A prototipagem é uma fase-chave do ciclo de vida da manufatura que normalmente liga o final do estágio de design ao início da produção. O processo permite que designers e engenheiros refinem o projeto das peças, coletem feedback e ganhem a adesão das partes interessadas.
Os protótipos podem ser criados de várias maneiras diferentes. A prototipagem rápida, que usa métodos de manufatura aditiva para produzir peças, tornou-se uma escolha cada vez mais popular para prototipagem porque permite que os engenheiros identifiquem problemas de projeto de maneira rápida e econômica antes do início da produção. Isso ajuda a evitar revisões de ferramentas potencialmente caras ou demoradas, melhora a qualidade do produto e garante que a produção permaneça no caminho certo com os cronogramas projetados.
No entanto, certas aplicações de peças e materiais não são bons para prototipagem baseada em manufatura aditiva. Processos como modelos de deposição fundida (FDM) produzem peças não isotrópicas que podem ser mais frágeis e reagir de forma diferente do que as peças de elastômero de produção, enquanto outros métodos aditivos podem ser limitados por opções de custo ou material.
Isso pode representar um desafio para moldagem de elastômero por prototipagem rápida, vedações e outras peças altamente elásticas com durômetros baixos, onde a flexibilidade é uma característica de material desejável. Embora os desenvolvimentos nos métodos de manufatura aditiva tenham permitido aos engenheiros imprimir produtos de borracha ou “elastômero”, ainda existem limitações para o que pode ser feito com a tecnologia. No entanto, os componentes e protótipos de elastômero podem ser feitos de forma eficaz com métodos de fabricação tradicionais.
Métodos para produzir protótipos elastoméricos
Processos como moldagem por compressão e moldagem por transferência são métodos altamente eficientes para a produção de peças de borracha, como gaxetas, vedações e o-rings, mas as ferramentas necessárias para fabricar projetos de moldes de compressão de borracha tendem a ter um preço alto. Os dois métodos tradicionais mais comuns para prototipagem de peças de borracha são fundição de uretano e corte e vinco.
A fundição de uretano envolve a criação de um molde de silicone em torno de um padrão mestre com a geometria exata da peça final desejada. O padrão mestre pode ser usinado em CNC ou impresso em 3D, dependendo da aplicação e da complexidade geométrica. Uma vez que o molde esteja definido, ele pode ser aberto e usado para criar réplicas altamente precisas do padrão mestre em volumes baixos. Uma vantagem significativa da fundição de uretano é que o processo permite mais durômetros e cores do que outros métodos de prototipagem de elastômero. O corte por matriz de folha elastomérica também é muito comum para juntas e vedações.
O fresamento CNC é um processo de manufatura subtrativo que usa ferramentas rotativas para cortar material de uma peça sólida de forma rápida e eficiente, dando forma à peça desejada. Este método também pode ser usado para criar designs de borracha, mas há uma grande limitação do design: tentar cortar material elástico e flexível com qualquer grau de precisão é incrivelmente difícil. Por esta razão, apenas borrachas muito rígidas podem ser efetivamente fresadas.
A prototipagem de uretano fundido é uma forma mais eficiente de criar peças de borracha macia. Se por algum motivo o protótipo precisar ser fresado, os engenheiros devem considerar a colocação de um colar logo acima da fresadora para evitar que a peça de borracha se mova. Peças de borracha também podem ser congeladas em nitrogênio líquido antes do processo, para aumentar sua dureza.
Uma das principais vantagens dos protótipos de borracha de impressão 3D é a velocidade. Depois que o arquivo CAD é finalizado, as peças geralmente podem ser fabricadas em menos de um dia. No entanto, alguns métodos aditivos vêm com limitações de material, o que significa que embora possam ser eficazes no teste de ajuste e forma dos componentes, muitas vezes não são ideais para testes funcionais.
Algumas limitações dos materiais variam de acordo com o processo. Um dos primeiros métodos de prototipagem de elastômero impresso em 3D usava sinterização seletiva a laser (SLS) com um material de base elástica. Protótipos criados por meio do SLS exibem alguma elasticidade, mas ainda exibem rigidez relativa e são propensos a quebrar após flexões repetidas. Essas peças também costumam ter acabamentos de baixa resolução.
O desenvolvimento da tecnologia PolyJet permitiu que os engenheiros imprimissem vários materiais em diferentes combinações no mesmo cabeçote. Isso permite a produção de protótipos que simulam com precisão as várias propriedades da borracha, incluindo durômetros variando de 27 a 95 na escala de dureza Shore. Infelizmente, muitos materiais PolyJet não têm a resistência dos verdadeiros protótipos de borracha, embora alguns materiais mais novos forneçam resistência e funcionalidade mais comparáveis.
A tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) da Carbon também pode ser usada para imprimir protótipos de elastômero, com uma vantagem do processo é que permite maiores propriedades isotrópicas. Este método tem algumas limitações quando se trata de propriedades do material, durômetro, cor, complexidade da peça e tamanho da peça, mas pode ser usado para criar protótipos de borracha com qualidade de produção.
Prototipagem de peças de borracha com eficiência
Os avanços tecnológicos tornaram muito mais fácil criar protótipos de peças de elastômero de forma rápida e econômica, permitindo que as especificações de material exigidas determinem quais fabricantes de processos são essenciais para maximizar a eficiência.
Se o protótipo for uma prova de conceito ou testar a forma e o ajuste dos componentes, a eficiência proporcionada pela impressão 3D é difícil de bater.
Por outro lado, a fundição de uretano tem muito menos limitações de material, o que muitas vezes se mostra mais útil para fins de teste funcional.
Para conhecer mais sobre o processo e como utilizá-lo leia a matéria completa no site.
Para continuar aprendendo sobre o mundo da manufatura aditiva leia o nosso site.
