O que a impressão 3D pode contribuir para a fabricação de moldes

Nos últimos tempos no setor, um terceiro grupo abriu uma lacuna até coexistir com os dois anteriores: fabricação aditiva ou impressão 3D. Exceto em casos muito específicos ou aplicações muito específicas, atualmente a fabricação e o treinamento subtrativos e aditivos suportam um grande número de materiais comuns e são capazes de produzir peças altamente complexas. É por isso que muitas vezes os critérios para selecionar um ou outro se baseiam principalmente no custo de produção.

Imagem 1: Curvas de custo unitário com base no volume de produção. Fonte: 3Dhubs.com

Em volumes de produção baixos ou médios, o molde não pode competir com a fabricação aditiva e a usinagem CNC, principalmente devido aos altos custos de depreciação do equipamento e à necessidade de moldes de alto custo. No entanto, quando se trata de manufatura em massa, a moldagem é o rei indiscutível.

A formação por moldagem requer a fabricação de moldes para moldagem por injeção e negativos de cera de sacrifício no caso de moldagem por cera perdida, que por sua vez também requerem moldes ou métodos CNC para sua produção. E é por isso que a usinagem CNC ainda é necessária, mesmo nos processos de moldagem, pois tradicionalmente é o método mais comum na produção de moldes reutilizáveis.

Imagem 2: Molde de formação de injeção. Fonte: https://commons.wikimedia.org/

Imagem 3: Modelo de cera para moldagem com cera perdida. Fonte: https://commons.wikimedia.org/

Mas o que a impressão 3D pode trazer para a moldagem?

Moldagem por cera perdida

A moldagem por cera perdida consiste em aplicar um revestimento cerâmico a um modelo de cera sacrificial e calciná-lo para obter o molde dessa maneira. É um processo amplamente utilizado na fabricação de componentes mecânicos de ferro fundido devido à sua alta precisão e ao fato de permitir a produção de formas altamente complexas.

A principal desvantagem desse processo é que o molde é destruído quando a peça é removida; portanto, é necessário criar um modelo de cera e um molde para cada peça.

Video 1: Processo de moldagem por cera perdida. Fonte: Niagara Investment Castings

Para produzir os modelos de cera, é necessário um molde permanente, geralmente usinado em alumínio usando CNC. Isso significa que, para baixos volumes de produção, os custos subirão rapidamente. Outra alternativa é usar a usinagem CNC para produzir os modelos de cera no caso de protótipos ou fabricação de poucas unidades, mas, embora os custos sejam reduzidos, requer equipamentos caros e possui certas limitações em relação a peças complexas.

É aqui que a impressão 3D pode significar uma mudança de paradigma. Por um lado, o desenvolvimento de novos materiais fundidos para impressão em SLA e FDM permite substituir os modelos tradicionais de cera por modelos poliméricos impressos em 3D. Isso supõe uma série de vantagens, não apenas no nível de custos de produção dos modelos, mas também na economia de tempo e agilidade na introdução de novos produtos ou na correção de defeitos. Além disso, os modelos fabricados pela impressão 3D têm uma resistência muito maior à cera, minimizando a possibilidade de quebrá-los ou causar defeitos durante o manuseio.

Hoje, praticamente todos os fabricantes de resinas possuem materiais fundidos de alta qualidade, como a resina fundida Formlabs ou o ZWax da Uniz. Isso fez com que a impressão 3D SLA substituísse amplamente o uso de cera em alguns setores, como joias, onde o uso de impressoras como o Form 3 é comum.

Imagem 3: Modelos de joias impressas em 3D para uso em fundição por cera perdida. Fonte: Formlabs

Apesar disso, em outros setores, como na indústria, os modelos de cera ainda são comuns, talvez devido à necessidade de modelos grandes. Hoje, a aparência de impressoras 3D SLA de alto volume, como o Form 3L ou o UniZ zSLTV, bem como o desenvolvimento de filamentos moldáveis como o PolyCast, tornam a limitação de tamanho cada vez menor e os setores industriais podem se beneficiar com o Vantagens de substituir modelos 3D por modelos de cera.

Video 2: Usando o Filamento Polycast. Fonte: Polymaker.

No entanto, a produção de modelos de cera também é governada pelo gráfico da Figura 1, chegando a um ponto em que o custo de fabricação de modelos de cera usando um molde é mais rentável do que a produção dos modelos por impressão 3D. E mesmo aqui, a impressão 3D tem muito a oferecer. A baixa temperatura de fusão da cera significa que os moldes tradicionais de alumínio ou aço podem ser substituídos por moldes impressos em 3D, com as economias significativas em custos econômicos e temporais que isso implica.

Imagem 4: Form 3L. Fonte: Formlabs

Moldagem por injeção

A moldagem por injeção é um processo de fabricação formativo no qual o plástico fundido é injetado em um molde removível e deixado esfriar e solidificar por dentro.

Tradicionalmente, o uso da impressão 3D na fabricação de moldes de injeção é considerado inviável. Isso se deve a duas razões principais: a baixa resistência térmica dos polímeros usados ​​na impressão 3D e a rugosidade da superfície inerente à impressão SLS 3d de metal.

Atualmente, a impressão 3D não pode substituir completamente os moldes usinados por CNC para injeção, no entanto, o desenvolvimento de materiais de impressão 3D SLA com alta resistência térmica e mecânica abriu as portas para o uso de moldes impressos em 3D.

Um exemplo é a resina Formlabs High Temp, capaz de suportar temperaturas de quase 300 ºC sob uma pressão de 0,45 MPa. Suas altas propriedades termomecânicas, juntamente com a alta resolução e o excelente acabamento superficial da tecnologia SLA, o tornam um material ideal para a fabricação de moldes.

Imagem 5: Molde de injeção feito por impressão 3D SLA. Fonte: 3Dhubs

Por esse motivo, a impressão 3D pode ser um excelente complemento na produção de moldes para injeção. Por um lado, permite a produção de moldes econômicos para séries curtas e, por outro, ajuda a verificar o design dos moldes de metal antes de usiná-los. Este último é de grande importância, pois a correção de um defeito em um molde usinado exige processos de retificação e até a usinagem completa de um novo molde, o que leva a um aumento significativo nos custos e um atraso na produção.

Moldes de silicone e termoformados

Os moldes de silicone e termoformados são moldes de uma peça amplamente utilizados em panificação, culinária, joias ou cosméticos.

Trata de moldes muito econômicos e de fabricação muito simples. Eles são flexíveis ou semi-flexíveis para facilitar a desmoldagem, usados principalmente com materiais de fusão sem fusão ou a baixa temperatura, como chocolate, resinas, cimentos, etc.

Imagem 6: Moldes de silicone. Fonte: wikipedia

Eles são talvez o tipo mais comum de mofo e que já usamos em algum momento, por exemplo, para fazer cubos de gelo, chocolates ou bolos.

Imagem 7: Molde termoformado. Fonte: Mayku

No entanto, seu uso não se limita aos doces domésticos, mas eles são amplamente utilizados em jóias para fazer componentes de resina, ou em arte e decoração para produzir elementos em cimento e gesso.

Apesar de sua fabricação ser muito simples, a única maneira de fazer os moldes é ter um modelo original para usar como modelo, e é aí que a impressão 3D se torna útil.

A impressão 3D oferece a capacidade de obter modelos personalizados, de forma rápida e barata para usar como modelo na produção de moldes de silicone e termoformados. Isso, juntamente com a disponibilidade de equipamentos de termoformação baratos, como o Mayku Formbox, possibilita que pequenas confeitarias, joias e artesãos produzam seus próprios moldes personalizados de maneira simples e econômica, agregando valor aos seus produtos.

Video 3: Termoformado com Mayku Formbox. Fonte: Mayku.

A impressão 3D não é apenas um recurso útil para reduzir custos em baixos volumes de produção, mas mesmo em grandes produções, onde o uso de moldes é essencial, a impressão 3D provou ser uma tecnologia muito útil que pode ajudar na fabricação ou, em alguns casos, até substituí-los.