Oleg Yermanok, Gestor de Engenharia de Aplicação, Massivit 3D

A fabricação de aditivos (AM) tem a capacidade de perturbar os processos industriais e facilitar a obtenção de resultados inovadores, rentáveis e rápidos quando comparados com os processos de produção tradicionais. Coincidindo com o rápido crescimento da procura de produtos feitos de materiais compostos – que são inerentemente mais fortes, leves e mais resistentes ao ambiente do que os materiais convencionais – a AM está hoje preparada para revolucionar a produção de materiais compostos nas indústrias de defesa, aeroespacial, e indústrias adicionais. Nestes sectores pode (entre outras coisas) ser utilizado para criar mandris para condutas e respiradouros para aplicações de gestão de ar, fluidos e energia.

Os mandris são uma ferramenta essencial para a fabricação de peças e componentes compostos ocos. Durante o processo de fabrico, o mandril é inserido na extremidade de um tubo ou cano e mantido no lugar enquanto o objecto está a ser formado à sua volta. Isto assegura que o produto acabado mantenha a sua forma e tamanho.

Tradicionalmente, o tipo mais comum de mandril é feito de aço, mas o alumínio e outros metais também podem ser usados. Tais mandris, contudo, podem ter aplicações limitadas e podem ser caros. Este artigo irá explicar aos engenheiros de todos os sectores industriais relevantes como é que os seus processos de fabrico podem ser simplificados e optimizados através do uso do AM para produzir mandris como ferramentas de sacrifício para a fabricação de compósitos.

Os materiais compostos, utilizados extensivamente em muitos sectores de produção, são materiais que são compostos por dois ou mais componentes distintos. Estes componentes podem ser uma combinação de metais, polímeros, cerâmicas, fibras, e várias outras substâncias, dependendo da aplicação. Os materiais compostos são utilizados numa variedade de aplicações industriais porque oferecem uma série de benefícios em relação aos materiais tradicionais, tais como o facto de serem leves, permitindo a eficiência do combustível, e apresentam uma maior resistência, maior estabilidade, maior resistência ao desgaste, e maior resistência às intempéries e aos danos ambientais.

Os materiais compósitos também são mais fáceis de fabricar e moldar em formas complexas do que o metal, plástico e cerâmica. Ao combinar diferentes tipos de materiais em conjunto, os engenheiros podem criar materiais que satisfaçam requisitos específicos e fornecer um serviço duradouro a muitas indústrias. Com a crescente procura de materiais compostos, é evidente que estes materiais versáteis continuarão a desempenhar um papel importante na indústria durante os próximos anos.

CONVENCIONAL vs AM MANDREL PRODUCTIONAL

Os métodos tradicionais de fabrico de mandril existem há séculos e ainda hoje estão em uso. Existem três métodos tradicionais principais de fabrico de mandris: fundição, forja e maquinagem.

A fundição é o método mais comum de fabrico de mandris industriais. Neste processo, o metal fundido é vertido num molde que tem a forma do mandril desejado. O metal arrefece e endurece, e o mandril é então removido do molde. No processo de forjamento, um pedaço de metal é aquecido até ser maleável, e depois é moldado no mandril desejado usando martelos e outras ferramentas. No processo de usinagem, uma peça de metal é cortada ou fresada na forma desejada usando tornos, fresadoras, ou outras máquinas-ferramentas.

Há uma série de desvantagens inerentes à utilização de tecnologias convencionais de produção de mandril, entre as quais a chave é que muitas vezes são demoradas, trabalhosas, muitas vezes geram muito desperdício de material, e são limitadas na extensão da complexidade geométrica que pode ser alcançada.

AM pode ser usado para criar mandris com geometrias complexas que seriam difíceis ou impossíveis de produzir usando métodos tradicionais. AM oferece uma abordagem mais flexível que pode criar mandris com desenhos intrincados e características internas extremamente rapidamente, sem a necessidade de ferramentas de corte caras. Os métodos tradicionais de produção de mandris também requerem a produção de peças múltiplas se houver geometrias complexas ou sobreposições, etc…, caso contrário não seria possível remover o núcleo do mandris. Produzir várias peças significa um custo extra, é demorado, e abre a possibilidade de erros e retrabalhos.

Os benefícios de usar AM para fazer mandris incluem custos de ferramentas mais baixos, prazos de entrega mais curtos, e maior flexibilidade no design. Os mandris de fabricação aditiva podem ser feitos rápida e facilmente a partir de um arquivo digital, tornando-os ideais para tiragens curtas ou únicas de produção. Adicionalmente, eles oferecem aos designers uma maior liberdade em termos de forma e geometria, em comparação com as técnicas tradicionais.

A SOLUÇÃO MASSIVIT

O Massivit 3D desenvolveu um processo de impressão próprio para produzir mandris fortes e duráveis. Isto representa uma solução altamente inovadora para a produção de peças compósitas, oferecendo vantagens significativas sobre os métodos tradicionais de fabrico e permitindo a produção de peças compósitas de alta qualidade com prazos de entrega reduzidos e custos mais baixos.

Uma das principais vantagens de usar AM para fazer mandris, como acabou de ser mencionado, é que ele permite desenhos muito mais complexos do que os métodos tradicionais de maquinação. Com AM, não há restrições nas formas geométricas que podem ser produzidas, o que significa que os mandris podem ser feitos com desenhos muito intrincados. Isto abre toda uma nova gama de possibilidades para desenhos de mandris e significa que eles podem ser feitos à medida das necessidades específicas de uma aplicação em particular.

À medida que a procura de peças compostas aumenta, aumenta também a necessidade de soluções de produção mais eficientes e rentáveis. O Massivit desenvolveu o sistema Massivit 10000 AM para satisfazer estes requisitos. A máquina usa a tecnologia Cast In Motion (CIM) em combinação com o método patenteado Massivit 3D Gel Dispensing Printing (GDP). Ele permite a fundição directa do molde numa concha de sacrifício impressa em 3D. Para o conseguir, o Massivit 10000 utiliza um sistema de cabeça dupla, tecnologia patenteada ultra-rápida, e para os mandris utiliza material quebrável na água que se desfaz em água. Tudo isto permite aos fabricantes produzir mandris complexos numa questão de horas em vez de semanas.

O material quebrável por água do Massivit é perfeitamente adequado para a produção de mandris. Obviamente, uma das características mais notáveis do material é que ele se desfaz em água. Isto permite que o mandril possa ser facilmente removido do produto final após a produção. O material também é leve (tornando-o fácil de manusear e transportar durante o processo de produção); forte e durável (permitindo que seja usado para uma variedade de aplicações de mandris); amigo do ambiente (minimizando o desperdício quando comparado com métodos subtractivos e minimizando a necessidade de armazenamento de material extensivo); e rápido, com a impressão dos mandris em questão de horas.

O PROCESSO – ESTUDO DE CASO

Para ilustrar a natureza disruptiva da abordagem Massivit 3D à produção de mandril, este estudo de caso analisa as etapas do processo envolvidas no fabrico de um mandril para a empresa Kanfit que serve os sectores da defesa e aeroespacial. O mandril encomendado precisava de ser impresso em material quebrável por água da Massivit, e a superfície exterior do molde impresso precisava de ser muito lisa.

Primeiro, um CAD modelo do mandril com as dimensões X 381 mm, Y 191 mm, e Z 567 mm foi criado. Para o tornar optimamente alinhado com a tecnologia de impressão 3D da Massivit, a área de flange do modelo foi estendida digitalmente para uma melhor fabricação de layup, e a parede do molde foi concebida com três contornos de impressão com uma largura final de 5,4mm para suportar as pressões de vácuo na fase de fabricação. A partir do ficheiro CAD acabado, o código G do mandril foi criado no software Massivit Smart slicer. A impressão foi concebida para usar um tempo e material mínimos, e levou no total apenas 8 horas. O mandril foi produzido usando o material de foto-polímero DIM WB, que pode ser quebrado com água, da Massivit.

A peça foi então pós-processada. A superfície foi lixada, e uma camada de epóxi foi aplicada para tornar a superfície do mandril hermética.

Para a fase de layup, o mandril foi montado num jig rotativo, permitindo a aplicação de folhas de epóxi e fibra de carbono (6 no total) em torno da ferramenta. Uma vez revestido em fibra de carbono, o molde entrou no processo de vácuo, onde permaneceu sob pressão de vácuo durante 3 horas. Foi então removido e deixado descansar durante 24 horas antes da cura final.

O molde acabado foi colocado em água simples durante 24 horas, e todos os restos do material quebrável por água foram removidos da pele. O mandril foi então aparado, e validado no departamento de controlo de qualidade antes da sua libertação.

Usar AM para produzir o mandril em torno do qual são feitas as peças compostas em tais aplicações introduz uma simplificação e racionalização do processo de produção de compostos quando comparado com a produção de mandril antigo.

SÍNTESE

Os mandris feitos usando AM têm o potencial de revolucionar a forma como as peças e componentes compostos são feitos. Os mandris produzidos usando AM oferecem várias vantagens em relação aos mandris fabricados tradicionalmente. Eles são mais leves, mais precisos e podem ser facilmente personalizados para se adaptarem às necessidades específicas de cada peça. Isto resulta em tempos de produção mais rápidos e numa redução do desperdício. Além disso, os mandris fabricados com AM podem ser produzidos a partir de materiais avançados como o material quebrável por água Massivit, o que simplifica a remoção.

Isto permite a produção de peças compostas que são de maior qualidade e mais fiáveis. O futuro da fabricação de peças compostas é brilhante com o advento dos mandris fabricados aditivamente, e esta tecnologia e a Massivit’s 10000 está prestes a revolucionar a indústria.

Saiba mais sobre o Massivit 3D em massivit3d.com.