Impressão 3D de uma ferramenta de moldagem por injeção de metal com quase

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A Cátedra de Microfluídica da Universidade de Rostock está trabalhando em conjunto com Stenzel MIM Technik (Tiefenbronn perto de Pforzheim) em um projeto para imprimir uma ferramenta 3D de moldagem por injeção de metal (MIM). A base do desenvolvimento é a utilização da tecnologia CEM da Aim 3D com sistema Ex-AM 255.

Como parte de um projeto financiado pelo Ministério Federal Alemão de Assuntos Econômicos e Energia (BMWi), uma ferramenta MIM impressa em 3D é desenvolvida em conjunto pela Cátedra de Microfluídica (LFM) da Universidade de Rostock e pela Stenzel MIM Technik. A duração do projeto é de abril de 2021 a outubro de 2023. A base do processo e aplicação é a utilização da tecnologia CEM da AIM3D, implementada em sistema Ex-AM 255. O projeto representa o estado da arte atual em impressão 3D de metal.

O objetivo do projeto era utilizar a impressão 3D para fabricar uma ferramenta para moldagem por injeção de metal com resfriamento próximo ao contorno. Na impressão 3D, o resfriamento próximo ao contorno pode ser incorporado como uma chamada integração funcional com canais helicoidais diretamente na ferramenta. Ou seja, não é embutido como entradas, como acontece com ferramentas maiores. O objetivo de qualquer resfriamento próximo ao contorno de moldes de injeção feitos de metais ou polímeros é reduzir significativamente o tempo de ciclo. O princípio do resfriamento próximo ao contorno é guiar os fluidos refrigerantes através de canais de resfriamento próximos ao contorno com seções transversais baixas. Eles resfriam o componente já durante o ciclo. Isto leva a um processo de desmoldagem mais rápido, o que encurta significativamente o ciclo. A geometria complexa dos canais de resfriamento helicoidais é criada com a ajuda da tecnologia CAD, utilizando modelos de simulação baseados nas necessidades do componente. A experiência de longo prazo mostra uma redução no tempo de ciclo em cerca de 20%, dependendo da espessura e do tamanho da parede.

Como uma solução de componentes integrados, a impressão 3D oferece a vantagem de uma técnica única como integração funcional em comparação com processos ligados a moldes. O exemplo de aplicação demonstra, portanto, uma oportunidade de reduzir drasticamente o tempo de colocação no mercado. O objetivo do projeto de cooperação é desenvolver uma nova cadeia de processos para a produção rápida e econômica de ferramentas MIM. Até agora, eram necessários períodos de até oito semanas para produzir um molde de injeção de metal convencional. Com a impressão 3D de metal, o tempo de fornecimento de uma ferramenta MIM pode ser reduzido para cerca de cinco dias.

Como parte da cooperação, foi inicialmente desenvolvido um modelo 3D otimizado da ferramenta utilizando ferramentas CAD e de simulação. Esses dados foram então transferidos para o sistema Ex-AM 255 CEM, juntamente com os parâmetros de processo necessários. Uma chamada peça verde é então impressa em 3D. Posteriormente, a peça é sinterizada em um processo de vários estágios para produzir as propriedades finais do material. Com este processo, componentes metálicos complexos podem ser produzidos rapidamente após as etapas necessárias de desligação e sinterização. Ao mesmo tempo, o processo CEM permite o controle da contração volumétrica associada à sinterização. O molde resultante possui uma cavidade. O componente consiste em uma peça de parede espessa com aletas finas. Estas aletas não podem ser produzidas sem resfriamento próximo ao contorno, pois são difíceis de desmoldar. A Stenzel MIM Technik espera alcançar uma redução significativa no tempo de ciclo deste componente em até 70-80 por cento. No entanto, os testes de moldagem por injeção ainda estão pendentes.

A impressora 3D multimaterial Ex-AM 255 pode ser utilizada com uma variedade de materiais diferentes (metais, plásticos, cerâmicas) e com vários processos (componentes híbridos). Em comparação com processos de leito de pó ou mesmo outros processos de impressão 3D que utilizam filamentos, os sistemas que utilizam o processo CEM alcançam resistências à tração que se aproximam da clássica moldagem por injeção termoplástica ligada ao molde. A vantagem de preço da impressão 3D é particularmente impressionante quando são usados ​​granulados disponíveis comercialmente em vez de filamentos. Quando granulados são usados, o processo CEM leva a uma economia de custos de até dez vezes.