HIGHLIGHT - Novas soluções para moldes de injeção com ultra alto brilho

HIGHLIGHT é um projeto em copromoção liderado pela empresa ITJ, com participação da empresa RAMADA AÇOS e das entidades não empresariais do Sistema de Investigação e Inovação Universidade de Coimbra (CEMMPRE) e CENTIMFE. O projeto iniciou as suas atividades em 1 de janeiro de 2021 e tem duração prevista de 30 meses.

O foco da investigação industrial deste projeto incide numa nova aplicação dos processos aditivos para a inclusão em insertos/postiços de moldes de novos sistemas de arrefecimento interno de elevada eficácia baseados na teoria construtal. Além disso, contribuir para a criação de novas composições químicas de aços ferramenta compatíveis com a possibilidade ser possível atingir, com destreza, polimento ultra alto brilho.

Os sistemas de arrefecimento dos componentes dos moldes, em particular dos insertos moldantes, além de induzirem uma melhoria da qualidade dimensional/geométrica da peça, também contribuem para melhorar as características óticas das superfícies.

O ultra alto brilho da superfície é uma imposição dos clientes, em particular do sector automóvel, que tem de ser considerada no fabrico de moldes para injeção de peças de plástico de elevado aspeto estético.

O projeto surge numa perspetiva de resposta a um cenário de elevada competição global, onde a contínua pressão sobre o preço de venda do molde obriga os seus fabricantes a procurarem soluções de produção mais rápidas e que permitam resolver diferentes aspetos técnicos no mesmo processo de fabrico, de modo a reduzir a cadeia de produção e o prazo de entrega.

Assim, o projeto visa otimizar novas configurações para os canais de arrefecimento levarem o fluido de refrigeração a zonas críticas da cavidade moldante com base na teoria construtal, onde como fronteira os limites dimensionais dependem das tecnologias de fabrico aditivo selecionadas.

A otimização de sistemas de arrefecimento tem sido motivo de vários projetos industriais, que em alguns casos, conduziram a resultados de grande interesse em peças de diversas dimensões. No caso de moldes de pequenas dimensões, projetar sistemas de arrefecimento é um desafio, em particular quando a complexidade das geometrias e a escala são extremamente reduzidas. Porém, como qualquer melhoria no tempo de ciclo pode representar um aumento significativo de produção, a melhor maneira de arrefecer um molde de forma uniforme e eficiente é utilizar o design que a teoria construtal suporta, por forma a incorporar canais estrategicamente localizados para promover o arrefecimento é necessário. Este design resulta numa arquitetura de canais capaz de minimizar as resistências hidrodinâmicas e térmicas para otimizar o arrefecimento. A abordagem adotada teve por base a teoria construtal introduzida por Adrian Bejan, baseada em princípios de termofluidos. Na teoria construtal, a esbelteza (svelteness) é um parâmetro geométrico global que caracteriza a arquitetura dos canais de refrigeração e o seu aumento aponta na direção da evolução da configuração do sistema. Assim, no projeto para insertos de moldes para introduzir a arquitetura dos canais de sistemas de termorregulação ativos, optou-se pela configuração de arrefecimento designada de umbrella. Esta consiste num canal central primário, transportador de um fluido de arrefecimento em direção à extremidade do inserto de molde, e de canais secundários de forma a garantir o retorno uniformemente distribuído. O ângulo formado pelo canal primário e os canais secundários, é obtido pela correlação da relação entre as perdas de pressão locais e distribuídas com a esbelteza da configuração.

O modelo físico está a ser objeto de simulações numéricas e está a ser produzido por Fusão Seletiva por Laser (SLM), sendo avaliada a relação entre a direção de evolução da arquitetura dos canais, sugerido pelo aumento da esbelteza e pelo grau de uniformidade da distribuição de temperatura no inserto de molde. De notar que o controlo da rugosidade interna dos canais poderá ser um sério problema, mas que se espera dirimir pela adoção de sistemas líquidos de acabamento interno. No caso de impossibilidade e função da geometria do objeto 3D em produção, outros processos de fabrico aditivo, mas no estado sólido, em que a rugosidade é, em geral, de menor valor, como é o caso do processo designado por MEX (Material Extrusion).

Este texto, foi produzido no âmbito das atividades de disseminação do projeto Highlight - Novas soluções para moldes de injeção com ultra alto brilho, projeto IDT em copromoção Nº47156.

Texto: Nânci Alves e Diana Duarte (ITJ - Internacional Moldes), Pedro Costa e Ângela Martins (Ramada Aços), Teresa Vieira, Miguel Panão e Francisco Cruz (Universidade de Coimbra - CEMMPRE), Dulcínia Santos e António Baptista (CENTIMFE)