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Fabrico aditivo híbrido potencia aumento da vida útil de moldes

28 outubro 2020

Artigo de Isaac Ferreira, investigador do INEGI na área de Fabrico Aditivo e Desenvolvimento de Processo. Com contribuições de Diogo Fula, João Sousa e Domingos Moreira.




A capacidade produtiva da indústria nacional de moldes é afetada por um problema comum: o limitado ciclo de vida dos moldes de injeção. O ciclo de vida de um molde, a nível industrial, é determinado por um grande leque de fatores - como o material de construção, processo de fabrico, temperaturas, pressões, entre outros - que frequentemente forçam a sua reparação ou inutilização. Aumentar o tempo de vida útil dos moldes e reforçar a capacidade de os reparar, é, por isso, uma aposta que traz grandes ganhos a qualquer empresa.

A manutenção é cada vez mais um processo crítico, essencial para evitar interrupções da produção, quer seja devido a desgaste prematuro, afinações, ou até para alterações decorrentes das necessidades de mercado.

As matrizes usadas nestes processos, quando retificadas, são tipicamente reparadas através de soldadura com gás inerte de tungstênio (TIG). No entanto, os componentes reparados tendem a durar apenas, em média, 20,8% da vida útil da matriz original, sendo posteriormente necessárias novas intervenções1.

Com o objetivo de melhorar este contexto, o INEGI, no âmbito de um projeto mobilizador, TOOLING4G, tem vindo a trabalhar numa nova solução. Trata-se de um processo de reparação híbrido, que envolve a maquinagem das áreas danificadas das cavidades moldantes, a sua consequente reconstrução através de fabrico aditivo recorrendo à deposição de material DED (Directed Energy Deposition/Deposição Direta de Energia) e, subsequentemente, o acabamento superficial, por tecnologias de fabrico convencionais (fabrico subtrativo). 

Fabrico híbrido oferece maior controlo do processo

Em comparação com os processos de reparação convencionais com soldadura manual, a reparação via DED apresenta distintas vantagens: menor aquecimento localizado, resultando numa menor deformação e distorção, e maior taxa de arrefecimento, menor diluição, excelente ligação metalúrgica entre as camadas depositadas, alta precisão e capacidade de automação total do processo.

Na generalidade, através do DED é possível ter um melhor controlo do processo, desde o nível macro (quantidade de material a depositar) ao micro (microestrutural). Esta tecnologia permite criar revestimentos e reconstruir em zonas críticas, com materiais que conferem melhores propriedades mecânicas, de forma a estender a vida útil do molde, ou seja, o número de ciclos originais, reduzir custos, e tornar o processo de fabrico mais "verde".

O método de reparação proposta com base no DED poderá, assim, tornar-se extremamente atrativo para as indústrias com elevada dependência de moldes, diminuindo a necessidade de fabrico de novos moldes, a frequência das reparações, e, consequentemente, o tempo de inatividade de produção.

Em zonas especificas dos moldes, mesmo em fase de desenvolvimento de produto, e havendo conhecimento prévio, é ainda possível aplicar a tecnologia em zonas de maior desgaste, de modo a obter um melhor compromisso entre o custo do molde e o número de ciclos de injeção.

Adicionalmente, esta tecnologia permite às empresas realizar insertos com canais internos com geometrias complexas para refrigeração da zona moldante de forma mais eficaz.

Esta tecnologia está a ser desenvolvida com o suporte de projetos de investigação e desenvolvimento, sendo que o TOOLING4G permite o avanço especifico para a aplicação desta nova tecnologia em moldes, partindo de uma base sólida de investigação e com uma parceria em consórcio que reúne toda a cadeia de valor.

Célula laboratorial DED instalada no INEGI é a primeira no país

A tecnologia DED trata-se de uma tipologia de impressão 3D ou fabrico aditivo metálico, que tem vindo a provar ser de elevado valor acrescentado para a indústria. Consiste na deposição de um pó ou fio metálico, cuja fusão entre camadas é assegurada pela energia fornecida por um feixe de laser.

Esta tecnologia está a ser desenvolvida pelo INEGI, que operacionalizou a primeira estação laboratorial DED no país, possibilitando o fabrico aditivo metálico para peças complexas de grande dimensão (2000 x 1000 x 500 mm), onde por adição de um pós-processamento subtrativo (normalmente aliado a este processo aditivo) confere alta qualidade, precisão dimensional e geométrica.

No âmbito deste projeto, procura-se testar estas tecnologias para reparação de ferramentas, bem como para o fabrico mono e multimaterial de moldes.

A solução descrita está a ser desenvolvida no âmbito do projeto mobilizador TOOLING4G - Advanced Tools for Smart Manufacturing, que é financiado ao abrigo dos programas Compete 2020, Portugal 2020 e Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional.

 


1.   Bennett, Jennifer & Garcia, Daniel & Kendrick, Marie & Hartman, Travis & Hyatt, Gregory & Ehmann, Kornel & You, Fengqi & Cao, Jian. (2018). Repairing Automotive Dies With Directed Energy Deposition: Industrial Application and Life Cycle Analysis. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 141. 10.1115/1.4042078.

Artigo publicado originalmente na edição de outubro de 2020 da Revista O Molde.