Otimização de técnicas Rapid Heat and Cool através da fabricação aditiva de insertos moldantes

A injeção de termoplásticos é, atualmente, o principal processo para a produção de grande escala de peças plásticas e, como tal, tem sido alvo de diversos estudos, numa tentativa de otimizar o seu rácio custo/benefício, bem como melhorar o seu impacto ambiental. Em contraponto, as peças apresentam cada vez mais requisitos técnicos e estéticos que dificultam esta otimização. Com o objetivo de conciliar os requisitos de peça e de processo, uma das técnicas que tem vindo a ser estudada é a Rapid Heat and Cool (RHCT).

Os materiais poliméricos são matérias-primas ideais para o desenvolvimento de novos produtos, quer por via do custo, quer por via da customização estética e técnica que permitem. Um dos requisitos mais difíceis de alcançar, é o aspeto superficial, que pode variar de superfícies texturadas até superfícies de alto brilho, sem qualquer marca do processo de injeção. Inclusive, algumas vezes, para atingir a qualidade superficial necessária, são requeridos acabamentos superficiais posteriores como a pintura e a cromagem.

O balanço entre requisitos estéticos/técnicos e a otimização dos custos e do impacto ambiental é um processo particularmente complexo, uma vez que as características que permitem obtê-los são antagónicas.

Para mitigar os impactos ambientais e de pós-processamento associados à pintura das peças, bem como defeitos estéticos provenientes de linhas de união do polímero, foi desenvolvida uma técnica de aquecimento e arrefecimento rápido de moldes, tipicamente conhecida como Rapid Heat and Cool (RHCT).

O RHCT é uma tecnologia que permite aquecer rapidamente o molde a uma temperatura elevada no início do processo de injeção, facilitando o fluxo do polímero e melhorando a qualidade da superfície da peça ao eliminar defeitos como linhas de fluxo e de soldadura. Posteriormente, o molde é arrefecido rapidamente para solidificar o material. Este controlo dinâmico da temperatura traz benefícios importantes, como um acabamento superficial esteticamente superior, melhores características mecânicas e uma otimização da produtividade. Além disso, a RHCT contribui para a sustentabilidade ao eliminar ou reduzir a necessidade de tratamentos posteriores, como pintura, cromagem ou tampografia.

Esta tecnologia não é um conceito complexo dentro do processo de injeção, mas o seu impacto é significativo. É sabido que o controlo da temperatura ao longo do processo de injeção é crucial para garantir a qualidade do produto final. No entanto este processo carece da utilização de equipamento especializado para o efeito e canais otimizados para uma eficiente e rápida troca de calor. Quando essas condições não são atendidas, o impacto ambiental pode ser maior do que os benefícios obtidos. Além disso, a falta de eficiência no processo pode resultar numa solução apenas parcial para os problemas que se pretende resolver.

Ao nível da fabricação dos moldes, a aplicação dessa tecnologia apresenta novos desafios, uma vez que os canais de arrefecimento devem ser colocados a distâncias muito mais curtas à superfície do molde (de forma a permitir uma troca calorífica mais eficiente e uniforme).

Para apoiar o desenvolvimento dos canais, são utilizados softwares de simulação de injeção e CFD. Ao simular diferentes cenários de produção, consegue-se identificar potenciais problemas antes de iniciar a fabricação, o que resulta num processo de desenvolvimento mais ágil e eficiente. A utilização deste tipo de software permite a simulação do processo e a otimização de parâmetros essenciais em função das especificações da peça a ser produzida. Deste modo é possível simular variações de temperatura, de forma a perceber o seu efeito no processo, podendo-se otimizar a forma como é aplicada a tecnologia RHCT.

A Erofio utiliza a sua experiência aliada à simulação para desenvolver canais de refrigeração otimizados, que são essenciais para maximizar a eficiência da tecnologia RHCT. Estes canais são projetados para garantir uma distribuição uniforme da temperatura ao longo do molde, sendo crucial para manter os requisitos de qualidade em todas as peças produzidas. Além de melhorar o desempenho da tecnologia RHCT, os canais otimizados também oferecem benefícios em processos de injeção convencionais, tornando todo o sistema mais eficaz.

Dada a geometria complexa dos canais otimizados, os componentes dos moldes onde estes canais estão inseridos são frequentemente produzidos através de fabrico aditivo. O fabrico aditivo permite a produção de peças metálicas não maquináveis através de processos tradicionais, sendo assim possível obter designs funcionais e mais eficientes.

Embora esses processos tenham começado a ser utilizados recentemente na indústria dos moldes, oferecem vantagens significativas em termos de produtividade e sustentabilidade. A capacidade de minimizar desperdícios e de otimizar o consumo de energia contribui para uma ferramenta mais rentável e ecológica. A utilização desta abordagem, na Erofio, tem permitido o desenvolvimento de moldes com canais capazes de atingir zonas críticas ao arrefecimento, garantindo que se simultaneamente se produza uma peça com um acabamento de alto brilho e também com as melhores propriedades técnicas que o polímero permite obter.