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Aitiip Integra a Moldagem por Injeção Livre para Reduzir Peso e Custos de Produção




Aitiip é um renomado instituto espanhol de pesquisa e desenvolvimento que atende empresas nos setores aeronáutico, automação, industrial e de embalagens. O instituto possui plataformas robustas para a caracterização de materiais e processos, sendo conhecido como um poderoso integrador de tecnologias, sempre atento à próxima tecnologia transformadora. Há um ano, Aitiip implementou uma plataforma de impressora NXE 400 da Nexa3D, para explorar integrações de manufatura aditiva e moldagem por injeção.


A Liebherr, principal fabricante alemão de equipamentos industriais, representada por sua filial aeroespacial em Toulouse, colaborou com a Aitiip para alcançar o objetivo de substituir uma roda flangeada de metal por uma roda flangeada feita em polímero de alto desempenho reciclado injetado. A ambição: desenvolver uma tecnologia que permita a fabricação de rodas flangeadas para os sistemas de resfriamento da aeronáutica com materiais 100% recicláveis. Reconhecendo que o desempenho dos polímeros escolhidos seria crucial para a qualidade e que algumas características da peça seriam mais econômicas de realizar com manufatura aditiva, a Aitiip recorreu à NXE 400 e à Moldagem por Injeção Livre para atender às expectativas do cliente.




Desafio


Substituição de flange de metal por PEEK com carga de carbono, exigindo alto desempenho e complexidade de design


A complexidade é um impulsionador de custos na maioria dos processos de fabricação, e os fabricantes têm buscado a manufatura aditiva como uma forma de simplificar a fabricação de objetos complexos. No caso da roda flangeada, os desafios de complexidade de design foram agravados pela ambição de substituir o metal por um PEEK com carga de carbono, um termoplástico de alto desempenho notoriamente difícil de prototipar.

No processo de fabricação de peças de PEEK, os parâmetros do processo precisam ser rigorosamente controlados para atingir o desempenho desejado, e a Liebherr trabalhou com a Aitiip para desenvolver e verificar um processo de fabricação que atendesse aos seguintes requisitos:


  1. Processo de fabricação de alta velocidade que resultará em reduções de custo de 30%

  2. Materiais recicláveis

  3. Leveza - com o objetivo de alcançar uma redução de peso de 40%

  4. Fabricação em uma única etapa


A colaboração foi realizada no âmbito do projeto INN-PAEK, financiado pela Clean Sky 2 Joint Undertaking no âmbito do programa de pesquisa e inovação Horizon 2020 da União Europeia, sob o acordo de concessão Nº 101007865.




"A qualidade, repetibilidade e liberdade oferecidas pelas impressoras Nexa3D e a resina xMOLD nos permitiram criar e validar um paradigma de fabricação sob demanda totalmente novo."


- Pablo Murillo, Aitiip






Clientes

Aitiip , Liebherr


Indústria

Aeroespacial


Produtos

  • NXE 400Pro

  • Resina para ferramentaria


Application

Substituição de peças metálicas por peças em PEEK reciclado com carga de carbono.


Vantagens


  • Substituição de Metal habilitada e verificada

  • Peças de reposição sob demanda possibilitadas por moldagem por injeção em baixo volume

  • Não são necessários investimentos em ferramentas de metal para verificação inicial de desempenho.




Solução

Integração de Manufatura Aditiva e Moldagem por Injeção


A peça a ser fabricada era uma roda flangeada complexa com um caso de carga desafiador. Para alcançar o desempenho e a velocidade de fabricação necessários, a moldagem por injeção foi escolhida como o método de fabricação. No entanto, a complexidade da roda flangeada seria impossível de ser alcançada com ferramentas de metal convencionais.


Para atender aos requisitos da Liebherr, a Aitiip decidiu explorar totalmente as capacidades do sistema NXE 400 em uma abordagem altamente inovadora:


  1. Utilizando o software NexaX Pro, a Aitiip criou um perfil de impressora exclusivo para possibilitar a impressão de peças com qualidade de superfície superior.

  2. A geometria interna do corpo do impulsor foi concretizada com um único inserto FIM (Fabricação de Injeção Fundida) solúvel impresso em 3D na resina para ferramentaria impressa em 3D Nexa3D xMOLD.

  3. Uma característica específica da peça foi concretizada com um inserto impresso no material Nexa3D xPEEK, que foi montado no inserto solúvel antes da injeção para permitir sua completa integração na peça do impulsor moldada por injeção.

  4. O inserto FIM impresso em 3D, com a característica xPEEK, foi montado em uma cavidade de molde. Posteriormente, o material PEEK reforçado com carbono foi injetado para preencher a cavidade, e o inserto FIM impresso em 3D foi dissolvido para liberar a peça final em PEEK.




Benefício

Injeção moldada sob demanda do impulsor complexo possibilitada e verificada.


A Moldagem por Injeção Livre, combinada com inserções de alto desempenho em xPEEK, permitiu à Aitiip fabricar uma peça de substituição de metal reciclado injetada com alto desempenho. Além disso, a Aitiip pôde verificar o desempenho da peça antes que investimentos em ferramentas fossem necessários.


Verificação Antecipada: O uso de ferramentas impressas em 3D com resina xMOLD permitiu à Aitiip fabricar várias peças de teste e utilizá-las para verificar aspectos-chave de design e desempenho.


Economia de custos e tempo: A FIM permitiu iterações semanais na Aitiip, reduzindo assim o tempo total do projeto e alcançando resultados melhores e mais avançados em comparação com os processos tradicionais de fabricação de moldes.


Além disso, o custo de pesquisa foi drasticamente reduzido, tornando mais eficiente o uso de recursos (tempo, custo, material e, mais importante, recursos humanos), ao mesmo tempo em que aumenta a liberdade de design.


Escalabilidade contínua: As primeiras iterações foram realizadas em moldes impressos em 3D menores para garantir iterações mais curtas com custos mais baixos possíveis. Uma vez que o design da peça foi validado e o desempenho verificado, a Aitiip passou a implementar uma cavidade de metal para reduzir os custos unitários, enquanto ainda utiliza um núcleo impresso em 3D com resina xMOLD e um inserto xPEEK para evitar investimentos caros em funcionalidades de deslizamento complexas. O conceito de molde resultante atende aos requisitos do cliente com os custos de propriedade mais baixos alcançáveis.


Iterações rápidas: A capacidade de testar rapidamente e de forma econômica diversos conceitos de ferramentas foi um elemento-chave no sucesso final do projeto. O design complexo da peça, combinado com o processamento complexo do PEEK com carga de carbono e com o desafio adicional de integrar um inserto xPEEK impresso em 3D em uma peça moldada por injeção, teriam tornado este projeto muito difícil e custoso de realizar com ferramentas de metal convencionais, devido aos substanciais investimentos envolvidos.



Impacto no Cliente


Substituição de metal, aumento da reciclabilidade habilitada

Os fabricantes de peças para aeroespaço enfrentam rigorosos requisitos de qualidade das peças, e a redução de peso é sempre um objetivo. Além disso, os fabricantes buscam maneiras de aumentar a implementação de materiais reciclados.


A Liebherr queria explorar uma alternativa mais leve ao metal que era utilizado na fabricação de uma roda flangeada de alto desempenho, e colaborou com a Aitiip para desenvolver e verificar um design de peça e um processo de fabricação que possibilitaria à Liebherr migrar do metal para polímero reciclado.




Ao concluir com sucesso este projeto, a Aitiip forneceu à Liebherr os seguintes resultados-chave:


  1. Um protocolo verificado para a fabricação de uma peça de reposição específica e desafiadora, o que permite à Liebherr reduzir custos, tempos de entrega e vulnerabilidades na cadeia de suprimentos.

  2. Um estudo de referência que demonstra o desempenho alcançável com conceitos inovadores de ferramentas de moldagem por injeção impressas em 3D e resinas inovadoras para impressoras 3D.

  3. Um modelo de referência para o desenvolvimento de produtos com alta variedade e baixo volume, dimensionamento e serviços pós-venda com base em uma plataforma de fabricação sob demanda, como uma alternativa aos paradigmas de cadeia de suprimentos com estoque.

  4. Para saber mais sobre a Moldagem por Injeção Livre e a experiência da Aitiip, consulte o site do INN-PAEK. Você também pode baixar o Guia de Design de Ferramentas Impressas em 3D ou entrar em contato para obter mais informações.





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