Desde a manufatura até a área da saúde, de bens de consumo a peças automotivas, a impressão 3D conquistou um nicho significativo como solução para ferramental. O termo "ferramental" refere-se a moldes, padrões e ferramentas utilizados nos processos de fabricação e montagem.
Neste artigo, o foco principal será nas ferramentas impressas em 3D para moldagem por injeção, uma aplicação que expande de maneira significativa a aplicabilidade da impressão 3D e está surgindo como uma ponte de alto impacto entre os domínios tradicionalmente separados da manufatura aditiva e da moldagem por injeção.

A principal razão pela qual alguém desejaria começar a utilizar ferramentas de moldagem por injeção impressas em 3D é que a moldagem por injeção oferece acesso a uma gama muito mais ampla de materiais do que a manufatura aditiva pura. Inovações recentes na área trouxeram materiais de alto desempenho, como PEEK reforçado com vidro e carbono, além de silicones, metais e cerâmicas, para o portfólio de ferramentas impressas em 3D. Dependendo da escolha da tecnologia, liberdade de design aumentada, custos mais baixos, prazos de entrega mais curtos, biocompatibilidade e escalabilidade também podem estar entre os principais benefícios oferecidos pelas ferramentas de moldagem por injeção impressas em 3D.
Se você deseja imprimir em 3D sua ferramenta de moldagem por injeção, primeiro deve criar um modelo 3D da peça que deseja moldar e determinar quais materiais deseja injetar. O design da peça, juntamente com a pressão e a temperatura necessárias para a injeção, orientarão sua escolha de tecnologia e o design do molde impresso em 3D. Se a sua peça apresentar reentrâncias, inserções, seções sobre-moldadas e outras complicações, você deve considerar tecnologias de ferramentas impressas em 3D que ofereçam a liberdade de design necessária. E se a sua peça for feita com um material de alto desempenho injetado a altas temperaturas e pressões, você vai querer uma solução que tenha demonstrado compatibilidade com o material que deseja usar.
Depois de concluir o design da sua peça, o próximo passo é traduzir o design da peça para o design da ferramenta. Dependendo da sua escolha de tecnologia de ferramentas impressas em 3D, você pode ter que decidir como dividir sua ferramenta para remover a peça. Para peças complexas, o design de uma ferramenta dividida pode ser um exercício de várias semanas, envolvendo múltiplas iterações. Alternativamente, você pode optar por ferramentas impressas em 3D sacrificiais/solúveis ou por elementos de ferramentas para adiar ou eliminar complicações no design do molde e permitir novos níveis de liberdade de design.

Uma vez concluído o design da ferramenta, será necessário fabricar a ferramenta real. Novamente, a escolha da tecnologia de ferramentas impressas em 3D determinará os custos, o tempo e o trabalho de pós-processamento envolvidos na fabricação. Em um extremo, encontram-se as ferramentas solúveis impressas em 3D, usadas para quebrar as restrições de tempo e design em processos como a moldagem por injeção de forma livre (Freeform Injection Molding), que requerem apenas uma limpeza simples e pós-cura antes de serem aplicadas. No outro extremo estão os inserts metálicos complexos com resfriamento conformal, usados para melhorar a funcionalidade e o desempenho de ferramentas de produção de alto volume, e que podem exigir o uso de processos sofisticados de usinagem, polimento e endurecimento para suportar os milhões de ciclos para os quais foram projetados.
Em resumo, as ferramentas de moldagem por injeção impressas em 3D são um campo em rápida evolução e altamente diversificado, que já está agregando valor substancial em todas as etapas do ciclo de vida de um produto. Na Nexa3D, estamos comprometidos em oferecer a mais empresas acesso fácil aos benefícios das ferramentas impressas em 3D, com nossa plataforma ultrarrápida LSPc como peça central. Veja a experiência de empresas como Wilson Sporting Goods, PepsiCo ou Alpine Advanced Materials, ou continue lendo para saber mais sobre como projetar ferramentas para a moldagem por injeção de forma livre.
Considerações de Design
A moldagem por injeção de forma livre (Freeform Injection Molding - FIM) baseia-se na combinação bem-sucedida da tecnologia LSPc encontrada nos modelos XiP, XiP Pro e NXE 400Pro, junto com nosso material inovador xMOLD, que oferece a melhor estabilidade térmica e mecânica da categoria, além de ser solúvel. O FIM proporciona aos designers de moldes novos níveis de liberdade de design e acesso a toda a gama de materiais injetáveis, incluindo silicones, termoplásticos de alto desempenho, metais e cerâmicas. A seguir, resumimos algumas das principais considerações de design que ajudarão a evitar erros comuns no desenvolvimento de ferramentas que sejam tanto imprimíveis quanto adequadas para moldagem por injeção.

Abaixo estão algumas dicas para otimizar a geometria do modelo CAD e garantir sua imprimibilidade:
Otimização da Espessura da Parede – A geometria das paredes do seu modelo determina se elas podem ser impressas com ou sem recursos de suporte. Modelos com paredes mais espessas (acima de 1 mm de espessura) geralmente são imprimíveis conforme projetado e podem não exigir suporte adicional. Além disso, é uma boa prática projetar paredes suportadas que estejam conectadas a outras paredes em um ou mais lados, pois essas conexões atuam como suportes incorporados. Por outro lado, quando paredes não suportadas forem necessárias, você deve fazer considerações especiais no design. Se possível, aumente a espessura da parede além desse limite de 1 mm.
Otimização de Estruturas Sobressalentes – Sobressalentes referem-se às partes do seu modelo que se projetam ou ficam paralelas às superfícies horizontais e à plataforma de construção da impressora. O comprimento desses sobressalentes é uma consideração crítica, e geralmente é melhor limitá-lo a 2,5 mm. Porções que sobressaiam demais podem deformar durante a impressão.
Otimização de Detalhes Modelados – A maioria dos detalhes de superfície em um modelo impresso em 3D se enquadra em duas categorias: detalhes em relevo e gravados. Detalhes em relevo são aqueles recursos que são elevados acima da superfície do seu modelo. Em geral, você não deve projetar detalhes em relevo com espessura inferior a 0,02 mm. Detalhes mais sutis podem não ser traduzidos adequadamente na impressão final. Detalhes gravados que são impressos na superfície do modelo têm uma limitação semelhante. Os recursos gravados ou rebaixados no seu modelo não devem ter espessura e altura inferiores a 0,02 mm.
Desenho de Furos Otimizados – Furos são recursos críticos em muitos modelos de ferramentas. Seus furos retos não devem ter um diâmetro inferior a 0,7 mm — menores que isso e eles podem ser bloqueados inadvertidamente durante o processo de impressão 3D. Para modelos com canais curvos, certifique-se de que o diâmetro não seja inferior a 1 mm.
Divida Moldes para Otimizar a Imprimibilidade – Embora as ferramentas impressas com resina xMOLD sejam solúveis, e seja geralmente mais fácil projetar moldes de cavidade única, a presença de sobressalentes e outros recursos difíceis de imprimir pode exigir que o molde seja dividido. Ferramentas grandes impressas em 3D também podem exigir que vários elementos do molde sejam impressos separadamente e depois unidos. Nesses casos, recomendamos incluir furos para parafusos e pinos para facilitar o alinhamento e a montagem do molde.
Considere a Limpeza – Especialmente ao projetar moldes de cavidade fechada totalmente solúveis. Você deve garantir que seu solvente de limpeza possa alcançar e fluir por todos os cantos do molde, pois qualquer resina não curada deixada no molde após a limpeza afetará negativamente a precisão do molde. Incidentalmente, ao garantir boa capacidade de limpeza, você também está tomando medidas importantes para garantir que seu molde possa ser preenchido adequadamente durante o processo de moldagem por injeção.
Verifique a Orientação da Construção – Algumas dificuldades de impressão causadas por sobressalentes, fios e paredes não suportadas podem ser eliminadas simplesmente orientando a impressão de forma diferente na base de suporte. Você quer que tanto a base quanto a gravidade trabalhem a seu favor durante a impressão. Você também deve orientar seu item de modo que as superfícies detalhadas não sejam impressas diretamente na plataforma de construção, pois isso pode deformar os detalhes.
Aproveite os Modos de Software de Impressão 3D – Ferramentas CAD modernas contêm modos de design e recursos dedicados à impressão 3D. Use esses recursos para ajudar a otimizar orientações de peças, furos, detalhes, sobressalentes e estruturas de suporte. Quando conectados a impressoras 3D de ponta, como as impressoras da Nexa3D, o software de impressão 3D fornecerá mais orientações sobre a fatiagem dos arquivos modelados para garantir uma impressão bem-sucedida. O software de impressão 3D também oferece suporte adicional para arquivos STL ou modelos desenvolvidos por meio de moldagem ou processos de digitalização 3D.

Dicas de Design para Eliminar Problemas Comuns em Ferramentas Impressas em 3DAbaixo estão algumas sugestões para otimizar a geometria do modelo CAD e garantir a moldabilidade:
Considere a colocação de portas e respiros para promover um fluxo ideal de materiais – A colocação das portas e respiros é um fator crítico para garantir que o material de alimentação atinja todas as áreas do molde antes de endurecer, eliminando deformações e vazios. A colocação das portas deve seguir as diretrizes para o design de ferramentas convencionais, e recomendamos o uso de análises de fluxo de molde sempre que possível para garantir um preenchimento adequado. Os respiros devem, de preferência, ser posicionados opostos à porta, e próximos dos pontos finais do preenchimento. Dependendo de seu design, os respiros também podem capturar eventuais "goles frios" e fornecer uma maneira fácil para o operador verificar se o molde foi preenchido corretamente antes de iniciar o desmolde.
Considere a espessura das paredes e estruturas salientes – O material xMOLD é robusto, mas deformará se for aplicada pressão excessiva. Como regra geral, proporções maiores que 2:1 devem ser evitadas. Isso significa que, por exemplo, uma estrutura independente pode ter no máximo 2 mm de comprimento se tiver 1 mm de espessura. Também considere o caminho do fluxo do material injetado, para evitar direcionar um fluxo de material quente diretamente em uma estrutura independente.
Considere o uso de inserts metálicos (por exemplo, pinos) para suportar ou permitir furos passantes e outras geometrias do molde – A inclusão de elementos metálicos (como pinos ou hastes de aço comerciais) pode fornecer suporte a estruturas independentes ou facilitar a criação de furos passantes e outros recursos da peça.
Esses são alguns dos princípios-chave a serem observados ao projetar uma ferramenta de moldagem por injeção impressa em 3D que seja ao mesmo tempo imprimível e adequada para moldagem por injeção. Saiba mais sobre o processo de moldagem por injeção de forma livre (Freeform Injection Molding) baixando o Guia de Design gratuito ou entre em contato com um de nossos especialistas em ferramentas de moldagem por injeção impressas em 3D se precisar de orientações específicas sobre como transformar sua impressora Nexa3D LSPc em uma máquina de fabricação de ferramentas.

A Moldagem por Injeção de Forma Livre (Freeform Injection Molding) é uma abordagem híbrida inovadora para a moldagem por injeção. Ela combina a liberdade de design da impressão 3D com resina com o desempenho dos materiais moldados por injeção. O processo patenteado une as impressoras ultrarrápidas da Nexa3D e a resina xMOLD para imprimir ferramentas de moldagem por injeção compatíveis com milhares de materiais comerciais para injeção, incluindo materiais reforçados de alto desempenho. A capacidade de projetar, iterar e validar ferramentas usando materiais de produção final em questão de horas, em vez de semanas, é inestimável no processo de desenvolvimento de novos produtos.
As ferramentas xMOLD são totalmente solúveis, proporcionando verdadeira liberdade de design e eliminando a necessidade de considerações demoradas de design e portas de injeção típicas das práticas tradicionais de fabricação de ferramentas. Basta projetar e imprimir sua ferramenta, injetar o material de moldagem e, em seguida, dissolver a ferramenta para revelar a peça complexa que estava por baixo.
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