidades, recuperação ou reparação de geometria, apenas para citar alguns dos exemplos:

• Morphing ao usar previsões FEA. Este método usa a malha nominal e a malha de recuperação elástica (Springback) prevista para permitir a criação de um novo modelo CAD ‘compensado’, por exemplo, desde ficheiros calculados no Nastran.
• Morphing ao usar curvas de referência. Este método permite subdividir a dobra/flange desejada em curvas de secção transversal. Cada secção é manipulada pelo utilizador para obter um ângulo diferente. A partir destes novos trechos o sistema calcula o modelo CAD compensado.
• Morphing ao usar máquinas CMM/Scanner. Este método usa os dados digitalizados ou pontos digitalizados como geometria de referência.
• Morphing baseado num determinado conjunto de pontos. As técnicas de compensação de superfície usam pontos de referência extraídos/manipulados das geometrias dadas.
• Morphing ao usar uma malha compensada (com Springback calculado, por exemplo). É mostrada a capacidade de remodelar a superfície nominal ao usar uma malha já compensada que pode proporcionar algumas simulações da FEA. Neste caso, a implicação a ter em conta está relacionada com o número de pontos usados para combinar as peças.
• Morphing geométrica. Esta tecnologia também pode ser aplicada a outras disciplinas, como a moldagem por injeção de plástico. A deformação (Warpage) do modelo nominal foi e é usado para realizar a transformação.

O VISI é um programa da Hexagon orientado para a indústria de moldes e matrizes. Trata-se de um software com CAD e CAM integrados, de modelação direta e híbrida, com estratégias de maquinação de fresa e eletroerosão a fio, módulos dedicados a moldes com análise de injeção de plásticos, matrizes com cálculo de desenvolvimento, implantação e ferramentas para realizar a engenharia inversa.

O VISI inclui três ferramentas básicas para aplicação das técnicas de Morphing referidas anteriormente:

• O VISI Flow permite, através de ferramentas de simulação de injeção, configurar e executar análises para visualizar quanta contração e deformação (Warpage) esperar, dado o material atual, o design da peça e as condições de processamento definidas.
• O VISI Springback Solver permite aos utilizadores avaliar de forma fácil e rápida a viabilidade das peças, bem como dos processos, com especial atenção às condições de recuperação elástica (Springback) dos componentes de chapa metálica. Além disso, identifica problemas de forma (ruturas/enrugamentos).
• O VISI Reverse combina o poder da funcionalidade de modelação híbrida com as capacidades de processamento de dados de scan 3D para que os clientes possam criar facilmente modelos sólidos totalmente compatíveis e editáveis a partir de dados digitalizados.