Contribuições ao projeto e fabricação de moldes para a injeção de plástico contendo canais complexos de refrigeração (conformal cooling) empregando a técnica de manufatura aditiva metálica fusão seletiva a laser (selective laser melting - SLM)

Abstract

Os plásticos devido a vantagens como boa processabilidade, baixo custo e densidade estão presentes em diversas áreas produtivas de bens de consumo. O principal processo de manufatura é a injeção, processo cíclico onde a etapa de refrigeração afeta no desempenho e qualidade do processo. Diversos estudos para otimização dos canais de refrigeração no foram realizados. Porém, por se tratar de um processo complexo e depender da geometria do produto e material injetado o conhecimento ainda não foi consolidado havendo diferentes diretrizes para projeto do ferramental de injeção. O emprego de novos processos de manufatura aditiva metálica, como o Selective Laser Melting - SLM, viabiliza a fabricação canais complexos de refrigeração (conhecidos como ConformalCooling), com geometrias que seguem o formato do produto. No entanto o custo deste processo de fabricação ainda é elevado. Assim, o presente estudo avalia o desempenho do emprego de moldes fabricados por manufatura aditiva metálica contendo canais complexos de refrigeração. Utilizando um componente automotivo como corpo de provas, foram projetados e fabricados moldes para a injeção de plástico. O processo de injeção foi simulado utilizando sistema CAE e peças plásticas foram fabricadas com moldes contendo canais convencionais de refrigeração e moldes com canais complexos. Os resultados mostram que o emprego de moldes fabricados por SLM contendo canais complexos de refrigeração apresentam vantagens ao processo de injeção e qualidade do produto. Contudo, o projeto deste sistema deve ser cautelosamente realizado para alcançar os benefícios esperados.

Abstract : Due to advantages such as good processability, low cost and density plastics are present in several productive areas of consumer goods. The main manufacturing process is injection, a cyclical process where the cooling step directly affects the process performance and product quality. There are several studies on literature about optimization of molds cooling channels. However, due to complexity involved in this problem with a wide range of geometry types and materials the knowledge has not yet been consolidated, with numerous guidelines for the injection tool design. The development of new manufacturing process such as metal additive manufacturing process Selective Laser Melting - SLM, makes it possible to manufacture Conformal Cooling, a complex cooling channels that flow the topography of the part. However, the cost of this manufacturing process is still very high. Therefore, the present work aim to evaluates the performance of molds manufactured by metallic additive manufacture containing complex cooling channels. Using an automotive component as work piece, the molds were designed and manufactured for plastic injection molding. The injection process was simulated using software CAE and the molds were manufactured with conventional cooling and with Conformal Cooling channels to inject the work piece. The results show that the use of molds manufactured by SLM with Conformal Cooling channels have positive affect the injection process and product quality. However, the design of this system should be carefully carried out to achieve the expected benefits.