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14 A nossa vocação Industrial JORGE MARTINS * I A indústria de transformação de plásticos, nomeadamente o sector de injecção de termoplásticos deve o seu crescimento, evolução e reconhecimento internacional em boa parte, à existência de uma indústria de moldes de grande prestígio, capaz de conceber, desenvolver e produzir ferramentas de elevado coeficiente de dificuldade e excelente nível de qualidade. Também não é menos certo que este crescimento vem trazer à indústria de moldes, de vocação exportadora quase em exclusividade, o necessário e desejável suporte interno que deverá funcionar como elemento estabilizador face às oscilações dos mercados externos. Temos pois que o futuro destas actividades está intimamente ligado, com sucesso expectável, desde que os actores em presença se convençam das vantagens da cooperação e aproveitem as sinergias de uma acção concertada na abordagem das oportunidades. II Em meados dos anos 40 do século passado nasciam as primeiras empresas do sector dos plásticos cuja principal característica seria a de que todas faziam tudo, à medida das solicitações do mercado, não existindo consciência da necessidade de especialização num determinado produto ou processo. Por esta época surgem as primeiras fábricas de moldes para plásticos. A procura de ferramentas, característica do pós-guerra, sobretudo originário dos Estados Unidos encontra na nossa região capacidades adquiridas no fabrico de moldes para vidro o que faz nascer e prosperar esta nova actividade. Ao longo dos anos a indústria nasceu e evoluiu, residindo na produção o seu ponto forte e foi dando respostas, satisfatórias, aos desafios e solicitações dos mercados. Através da modernização de equipamentos, na procura sistemática de soluções de organização do trabalho e na formação dos seus trabalhadores. III Inevitavelmente, com a evolução da procura e as exigências cada vez maiores dos clientes, a tendência para a especialização através da progressiva supressão de processos produtivos, foi a resposta encontrada pela indústria. Por outro lado, as empresas que mais recentemente se instalaram apresentam, desde o início, vocações bem definidas, seleccionando o processo produtivo mais adequado aos seus objectivos. Entretanto a tendência em cada processo continua a ser a da especialização, em função do tipo e características dos produtos. E toda a coordenação de meios humanos e equipamentos é ajustada às exigências específicas do tipo de produtos a fabricar. IV As modificações na envolvente externa são hoje uma realidade em constante evolução e trazem dificuldades acrescidas de adaptação e adequação à maioria das empresas, muito principalmente quando as suas estruturas económicas e financeiras são frágeis e, em consequência, menos aptas e flexíveis para responderem eficazmente às perturbações. A sobrevivência e até o progresso serão possíveis no contexto dos actuais desafios empresariais? No sector da transformação de termoplásticos e também no do fabrico de moldes, apesar da enorme diversidade e dos múltiplos subsectores com características muito diferentes, é possível encontrar pontos comuns, que permitem encarar o futuro, senão com optimismo, pelo menos com moderadas expectativas positivas. Contamos com mais de seis décadas de vocação industrial na espe- cialidade, e isso não é factor despiciente na comparação com congéneres de outras latitudes. A maioria das nossas empresas são detentoras de um considerável saber a que não será estranho a actividade e o aparecimento de Instituições, nomeadamente a Universidade do Minho, que têm tido um papel importante na formação dos níveis médio e superior dos quadros das empresas. Findo o tempo em que a nossa competitividade residia na mão-de-obra barata e na desvalorização da moeda, parâmetros que não mais se irão verificar, há que encontrar formas de adequada resposta às solicitações do mercado. Os clientes, cada vez mais, vão exigir: - preços competitivos, - níveis de qualidade elevados no produto e no serviço, - prazos de entrega curtos. A resposta possível deverá ser feita nos seguintes planos: - capacidade de inovação e desenvolvimento, - apoio dos Centros de Saber, - cooperação interessada dos fornecedores, - motivação do pessoal.

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14

A nossa vocação IndustrialJORGE MARTINS *

IA indústria de transformação de plásticos, nomeadamente o sector de injecção de termoplásticos deve o seu crescimento, evolução e reconhecimento internacional em boa parte, à existência de uma indústria de moldes de grande prestígio, capaz de conceber, desenvolver e produzir ferramentas de elevado coefi ciente de difi culdade e excelente nível de qualidade.Também não é menos certo que este crescimento vem trazer à indústria de moldes, de vocação exportadora quase em exclusividade, o necessário e desejável suporte interno que deverá funcionar como elemento estabilizador face às oscilações dos mercados externos.Temos pois que o futuro destas actividades está intimamente ligado, com sucesso expectável, desde que os actores em presença se convençam das vantagens da cooperação e aproveitem as sinergias de uma acção concertada na abordagem das oportunidades.

IIEm meados dos anos 40 do século passado nasciam as primeiras empresas do sector dos plásticos cuja principal característica seria a de que todas faziam tudo, à medida das solicitações do mercado, não existindo consciência da necessidade de especialização num determinado produto ou processo.Por esta época surgem as primeiras fábricas de moldes para plásticos. A procura de ferramentas, característica do pós-guerra, sobretudo originário dos Estados Unidos encontra na nossa região capacidades adquiridas no fabrico de moldes para vidro o que faz nascer e prosperar esta nova actividade.Ao longo dos anos a indústria nasceu e evoluiu, residindo na produção o seu ponto forte e foi dando respostas, satisfatórias, aos desafi os e solicitações dos mercados. Através da modernização de equipamentos, na procura sistemática de soluções de organização do trabalho e na formação dos seus trabalhadores.

IIIInevitavelmente, com a evolução da procura e as exigências cada vez maiores dos clientes, a tendência para a especialização através da progressiva supressão de processos produtivos, foi a resposta encontrada pela indústria. Por outro lado, as empresas que mais recentemente se instalaram

apresentam, desde o início, vocações bem defi nidas, seleccionando o processo produtivo mais adequado aos seus objectivos.Entretanto a tendência em cada processo continua a ser a da especialização, em função do tipo e características dos produtos. E toda a coordenação de meios humanos e equipamentos é ajustada às exigências específi cas do tipo de produtos a fabricar.

IVAs modifi cações na envolvente externa são hoje uma realidade em constante evolução e trazem difi culdades acrescidas de adaptação e adequação à maioria das empresas, muito principalmente quando as suas estruturas económicas e fi nanceiras são frágeis e, em consequência, menos aptas e fl exíveis para responderem efi cazmente às perturbações.A sobrevivência e até o progresso serão possíveis no contexto dos actuais desafi os empresariais? No sector da transformação de termoplásticos e também no do fabrico de moldes, apesar da enorme diversidade e dos múltiplos subsectores com características muito diferentes, é possível encontrar pontos comuns, que permitem encarar o futuro, senão com optimismo, pelo menos com moderadas expectativas positivas.Contamos com mais de seis décadas de vocação industrial na espe-cialidade, e isso não é factor despiciente na comparação com congéneres de outras latitudes.A maioria das nossas empresas são detentoras de um considerável saber a que não será estranho a actividade e o aparecimento de Instituições, nomeadamente a Universidade do Minho, que têm tido um papel importante na formação dos níveis médio e superior dos quadros das empresas.Findo o tempo em que a nossa competitividade residia na mão-de-obra barata e na desvalorização da moeda, parâmetros que não mais se irão verifi car, há que encontrar formas de adequada resposta às solicitações do mercado. Os clientes, cada vez mais, vão exigir: - preços competitivos,- níveis de qualidade elevados no produto e no serviço,- prazos de entrega curtos.

A resposta possível deverá ser feita nos seguintes planos: - capacidade de inovação e desenvolvimento,- apoio dos Centros de Saber,- cooperação interessada dos fornecedores,- motivação do pessoal.

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MARÇO 2008 15 REVISTA DA CEFAMOL ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE MOLDES

A manutenção de negócios à custa de preços baixos por redução ou anulação de margens de lucro conduzirá ao declínio e à falência dos que adoptarem por essa via. Outro factor de importância fundamental é a modernização sistemática das tecnologias e dos processos, bem como a formação contínua dos colaboradores. A todos os níveis.Importa daqui reter que a dinâmica presente de significativa turbulência não é uma situação conjuntural ultrapassável, mas, mais provavelmente, uma característica estrutural proveniente da rapidez com que se processam os desenvolvimentos tecnológicos, as comunicações e todos os outros parâmetros tradicionais de gestão.Como é natural, quaisquer mudanças, sobretudo as não programadas, trazem ameaças mas como contrapartidas trazem também oportunidades.É a capacidade de enfrentar, com eficácia, essas ameaças e aproveitar as oportunidades a isso inerentes que dará a justa medida do sucesso possível, o qual é absolutamente necessário para a sobrevivência e progresso das empresas.

VEm todos os sectores da actividade industrial e muito especialmente nestes que aqui se tratam, a qualificação dos trabalhadores é condição de diferenciação e sucesso.É responsabilidade de cada empresa a preocupação de instalar uma “Cultura de Saber”, através do reconhecimento e valorização das competências e da formação sistemática no conhecimento específico da actividade. Certo é que para que esse esforço tenha contrapartidas e reembolsos, pois que de investimento se trata, deverão as Instituições responsáveis pelo Ensino providenciar a indispensável aquisição do conhecimento científico. É este que permite a aquisição fácil e rápida do conhecimento específico nas diversas vertentes o qual se caracteriza pela brevidade com que se torna obsoleto. Daí que se possa, com toda a propriedade, concluir que o desempenho de qualquer profissão envolve a necessidade de formação contínua.O crescimento das nossas empresas tem, pois, como premissa da maior importância o nível médio do ‘saber’ dos seus trabalhadores.

* Interplástico, Lda.

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Indústria de Plásticoso desafi o da fl exibilidade na

injecção Multi-componente

/Multi-task

PEDRO CORTEZ, PAULO SILVA *

A evolução da indústria de transformação de plástico, mais em particular a da injecção, tem evoluído com o contínuo esmagamento das margens de lucro e com a diminuição do tamanho das séries produzidas. Esta realidade tem-se acentuado na última década, em paralelo com projectos de menor duração e mais concentrados no tempo: o cliente quer mais peças por dia, mas durante menos tempo.Na realidade, a tendência não é nova, mas têm-se acentuado dado que as necessidades dos mercados de consumo implicam uma cada vez maior rotatividade dos artigos e uma continua actualização que atraia os consumidores.Os resultados são uma complicada gestão dos investimentos em equipamento, fazendo com que o equipamento óptimo de hoje esteja obsoleto amanhã. Numa fase de rápidas “mutações ambientais” como vivemos hoje, aplicam-se perfeitamente os princípios da selecção natural, em que quem melhor sobrevive não são as empresas especializadas, mas antes as que se conseguem adaptar mais rapidamente.Dentro desta linha de pensamento, as empresas de hoje devem ser dotadas de meios produtivos facilmente adaptáveis e re-convertíveis que permitam a sua rentabilização sem estarem dedicados apenas a um projecto – conceito “multi-task”. No caso concreto da indústria da injecção de plásticos coloca-se muitas vezes a necessidade de investir em equipamentos para áreas específi cas, como a multi-injecção, IML, injecção a gás ou outros. Estes equipamentos são caros e tendencialmente limitados pelo tamanho da máquina de injecção: hoje compra-se uma máquina de 200 toneladas, mas daqui a 3 meses já precisávamos de uma de 500 toneladas – “…que fazer? Uma máquina nova implica mais um investimento elevado, e ainda nem amortizámos esta…” De acordo com este novo “trend”, a moderna fábrica deve deixar o parque base de máquinas como standard e equipar-se estrategicamente com equipamentos ou soluções que permitam transformar qualquer das máquinas existentes em soluções Multi-Componente / Multi-Task. Esses equipamentos podem transitar de uma máquina para a outra, sem difi culdade: apenas com um investimento, teremos a solução para a máquina de 200 e para a máquina de 500 toneladas, fazendo evoluir apenas o parque de equipamento acessório. Há quase 10 anos que a Plasdan, pioneira nesta área, desenvolveu a primeira unidade de injecção e o primeiro prato rotativo para a injecção multi-componente. Neste momento aparecem soluções ainda mais abrangentes, que para além da área da multi-injecção, permitem a ainda maior rentabilização dos equipamentos periféricos pela exploração do conceito “multi-task”.Ainda seguindo a mesma linha de racioínio, também os moldes devam ser bem re-pensados. Não na perspectiva da engenharia, isso já é muito bem explorado actualmente, mas na perspectiva fi nanceira: Por exemplo, aparecem por vezes peças de um mesmo projecto que têm que ser montadas na fábrica. Porque não usar um molde sanduíche para injectar peças diferentes, mesmo com diferentes materiais?

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

Unidade de injecção e prato rotativodesenvolvidos há 10 anos pelafi rma Plasdan

Molde sanduíche – fi losofi a “multi-task

Recorrendo a uma ou mais unidades de injecção laterais, conseguimos fazer numa só máquina de injecção o trabalho de 2 ou 3, rentabilizando quer o espaço, quer as máquinas, quer ainda as unidades de injecção quando não estão a ser usadas num projecto “bi-material”.E os moldes IML? Se usarmos um molde tipo cubo, recorrendo ao sistema “c-frame” patenteado pela Plasdan, as inserções e a extracção da peça fi nal podem ser feitas lateralmente, reduzindo assim o tempo de ciclo por fazer estas operações em paralelo e podendo ainda reduzir o tempo de arrefecimento, pois a peça pode arrefecer parcialmente na posição de extracção.

molde tipo cubo – aplicações multicomponente /IMD/multi-task recorrendo ao conceito “C-Frame” e a uma unidade de injecção suplementar>

São abordagens assim que podem permitir à indústria de plásticos competir com mais efi cácia quer com os mercados altamente tecnológicos, de grande poder de investimento, quer com os mercados de baixo custo de mão-de-obra com que nos vemos forçados a competir de uma forma nem sempre equilibrada.Em resumo, acreditamos que o nosso futuro da indústria tem forçosamente que passar pela tecnologia “inteligente” e pela fl exibilidade para conseguir maior valor acrescentado e maior rentabilidade.O desafi o que se coloca hoje às indústrias de moldes e de injecção de plástico pode ser resumido em: - “Flexibilidade com criatividade”

* PLASDAN

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MARÇO 2008 19 REVISTA DA CEFAMOL ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE MOLDES

Design e Engenharia - Prototipagem RápidaUma Vantagem para a Indústria de Moldes

Rapid design & EngineeringAn advantage for mouldmakingL. CARDON *

Devido ao aumento de produtos plásticos, os moldes tornam-se mais complexos. Também o tempo do processo de produção do molde é

igualmente importante. Através do uso de tecnologia de ponta actualmente existente para o design e engenharia rápidos, as buchas e cavidades

do molde podem ser produzidos de forma bastante rápida e precisa. Os ditos “moldes híbridos” são produzidos através da combinação de

tecnologias convencionais com outras tecnologias tais como a sinterização selectiva a laser - SLS (selective laser sintering) e/ou a fusão selectiva

a laser – SLM (selective laser melting). Estas oferecem uma série de novas oportunidades à indústria de moldes.

A investigação em curso provou que as oportunidades disponíveis de engenharia de moldes devem ser integradas logo na fase de design das

peças, de forma a optimizar o design final do molde e o processo de produção.

A selecção do material do molde e metodologia de produção óptima são aspectos subestimados durante o design dos moldes por injecção,

especialmente quando se utilizam moldes híbridos. Os moldes híbridos são aqueles em que há uma combinação de técnicas convencionais

de produção, tais como a fresagem, com técnicas de maquinação rápida como a sinterização selectiva a laser. Esta dissertação apresenta os

resultados de vários projectos de investigação em curso sobre a influência dos materiais convencionais e híbridos de moldes relacionados com

o comportamento térmico e com a tribologia dos moldes por injecção.

Due to the increasing of plastic products, moulds become more complex. Also the lead time of the mould production process is very important. By

use of current existing high-tech technologies for rapid design and engineering, these mould cores and cavities can be produced rather fast and

accurate. The so called “hybrid moulds” are produced combining conventional and other technologies such as selective laser sintering SLS and/

or selective laser melting SLM. They offer a lot of new opportunities to the mould making industry.

Ongoing research has proven that already during the part design stage, the available mould engineering opportunities must be integrated to

optimize the final mould design and production process.

The selection of the optimal mould material and production methodology is an underestimated aspect dur-ing the design of injection moulds,

specially when hybrid moulds are used. Hybrid moulds are moulds where conventional manufacturing techniques such as milling are combined

with Rapid Tooling techniques like Se-lective Laser Sintering. This paper presents the results of several ongoing research projects about the

influence of conventional and hybrid mould materials related to the thermal behaviour and tribology of injection moulds.

1 INTRODUÇÃOActualmente, as técnicas de produção como a fresagem convencional e a Produção por Adição de Camadas (LAM-Layer Additive Manufacturing) são usadas para produzir moldes por injecção, especialmente para o processamento de pequenas e médias quantidades. Quando se combinam ambas as técnicas, que originam os ditos moldes de materiais híbridos ou múltiplos, certos aspectos do desenho tais como a selecção dos materiais do molde apropriados relativamente ao comportamento térmico e à tribologia, são subestimados. O arrefecimento do molde é uma das mais importantes características no que se relaciona com o tempo de ciclo e a qualidade final das peças moldadas por injecção. Pode ser optimizado através do uso de várias técnicas tais como a optimização dos canais de arrefecimento, a integração do arrefecimento conformal e a selecção do material dos moldes. O conhecimento adquirido acerca dos materiais do molde convencionais e híbridos será debatido mais adiante. Quando se notam, por exemplo, marcas de chupados, estes podem ser parcialmente reduzidos através da colocação de um postiço no molde com características térmicas diferentes. Desta forma a peça arrefecerá mais depressa ou devagar, resultando numa maior qualidade da peça.

1 INTRODUCTION

Currently, production techniques such as conven-tional milling and Layer

Additive Manufacturing (LAM) are used to produce injection moulds,

espe-cially for short and medium run quantities. When both techniques

are combined, known as hybrid or multiple material moulds, design

aspects such as selecting the appropriate mould materials related to the

thermal behaviour and tribology are underesti-mated.

Mould cooling is one of the most important char-acteristics affecting

the cycle time and final quality of injection moulded parts. It can be

optimised by use of several techniques such as optimal cooling channel

layout, integration of conformal cooling or mould material selection.

The obtained knowledge on conventional and hybrid mould materials

will be discussed. When one notices e.g. sink marks, they partially

can be reduced implementing a mould insert with different thermal

characteristics. By this way, the part will cool down slower or faster,

resulting in a better part quality..

Reduced cooling results in an increase of the de-gree of crystallisation.

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where l = thermal conductivity; Cp = heat capacity; r = the material density at injection temperature.

Em que l = condutividade térmica; Cp = capacidade térmica; r = densidade do material à temperatura de injecção.

A restrição do arrefecimento (“reduced cooling”) resulta num aumento do grau de cristalização. O grau de cristalização de polímeros tais como a poliolefi na afecta a resistência e a contracção do produto fi nal. Tanto as análises aos moldes como as análises aos polímeros efectuadas no âmbito de vários projectos de investigação, resultaram num melhor entendimento do grau de cristalização durante o processo de moldação por injecção, em particular, no que diz respeito aos moldes híbridos. Foram analisados certos aspectos da tribologia, como é o caso do desgaste do molde, para inclusão nas tecnologias de produção convencionais e nas tecnologias de produção por deposição de camadas. Todos os projectos de investigação resultaram num melhor entendimento da estratégia necessária do desenho do molde para moldes de materiais múltiplos no que concerne ao comportamento térmico e qualidade da peça fi nal. Finalmente, sugerem-se directivas para o desenho de moldes e processamento de polímeros.

2 SELECÇÃO DO MATERIAL DO MOLDE2.1 Características térmicas dos materiais do molde De forma a melhorar o comportamento térmico dos moldes por injecção, podem ser utilizadas estratégias de desenho de moldes tais como o arrefecimento conformal, as tecnologias de maquinação rápida e a selecção de materiais do molde [1, 2].Durante a análise do equilíbrio térmico de alguns materiais do molde disponíveis, aspectos tais como a capacidade calorífi ca Cp, densidade específi ca r e condução térmica l são muito importantes. A relação entre estas características é a difusividade térmica a de um material. A condutibilidade de um material, ilustra o transporte de calor durante o “fl uxo térmico constante”. Este é o momento no qual uma peça ou construção está em equilíbrio térmico independente do tempo. O “fl uxo térmico em regime transitório” é ilustrado pela difusividade térmica a, a qual consiste no tempo e temperatura a provocar variações na distribuição térmica de uma peça ou construção defi nida como:

The degree of crystallisation of polymers such as polyolefi n’s affects

the fi nal product strength and shrinkage. Both mould and polymer

analyses performed within several research projects resulted in a better

understanding of the de-gree of crystallisation during the injection

moulding process, specially for hybrid moulds.

Tribology aspects such as mould wearing have been analysed for

conventional and layer additive manufacturing production technologies.

All research projects resulted in a better under-standing of the needed

mould design strategy for multiple material moulds related to the thermal

be-haviour and fi nal part quality. Finally, directives for mould design and

polymer processing are suggested.

2 MOULD MATERIAL SELECTION

2.1 Thermal characteristics of mould materials

To improve the thermal behaviour of injection moulds, mould design

strategies such as conformal cooling, RT technologies and mould

material selec-tion can be used [1, 2].

During the analysis on the heat balance of some actual available

mould materials, aspects as heat ca-pacity Cp, specifi c density r and

thermal conduction l are very important. The relation between these

characteristics is the thermal diffusivity a of a material.

The conduction of a material illustrates the heat transport during the

“steady state heat fl ow”. This is the moment at which a part or construction

is at a fi xed heat balance, time independent. The “transient heat fl ow” is

illustrated by the thermal diffusivity a. This is the time and temperature

varying heat distri-bution within a part or construction defi ned as

As análises das características térmicas dos materiais do molde provaram que a capacidade térmica depende da temperatura e que não pode ser subestimada [1]. Dentro dos limites de aquecimento e arrefecimento durante o processo de moldação, presume-se que a densidade e a condutividade sejam constantes. A difusividade térmica a de alguns materiais do molde de maquinação rápida e convencionais está ilustrada na fi gura 1.

Thermal characteristic analysis of mould materials have proven that the heat capacity is temperature dependant and may not be underestimated [1]. Within the heating and cooling range during the moulding process, the density and conductivity is assumed to be constant. The heat diffusivity a of some RT and conventional mould materials is illus-trated in Figure 1.

Moldmax XL

LaserForm 100

Steel 1730

DirectMetal 20 sinter

Holdax

Impax Supreme

DirectSteel 50 sinter

Ramax

Prometal

Stravax ESR

DirectSteel H20

DirectSteel 20 sinter

CL 50 (LaserCusing)

CL 80 (LaserCusing)1.2343

LaserForm A6

1700

1575

1450

1325

1200

1075

950

825

700

575

450

325

2000 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 T [ºC]

a [1

0-8 m

≤/se

c]

FIGURA FIGURE 1

Thermal diffusivity a [10-8 m≤/sec] (without Copper, Alumec and Protherm)

Difusividade térmica de alguns materiais de molde. Heat diffusivity of some mould materials.

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MARÇO 2008 21 REVISTA DA CEFAMOL ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE MOLDES

These analyses of the thermal characteristics of conventional and RT mould steels have proven that it is important to involve temperature dependant val-ues for thermal diffusivity. This is one of the main reasons why commonly used flow simulation soft-ware is not accurate enough [1]. This software only accepts one fixed value for thermal characteristics, not having in mind the transient solution calculation of each moulding cycle.

2.2 Implementation of the thermal characteristics knowledge into the mould design strategy

Actual results have proven the important influ-ence of tailor made and thermal regulated heat ex-change within moulds. By implementing the obtained knowledge on hybrid mould materials and production techniques, the appropriate material and/or cooling temperatures can be selected related to the final part wall thickness and needed quality. As an example, compared with conventional mould steel, the RT material LaserForm100 from 3D Systems Incl. contains a lot of Bronze so that the heat balance increases with around 30%. At room and cooling temperature all Direct Metal Laser Sin-tering (DMLS) metals from EOS GmbH have two times less heat transfer possibility compared with standard mould steel.The most optimal plastic products will be ob-tained when uniform or conformal cooling has been applied as for e.g. warpage. A combination of con-ventional and RT production methods can be used to reach these results. Nevertheless, the limitations of RT materials as for tribology asks have to be taken into account, as described in Section 3. For parts with variation in wall thickness, a combination of multiple production, cooling and material selection methods can be suggested for a uniform thermal be-haviour.

2.3 The influence of the mould material on the degree of crystallisation

Specially for crystalline materials, an important quality aspect is

the degree of crystallisation. Slow cooling provides time for greater

amounts of crys-tallization to occur. Fast rates, on the other hand, such

as rapid quenches, yield highly amorphous materials. Subsequent

annealing (heating and holding at an appropriate temperature below

the crystalline melting point, followed by slow cooling) will produce a

significant increase in crystallinity in most polymers. This is the reason

because mould cooling is one of the most important characteristics

affecting the degree of crystallisation of a polymer.

Currently, some polyolefines involve nucleating agents to increase the

degree of crystallisation. An other possibility to improve or decrease the

crystalli-sation is the use of a modified cooling layout and/or temperature

or by use of mould materials with less or higher cooling rate.

Actually, University College Ghent, in collabora-tion with other research

institutes such as Universi-dade do Minho, performs tests on the

effect of the mould material on the degree of crystallisation and part

shrinkage. In order to demonstrate basically the variation of the degree

of crystallisation related to cooling temperature, cooling time and

mould material characteristics, a small sample of injected parts from

the “knappe bollen” mould at exactly the same location are analysed

(Figure 2). A commercial polyolefin from DOMO has been used.

Estas análises das características térmicas de aços de moldes de maquinação rápida e moldes convencionais provaram que é importante envolver valores dependentes da temperatura na difusividade térmica. Esta é uma das principais razões pelas quais o software de simulação comumente usado não é suficientemente preciso [1]. Este software apenas aceita um valor fixo para as características térmicas, não considerando o cálculo da solução transitória de cada ciclo de moldação.

2.2 Implementação do conhecimento das características térmicas na estratégia de “design” do molde

Resultados actuais provaram a importante influência que a transferência térmica feita à medida e termicamente regulada tem nos moldes. Através da implementação do conhecimento adquirido sobre materiais e técnicas de produção de moldes híbridos pode seleccionar-se o material apropriado e/ou as temperaturas de arrefecimento apropriadas levando em conta a espessura da superfície interior e qualidade necessária da peça final. A título de exemplo, em comparação com o aço de molde convencional, o material de maquinação rápida LaserForm100 da 3D Systems Inc. contém muito bronze pelo que o equilíbrio térmico aumenta cerca de 30%. À temperatura ambiente e de arrefecimento todos os metais da EOS GmbH de Sinterização Directa de Metais por Laser (DMLS- Direct Metal Laser Sintering) têm duas vezes menos possibilidade de transferência térmica em comparação com o aço de molde standard. Os produtos plásticos óptimos serão obtidos quando o arrefecimento uniforme ou conformal for aplicado, como por exemplo o empenamento. Pode ser utilizada uma combinação de métodos de produção convencional e de maquinação rápida para obter estes resultados. Não obstante, as limitações dos materiais de maquinação rápida, no que importa à tribologia, têm de ser levadas em conta, tal como descrito na secção 3. Para as peças com variação na espessura da parede interior, pode sugerir-se uma combinação de múltiplos métodos de produção, arrefecimento e selecção de materiais, de forma a obter um comportamento térmico uniforme.

2.3 A influência do material do molde no grau de cristalização

Especialmente no caso dos materiais cristalinos, um importante aspecto da qualidade é o grau de cristalização. O arrefecimento lento proporciona o tempo necessário para que sejam obtidas maiores quantidades de cristalização. Por outro lado, os ritmos rápidos, tais como o arrefecimento rápido, dão origem a materiais amorfos. O recozimento subsequente (aquecimento e conservação a uma temperatura apropriada abaixo do ponto de fusão cristalino, seguido pelo arrefecimento lento) produzirá um aumento significativo na cristalinidade na maioria dos polímeros. É por esta razão que o arrefecimento do molde é uma das características mais importantes no que diz respeito à influência no grau de cristalização de um polímero. Actualmente, algumas poliolefinas utilizam agentes de nucleação para aumentar o grau de cristalização. Uma outra possibilidade de melhorar ou diminuir a cristalização é o uso de uma modificação no layout de arrefecimento e/ou de temperatura ou o uso de materiais do molde com um ritmo de arrefecimento maior ou menor.Actualmente, a University College Ghent, em colaboração com outros institutos de investigação, tais como a Universidade do Minho, realiza testes sobre o efeito do material do molde no grau de cristalização e no poder de contracção das peças. De forma a demonstrar basicamente a variação do grau de cristalização relacionado com a temperatura de arrefecimento, o tempo de arrefecimento e as características do material do molde, é analisada uma pequena amostra de peças injectadas obtidas através do molde “knappe bollen” exactamente na mesma localização (figura 2). Foi utilizada uma poliolefina comercial da DOMO.