Moldes de injeção de impressão 3D

Moldes de injeção de impressão 3D

A impressão 3D é principalmente associada à fabricação direta de protótipos ou peças, mas também pode ser útil para a produção de moldes e ferramentas usadas em processos de fabricação mais tradicionais. Este artigo examinará detalhadamente os vários prós e contras associados à impressão 3D dos moldes usados na moldagem por injeção.

Por que imprimir um molde em 3D?

A primeira questão a ser abordada é por que você escolheria usar a impressão 3D para criar um molde em vez de imprimir diretamente ou usar um molde usinado em CNC. Tudo se resume às especificidades da produção em questão e, em particular, ao número de peças que precisam ser produzidas.

Moldes para Injeção Prototipagem vs. Produção em Pequenos Processos vs. Produção em Massa

Para grandes tiragens de produção, não há dúvida de que um molde de metal usinado CNC é superior. Os moldes impressos em 3D não são particularmente duráveis e, mesmo quando se utilizam os materiais mais resistentes, geralmente não duram mais de 100 injeções. Em comparação, um molde de metal pode produzir dezenas de milhares de peças antes de precisar ser substituído.

No outro extremo, se apenas um número muito pequeno de protótipos precisar ser produzido, é melhor imprimir em 3D diretamente. Quando se trata de fabricação de protótipos aditivo é difícil de bater. Os moldes de injeção impressos em 3D são melhores para uma janela específica onde o número de peças a serem produzidas é substancial, mas ainda menor que 100. Pode haver alguns casos em que um material específico deve ser usado para impressão 3D, e em tais situações pode faz sentido produzir um molde para um número muito pequeno de peças. Em geral, porém, uma produção de 50 a 100 peças será mais econômica em termos de moldagem por injeção impressa em 3D, embora isso possa variar dependendo das circunstâncias específicas.

Económicamente viáveis

A principal vantagem da impressão 3D de um molde em comparação com a produção de um molde tradicional é o custo. É difícil definir um preço exato, mas produzir um molde de metal usinado em CNC geralmente custa vários milhares de dólares. Isso às vezes pode até se estender em 5 figuras para moldes mais sofisticados. Os custos de material da produção de um molde impresso em 3D são extremamente baixos, geralmente muito inferiores a US $ 100. Se levarmos em conta os custos de mão-de-obra e outros fatores, esse número aumentará até certo ponto, mas é evidente que a impressão 3D de um molde é significativamente mais barata do que a produção pelos meios tradicionais.

Rápido e flexível

Os moldes impressos em 3D também são muito mais rápidos de produzir e resultam em prazos de entrega muito mais curtos. O tempo total gasto para produzir 100 partes ou menos usando moldagem por injeção impressa em 3D deve ser de apenas 2 dias, comparado a mais de uma semana para moldagem por injeção padrão.

Os moldes impressos em 3D também permitem uma flexibilidade muito maior. Geralmente, é necessário ajustar um design ou produzir periodicamente uma nova iteração. Na moldagem por injeção tradicional, isso pode ser proibitivamente caro, devido aos custos envolvidos na produção de um novo molde, mas com moldes impressos em 3D tudo o que é necessário é um ajuste rápido ao modelo 3D e o novo molde pode ser usado no dia seguinte.

Falta durabilidade

Como mencionado acima, a principal desvantagem de um molde impresso em 3D é a falta de durabilidade. A moldagem por injeção geralmente envolve temperaturas muito altas, muito além da faixa que a maioria das resinas SLA são projetadas para suportar. Resinas resistentes ao calor são especialmente selecionadas ao imprimir moldes deste tipo, mas a temperatura é um ponto fraco importante. O material impresso em 3D também não é tão duro como o alumínio ou o aço. Cada vez que uma peça é ejetada, uma tensão será colocada no molde, e mesmo o molde impresso mais forte em 3D não tem chance de sobreviver a milhares de peças, como os moldes tradicionais.

Reforçando moldes

No entanto, existem alguns passos que podem ser tomados para melhorar a durabilidade dos moldes impressos em 3D. Por exemplo, é muito comum inserir o molde impresso em 3D em uma moldura de alumínio. Isto tem o efeito de tornar o molde muito mais rígido e também pode proteger o material das altas temperaturas e da abrasão. Também é importante integrar recursos como canais e saídas de ar no design do molde. Os canais permitem que o excesso de material flua e melhora significativamente o resfriamento, enquanto minúsculos respiradouros de ar com apenas uma fração de milímetro ajudam a se livrar de qualquer ar aprisionado que possa se acumular e causar problemas.

Pós-processamento

Vale a pena mencionar que os moldes impressos em 3D precisarão ser lixados cuidadosamente após a impressão. Mesmo quando se usa uma altura de camada muito fina, ainda haverá algum grau de escadaria e aspereza, e um processo de lixamento e polimento é necessário para garantir que isso não seja transferido para o molde. Para minimizar o lixamento necessário, é melhor imprimir o molde com uma orientação que garanta que as estruturas de suporte estejam apenas em contato com as costas e não influenciem a face principal.

Mesma tecnologia, técnica diferente

Apesar de alguns detalhes extras que precisam ser considerados, em geral, o projeto de moldes impressos em 3D segue os mesmos princípios do design convencional de moldes. Por exemplo, para ambos os tipos de molde é uma boa ideia evitar ângulos perfeitamente quadrados, pois isso pode dificultar a ejeção da peça. Designers geralmente incorporam um pequeno grau de inclinação para ajudar a peça completa a deslizar para fora, em vez de deixar as bordas completamente verticais. Cantos agudos devem ser evitados pelo mesmo motivo, os designers geralmente se certificam de que todos os cantos sejam ligeiramente arredondados. Outras áreas importantes, como tomar medidas para evitar o flash (material que sai do molde durante a injeção), também são compartilhadas entre os dois estilos. Qualquer pessoa que tenha experiência com moldes convencionais poderá fazer a transição para moldes impressos em 3D com facilidade.

Tecnologia de impressão

Máquinas industriais de SLA como as do ProtoFab são capazes de níveis similares de precisão como usinagem CNC, então a precisão geralmente não é um problema. Pode haver alguns casos em que furos muito pequenos ou intrincados recursos de rosca precisam ser perfurados ou rosqueados durante o pós-processamento, mas, apesar disso, o tempo total de processamento ainda será significativamente menor do que para o molde usinado CNC equivalente. É importante notar que as máquinas SLA de desktop são totalmente inadequadas para a produção de moldes e, além de SLA e PolyJet, a maioria das outras formas de impressão 3D tem características que as tornam inadequadas para a produção de moldes. O SLA é mais econômico do que o PolyJet, então essa é a técnica que recomendamos.

Resumo

O molde de injeção impresso em 3D é uma excelente escolha quando as circunstâncias estão certas. É perfeito para quando a produção é mais do que apenas alguns protótipos, mas ainda pode ser considerado pequeno lote. Ele também é adequado para quando houver alterações no design, por exemplo, um produto que evolui por várias iterações. Quando as condições estão certas, esta forma de fabricação pode ser 10 vezes mais barata que os métodos tradicionais, para não mencionar muito mais rapidamente. No entanto, conforme detalhado acima, os moldes impressos em 3D são inferiores aos moldes tradicionais de metal de várias maneiras, por isso é melhor ponderar cuidadosamente as opções.