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PROJETO DE INSERTOS, FABRICADOS POR ESTEREOLITOGRAFIA, PARA MOLDAGEM POR INJEÇÃO

C. H. Ahens, A. S. R. Junior, W. N. Mascarenhas, P.R. Medeiros

Departamento de Engenharia Mecânica, CIMJECT, Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Universitário - Trindade, Cx. Postal 476, Florianópolis - SC, Cep:88040-900

Palavras-chave: prototipagem rápida, estereolitografia, moldagem por injeção.

RESUMO

O processo de desenvolvimento de produtos envolve uma série de etapas que englobam desde a sua concepção ao descarte. Estes processos estão sendo constantemente aprimorados pelos profissionais envolvidos nesta tarefa, principalmente na engenharia simultânea, o uso de protótipos tornou-se mais intenso (Ribeiro Jr, 2000). No caso particular do desenvolvimento produtos fabricados através da moldagem por injeção, além do projeto do produto, há também o projeto do molde para injeção que, devido aos métodos convencionais utilizados, necessitam de um período de tempo consideravelmente longo. Para auxiliar estas e outras atividades, novas tecnologias foram e estão sendo desenvolvidas, como por exemplo os processos de fabricação rápida de ferramental (Rapid Tooling), que utilizam os processos de prototipagem rápida para construir ferramentas de moldagem.

Um processo de fabricação rápida de ferramental que tem apresentado um avanço considerável é a fabricação de insertos para injeção através do processo de estereolitografia (Stereolithography, SL) (Decelles & Barrit, 1997). Neste processo, o inserto pode ser construído, a partir de um modelo em CAD tridimensional, através da fotopolimerização de resinas à base de epoxi ou acrílico, por um feixe de raios laser ultravioleta, cuja movimentação é controlada por um programa computacional (Gomide 2000). O resultado é um inserto com o qual pode-se obter um lote de 20 a 200 peças de plástico injetado.

A partir do desenvolvimento de um estudo de caso, este trabalho descreve as principais recomendações e características que devem ser consideradas no projeto de um inserto fabricado por estereolitografia para a peça ilustrada na Figura 1.


O passo inicial para o projeto do inserto consiste no modelamento tridimensional da peça em um sistema CAD, onde algumas recomendações devem ser consideradas, tais como: contração do material a ser injetado, ângulos de saída para favorecer a extração da peça, localização do ponto de injeção e dimensionamento do sistema de alimentação, espessura da casca do inserto e dimensionamento do sistema de refrigeração. No que se refere à contração do material, as dimensões da cavidade devem ser corrigidas através de um fator de contração, característico de cada material a ser injetado.

As altas temperaturas inerentes à moldagem por injeção e o comportamento frágil da resina aliada à aderência excessiva da peça com as paredes do inserto, contribuem para sua ruptura prematura, principalmente durante a extração da peça. Para minimizar as forças de extração, é recomendado o uso de ângulos de saída de 2o.

A utilização de um ponto de injeção com uma área de seção transversal maior permite utilizar velocidades de injeção mais baixas com pressões também baixas comparados àqueles usados na injeção em moldes de aço. A temperatura de injeção neste caso é também mais baixa, o que pode aumentar a vida útil do inserto, uma vez que diminui o tempo de exposição da resina às altas temperaturas de injeção.

A construção dos insertos em forma de casca e a utilização de um sistema de refrigeração tem como objetivo aumentar a taxa de transferência de calor. No entanto, estudos recentes comprovam que esta configuração do inserto é irrelevante devido à baixa condutividade térmica da resina. A construção em forma de casca é justificada pelo aspecto econômico. Normalmente utiliza-se espessura de casca entre 1,5 e 2,0 mm. É recomendável que a refrigeração do inserto seja realizada antes do início de cada ciclo de moldagem, através da aplicação de uma corrente de ar sobre molde aberto.

A extração da peça é feita através de pinos extratores, que se deslocam através de canais guias, incorporados no próprio inserto. É desejável que não exista contato entre o pino extrator e a resina para evitar desgaste. Este problema pode ser solucionado através da utilização de buchas guias. A Figura 2 ilustra o modelo tridimensional de um inserto, onde pode-se observar a existência de nervuras para aumentar a rigidez do inserto.


Baseado no que foi apresentado anteriormente pode-se concluir que os insertos produzidos por estereolitografia são uma boa opção para a moldagem de peças que tenha baixa produção, devido à baixa resistência mecânica e condutividade térmica da resina fotopolimérica usada no inserto.

Agradecimentos: Os autores agradecem ao CNPQ, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pelo suporte financeiro e pela bolsa de iniciação científica.


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DECELLES, P.; BARRITT, M.. "Direct AIMä, prototype tooling", White Paper, 3D Systems Inc. Valencia, California, USA. 1997.
GOMIDE, R.B.. Fabricação de componentes injetados em insertos produzidos por estereolitografia, Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - SC, Brasil, Abril-2000.
RIBEIRO Jr., A.S., Utilização de Ferramentas CAE no Projeto de Insertos Providos de Gavetas e Fabricados por Estereolitografia. Exame de Qualificação (Doutorado em Engenharia Mecânica) Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - SC, Brasil, dezembro-2000.