Diferentes tipos de processos de moldagem por injeção – uma visão geral

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A moldagem por injeção é um processo altamente eficiente e versátil para a fabricação de peças plásticas. Ele permite a produção de produtos complexos usando uma variedade de materiais em um período de tempo muito curto. Consequentemente, o processo tem se tornado cada vez mais avançado ao longo dos anos. Novas variantes são introduzidas anualmente para aprimorar seus recursos, sua sustentabilidade e sua relação custo-benefício. Todo o espectro de processos de moldagem por injeção abrange uma variedade de materiais, mecanismos, métodos de entrega e muito mais.

Tipos de moldagem por injeção

Os processos de moldagem por injeção podem ser categorizados de várias maneiras, dependendo dos critérios usados para a classificação. Esses critérios podem incluir o princípio de funcionamento do processo, o tipo de plástico usado no processo de moldagem por injeção, os tipos de sistemas de canais, as especificações do produto final e outros fatores relevantes.

Para oferecer uma visão geral abrangente, examinaremos primeiro uma classificação baseada no tipo de material usado, seguida de uma classificação que destaca os recursos exclusivos de diferentes processos de moldagem por injeção.

Categorização com base no material

• Moldagem por injeção de termoplásticos
• Moldagem por injeção de termofixos
• Moldagem por injeção de metal (MIM)

Moldagem por injeção de termoplásticos

A moldagem por injeção de termoplásticos é um dos métodos mais populares e versáteis para criar produtos plásticos leves e duráveis. Os polímeros termoplásticos são materiais recicláveis que podem ser remoldados quando um produto não for mais necessário. Eles amolecem quando aquecidos e solidificam ao esfriar, permitindo que esse processo seja repetido para produzir novos itens a partir dos antigos. Além disso, esse método geralmente é mais econômico do que outros processos de fabricação.

A moldagem por injeção de termoplásticos é utilizada para fabricar uma variedade de produtos de consumo, industriais e médicos. Alguns exemplos incluem:

• Produtos de consumo: Cadeiras, roupas (fibras sintéticas), brinquedos, eletrodomésticos, caixas de armazenamento, produtos de limpeza e muito mais.
• Produtos industriais: Bombas, engrenagens, cordas, contêineres e muito mais.
• Produtos médicos: Implantes médicos, ferramentas de diagnóstico, dispositivos respiratórios, equipamentos de anestesia, tubos, embalagens médicas, alinhadores dentários, vedações de seringas, curativos para feridas, máscaras de oxigênio, bolsas de ventilação e talas para fraturas, entorses e distensões.

Moldagem por injeção de termofixos

Ao contrário dos polímeros termoplásticos, os polímeros termofixos são projetados para uso único e não podem ser reciclados. Esse processo é frequentemente usado para fabricar peças de reposição de metal a partir de plástico em setores como o aeroespacial, automotivo, industrial e médico.

A moldagem por injeção de termofixos é semelhante à moldagem de termoplásticos. Nesse processo, um material termofixo é aquecido e injetado em um molde, onde é permanentemente fixado e curado. Um exemplo comum de material termofixo é o epóxi. Quando o epóxi é despejado em um molde, ele passa por uma reação química irreversível e endurece permanentemente. Ele não pode ser fundido novamente ou remodelado para criar novos produtos.

A moldagem por injeção de termofixos pode ser bastante econômica para grandes séries de produção em comparação com os processos de fabricação tradicionais. Também é rápida, repetível e oferece uma ampla gama de opções de materiais para atender aos requisitos específicos de vários produtos. Alguns exemplos de produtos feitos com moldagem por injeção termofixa incluem:

• Produtos aeroespaciais: Estrutura da aeronave, componentes do motor e do interior, revestimentos de proteção, adesivos, selantes e muito mais.
• Produtos automotivos: Painéis, para-choques, para-lamas, pilares A, componentes do motor, pastilhas de freio, peças de ignição, interruptores elétricos, painéis de carroceria, protetores térmicos, assentos e muito mais.
• Produtos industriais: Carcaças de bombas, tubos, válvulas, engrenagens, isoladores, disjuntores, painéis de equipamentos, sistemas de contenção e muito mais.

Moldagem por injeção de metal

A moldagem por injeção de metal é uma variante da moldagem por injeção de plástico na qual um pó metálico fino misturado com um aglutinante de polímero é injetado em um molde para criar peças metálicas. Após a moldagem, o aglutinante é removido (desbobinamento) e a peça é sinterizada. As peças MIM sinterizadas normalmente atingem cerca de 96-99% da densidade teórica da liga (quase seca), e a prensagem isostática a quente (HIP) opcional pode aumentar ainda mais a densidade (geralmente 99,5%) para aplicações exigentes.

O processo é excelente para componentes pequenos e complexos (geralmente ≤100 g), permitindo paredes finas e recursos de formato de rede. Observe que, embora a injeção seja rápida, o tempo de espera geral é impulsionado pela desbobinagem e sinterização, com rendimento obtido pelo processamento de muitas peças por lote de forno.

Categorização com base em recursos especiais

Alguns processos de moldagem por injeção são personalizados para produtos ou recursos de design específicos. Nesta seção, examinaremos os seguintes processos exclusivos de moldagem por injeção:

• Moldagem de cubos
• Moldagem por injeção assistida por gás
• Moldagem por injeção de borracha de silicone líquido
• Moldagem por injeção de paredes finas
• Moldagem de espuma estrutural
• Moldagem por microinjeção
• Moldagem por injeção de reação
• Moldagem por injeção de núcleo fusível
• Sobremoldagem e moldagem por inserção

Moldagem de cubos

A moldagem em cubo é uma forma especializada de processo de moldagem por injeção que usa um molde em forma de cubo para produzir componentes plásticos circulares. O cubo pode girar ao longo do eixo vertical, permitindo o uso de seus vários lados para moldar várias peças. Embora essa tecnologia seja relativamente nova, ela apresenta alta eficiência e pode reduzir o tempo de produção por componente para menos de 0,25 segundo, oferecendo cerca de 40% de redução nos tempos de ciclo.

O processo usa várias linhas de corte que são injetadas sequencialmente com material para criar peças multimateriais ou multicomponentes. O molde do cubo é girado 90° ou 180° entre injeções sucessivas. Enquanto a segunda injeção ocorre em um lado, a primeira injeção é repetida em um lado diferente do cubo. Isso permite que a injeção, o resfriamento e a ejeção da peça sejam realizados simultaneamente em vários lados, dobrando efetivamente a produtividade.

A moldagem em cubo oferece várias vantagens, incluindo a necessidade de espaço reduzido (maior produção por área ocupada), a capacidade de produzir peças altamente complexas usando vários materiais e cores e tempos de ciclo rápidos (até 10.000 peças por hora). Ele também suporta diversas aplicações, permitindo a criação fácil de peças de um, dois ou três componentes. Além disso, há um alto potencial de automação, já que operações como inserção, desparafusamento, montagem e teste podem ser automatizadas para obter uma qualidade consistente sem intervenção humana. Outros benefícios incluem uma força de fixação menor e compatibilidade com a produção de alto volume.

Moldagem por injeção assistida por gás

Moldagem por injeção assistida por gás usa gás pressurizado para criar espaços ocos ou cavidades dentro da peça moldada. Os gases exercem pressão igual em todas as direções quando contidos em um ambiente fechado. Essa propriedade é aproveitada nesse processo de moldagem por injeção para garantir uma espessura de parede uniforme em todo o componente moldado.

Os produtos finais desse processo de moldagem apresentam um acabamento liso, brilhante e de alta qualidade. Além disso, o processo exige pressões de fixação mais baixas, o que, por sua vez, reduz os custos e o desgaste da máquina de moldagem.

Como o gás preenche as seções mais espessas, a probabilidade de aparecerem marcas de afundamento na peça também diminui.

As marcas de afundamento são depressões rasas na superfície de peças moldadas por injeção que ocorrem devido ao resfriamento desigual. A superfície esfria mais rapidamente do que o material do núcleo, fazendo com que o material do núcleo puxe o material da superfície para dentro e deixando pequenas depressões semelhantes a crateras na superfície.

Moldagem por injeção de borracha de silicone líquido

Esse processo de moldagem por injeção de silicone líquido usa silicone, um polímero termoendurecível conhecido por suas propriedades exclusivas, incluindo um acabamento de superfície lisa, aparência de alta qualidade, durabilidade, biocompatibilidade, estabilidade térmica e excelente resistência elétrica e química.

Ao contrário dos materiais típicos de moldagem por injeção, o silicone permanece em estado líquido à temperatura ambiente e pode ser despejado diretamente na máquina de moldagem sem a necessidade de aquecimento. Entretanto, ele não requer vulcanização – um processo no qual a borracha é endurecida usando calor e enxofre.

Moldagem por injeção de paredes finas

A criação de paredes finas representa um desafio significativo na moldagem por injeção. Para aplicações especializadas de produção em massa, o uso do processo de moldagem por injeção de paredes finas é consideravelmente mais eficaz. Esse método emprega equipamentos especializados projetados para fabricar produtos de paredes finas para diversas aplicações.

A espessura de um produto depende muito de seu tamanho. Para componentes pequenos, as paredes finas podem ter uma espessura inferior a 0,5 mm. Em contrapartida, as peças maiores podem ter espessuras significativamente maiores, mas ainda precisam de equipamentos de moldagem por injeção de paredes finas. O principal diferenciador nesse processo é a relação entre comprimento e espessura do fluxo, com alguns componentes apresentando uma relação superior a 200.

A moldagem por injeção de paredes finas oferece várias vantagens, incluindo alta eficiência do material, tempos de ciclo rápidos e economia de custos. Essa técnica é comumente empregada para produzir contêineres, gabinetes e caixas de equipamentos.

Moldagem por injeção de espuma estrutural

A moldagem de espuma estrutural usa gases misturados com os plásticos para forçar o material plástico contra as paredes do molde. Esse processo é uma forma de moldagem por injeção de baixa pressão.

Nesse processo, os polímeros termoplásticos e termofixos são misturados com gás nitrogênio durante a fase de fusão e injetado no molde. A incorporação de nitrogênio induz a formação de espuma no material. A dilui o núcleo e empurra o material para fora, em direção às paredes do molde. Quando o material entra em contato com as paredes frias do molde, as bolhas de espuma entram em colapso e o material se solidifica, resultando em aumento da densidade nas paredes. Consequentemente, um camada externa sólida com um núcleo mais leve.

A moldagem por injeção de espuma estrutural não requer moldes de aço devido ao uso de pressões mais baixas. Em vez disso, são usados alumínio ou outros metais mais leves, o que o torna mais econômico. As peças acabadas podem ser maiores do que as produzidas por outros processos de moldagem por injeção, o que a torna adequada para a fabricação de componentes maiores, como tetos de carros, carcaças, paletes de plástico, painéis de acabamento, tampas de equipamentos grandes, gabinetes de quiosques e muito mais.

O processo é altamente econômico, e o aumento da porosidade proporciona aos componentes um isolamento térmico e acústico excepcional. No entanto, ele tem várias desvantagens, incluindo velocidades de produção mais baixas, a exigência de paredes espessas (pelo menos 1/4 de polegada ou 6 mm), maior pós-processamento e acabamentos de superfície mais ásperos.

Moldagem por microinjeção

A moldagem por microinjeção é um processo especializado de moldagem por injeção que produz componentes plásticos em miniatura, geralmente pesando menos de um grama. Essas peças são usadas como microengrenagens, seringas e agulhas médicas, microimplantes, conectores e em placas de circuito eletrônico. Esse processo é caracterizado por sua alta precisão, pois as peças devem aderir a faixas de tolerância medidas em mícrons. Além disso, elas podem incorporar características complexas, como paredes finas e microfuros.

O processo de produção é semelhante à moldagem por injeção padrão, mas opera em uma escala microscópica. A máquina de moldagem por injeção é equipada com uma unidade de microinjeção para acomodar os pequenos componentes. Quantidades de material que pesam apenas frações de um grama são injetadas com precisão no molde. Caso contrário, características insignificantes, como linhas de partição, podem fazer ou desfazer uma peça na moldagem por microinjeção.

As peças moldadas por microinjeção estão sendo cada vez mais usadas no setor médico devido às suas vantagens de tamanho. Esses componentes permitem a realização segura de cirurgias minimamente invasivas, incluindo neurocirurgia e procedimentos aórticos.

Moldagem por injeção de reação

A moldagem por injeção de reação (RIM) utiliza dois ou mais polímeros líquidos reativos para produzir componentes resistentes e duráveis. Os dois monômeros, normalmente uma resina e um endurecedor, são combinados em uma câmara de mistura especializada para formar uma mistura homogênea. Depois de preparada, essa mistura é injetada no molde a pressões relativamente baixas (até 100 bar) até que a cavidade do molde esteja completamente preenchida.

A mistura passa por um processo de reação exotérmica dentro do molde, que pode ser acompanhada de emissões de gás ou formação de espuma, seguida de solidificação. Os componentes sólidos são então ejetados do molde e enviados para o pós-processamento, conforme necessário.

Alguns processos podem envolver a incorporação de materiais de reforço, como fibras de vidro ou micapara aumentar a resistência e a rigidez da peça final. Esses processos se enquadram em duas categorias: moldagem por injeção de reação estrutural e moldagem por injeção de reação reforçada.

Em RIM estruturalEm um componente de RIM estrutural, os agentes de reforço, como malhas de fibra de carbono, são posicionados na cavidade do molde antes da injeção da mistura líquida. À medida que a mistura se solidifica ao redor das fibras, a estrutura da fibra aumenta a resistência do componente.

Em RIM reforçada, os agentes de reforço, como fibra de vidro e sílica, são combinados com a mistura líquida antes da injeção.

Moldagem por injeção de núcleo fusível

A moldagem por injeção com núcleo fusível, também conhecida como moldagem por injeção com núcleo perdido, é uma variante especializada do processo de moldagem por injeção usada para criar cavidades internas ou cortes inferiores que não podem ser obtidos com núcleos desmoldáveis. Os núcleos desmoldáveis são aqueles que podem ser removidos das peças após o processo de injeção.

Nesses casos, usamos núcleos fusíveis que se dissolvem por conta própria ou podem ser derretidos posteriormente para separá-los da peça acabada. Esse processo é chamado de moldagem por injeção de núcleo solúvel quando o núcleo é composto de plástico.

A moldagem por injeção de núcleo fusível consiste em três estágios principais: preparação do núcleo, inserção do núcleo no molde e disparo do molde, e remoção das peças acabadas e fusão do núcleo.

O núcleo pode consistir em um metal de baixo ponto de fusão, como uma liga de estanho-bismuto, ou em um polímero solúvel. Em geral, esses materiais têm uma temperatura de fusão em torno de 150 °C. É fundamental garantir que os núcleos não sejam porosos para evitar defeitos no produto final. Além disso, os núcleos de polímero oferecem a vantagem de serem fabricados internamente usando máquinas de injeção convencionais.

Os núcleos são então inseridos no molde. Esse processo pode ser tão simples quanto colocar o núcleo e fechar o molde. Entretanto, para peças mais complexas, a automação oferece resultados superiores devido à sua maior precisão e velocidade. Depois que o núcleo é posicionado com segurança e o molde é fechado, o plástico derretido é injetado no molde. Após a solidificação, o núcleo é removido do molde usando um banho quente ou por meio de aquecimento por indução.

Embora o primeiro processo de moldagem por injeção de núcleo fusível tenha sido patenteado em 1968, ele não foi amplamente adotado até que o setor automotivo o utilizasse para fabricar peças como coletores de admissão e carcaças de freio.

Sobremoldagem e moldagem por inserção

A sobremoldagem é um tipo especializado de processo de moldagem por injeção que envolve a moldagem sequencial de duas ou mais peças plásticas, uma sobre a outra, em várias estações para criar uma peça multimaterial. Esse processo usa várias unidades de injeção que fornecem várias cavidades. A base, chamada de substrato, é moldada primeiro, seguida pelas camadas superiores que são moldadas à medida que a peça avança pelas diferentes estações. Quando dois materiais são usados no processo de moldagem, isso é comumente conhecido como moldagem por injeção de dois disparos.

A sobremoldagem permite a produção de componentes multimateriais, como peças plásticas com alças de borracha. Essa técnica é comumente empregada na fabricação de punhos, escovas de dente, maçanetas, frascos de perfume e muito mais.

Uma variante da sobremoldagem é a moldagem por inserção, que envolve o uso de um substrato pré-fabricado que é revestido com material plástico. Por exemplo, uma chave de fenda de metal pode ser envolvida em um cabo de plástico. O substrato é fixado dentro do molde e o plástico derretido é injetado nele. Os produtos de moldagem por inserção são onipresentes, aparecendo em várias formas, como cabos, marca-passos, sensores elétricos, fixadores e muito mais.

A principal diferença entre os dois processos é que a sobremoldagem envolve a moldagem de um plástico semelhante à borracha em torno de outro material plástico, enquanto a moldagem por inserção refere-se à moldagem de plástico em torno de um objeto não plástico.

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