Desen ol imen o de p o ó ipos me álicos pa a a indús ia au omó el po
undição injec ada
F. Jo ge Lino
1*
, Rui J. L. Ne o
2
, Rica do Pai a
2
e Bá olo Pai a
2
1
FEUP – Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, DEMEGI – Depa amen o de Engenha ia Mecânica e
Ges ão Indus ial, Rua D . Robe o F ias, 4200-465 Po o, Po ugal. Tel.: 225081704 (42), al es@ e.up.p
2
INEGI – Ins i u o de Engenha ia Mecânica e Ges ão Indus ial, CETECOFF – Unidade de Fundição e No as
Tecnologias, Rua do Ba oco,174-214, 4465-591 Leça do Balio, Po o, Po ugal. Tel.: 229578714, Fax: 229537352,
ce ec[email p o ec ed]p.p
* al es@ e.up.p
RESUMO
Os p ocessos de p o o ipagem ápida são hoje em dia de u ilização comum na p odução di ec a e indi ec a de
p o ó ipos me álicos des inados ao desen ol imen o de p odu os ais como e agens, o nei as, peças undidas em
a eia e em coquilha e em pa icula peças que se des inem à p odução po undição injec ada.
P e ende-se com es a comunicação di ulga as an agens e incon enien es da u ilização das ecnologias en ol idas
na ob enção de p o ó ipos comple amen e uncionais pa a p odu os a se em ob idos po undição injec ada.
Abo dam-se as écnicas de p odução indi ec a, a a és do uso de ecnologias que en ol em a u ilização de modelos
pe didos em “LOM”, “The moje ” e “Quick Cas ”, e ecnologias de ep odução de modelos com moldes de silicone
e de esina, complemen ados com o p ocesso de ce a pe dida ou In es men Cas ing.
Pala as-cha e:
P o o ipagem Rápida, p ocessos de con e são, modelos pe didos, undição injec ada.
1. INTRODUÇÃO
Na ase de desen ol imen o de no os p odu os pa a se em ob idos po undição injec ada, há a necessidade impe iosa
de exis i em p o ó ipos uncionais, os quais não sendo ob idos pelo p ocesso p odu i o de ini i o, pe mi em simula o
a a ancamen o e uncionalidade das peças inais, no sen ido de não exis i em g andes e os que mais a de se ão
ans o ma em ele ados p ejuízos e em ala gamen o dos p azos de en ega.
T adicionalmen e, a ní el mundial, o p ocesso mais de endido pa a a ma e ialização desses p o ó ipos, em sido o
p ocesso de undição em a eia e de ou a eia de machos. Es a me odologia ob iga a aze dois p ojec os
simul aneamen e; o p ojec o da peça injec ada em si, com de inições de supe ícies de apa ação, ga e as, dis ibuição
acional de espessu as e o p ojec o das e amen as de undição em a eia com ou as saídas, ou as supe ícies de
apa ação, imp ensos e caixa de machos. Es es ac os c iam o g a e dilema de comp ome e em a quali icação das peças,
os p azos de en ega dos p o ó ipos, os p azos de execução dos moldes de injecção e os p azos de en ega das peças
injec adas.
Com a in odução no me cado, em 1987 da Es e eoli og a ia (SL), p imei o p ocesso de P o o ipagem Rápida a se
come cializado [1, 2] e pos e io men e a Sin e ização Selec i a po Lase (SLS), a Deposição po Ex usão de Plás ico
(FDM), a Fab icação de Objec os po Camadas de papel (LOM) e o The mojec , ab i am-se no as pe spec i as que
pe mi em mui o apidamen e a ma e ialização de p o ó ipos me álicos, desde que se conjuguem as ecnologias de
P o o ipagem Rápida com as ecnologias de undição pelo p ocesso de ce a pe dida, ou mais gene icamen e dos
modelos pe didos. A g ande an agem des as no as me odologias consis e exac amen e na apidez e na possibilidade de
se ob e em peças undidas com ca ac e ís icas dimensionais, geomé icas e de acabamen o supe icial, mui o
semelhan es às u u as peças injec adas. Os cus os associados à p odução de p o ó ipos e p é sé ies po es es p ocessos
são e ec i amen e mais ele ados, no en an o os p azos de en ega são mui o mais cu os, pe mi indo assim aumen a a
compe i i idade das emp esas [3-6].
Basicamen e exis em duas al e na i as pa a a p odução de p o ó ipos me álicos quase comple amen e uncionais po
con e são me álica: os p ocessos di ec os e os p ocessos indi ec os [1, 2]. Embo a exis a a possibilidade de se ob e
di ec amen e p o ó ipos uncionais numa gama limi ada de ma e iais me álicos po p o o ipagem ápida, ais como o
SLS de me ais e o p ocesso de sin e ização di ec a de me ais po lase (DMLS) [1, 2, 7], nes a comunicação abo dam-se
apenas os p ocessos de con e são de p o ó ipos ob idos po p o o ipagem ápida.
2. PROCESSOS DE CONVERSÃO METÁLICA
2.1. PROCESSOS DIRECTOS
Nos p ocessos di ec os, em luga do adicional modelo em ce a injec ado num molde, usam-se p o ó ipos ob idos po
[1, 4, 5]:
• Es e eoli og a ia oca;
- “Quick Cas ” da 3D Sys ems;
- “Skin and Co e” da EOS;
• SLS em polies i eno in il ado com ce a (“Cas Fo m” da DTM);
• FDM em ce a;
• The mojec em ce a;
• LOM em papel.
A es es modelos, e en ualmen e sem planos de apa ação ainda de inidos e sem saídas, mas com sob espessu as pa a
acabamen o, são soldados sis emas de gi agem e alimen ação em ce a. Seguidamen e, usando o p ocesso das moldações
ce âmicas em ca apaça ou moldações de gesso em bloco, o conjun o comple o é sujei o a um ciclo de calcinação de 1 -
2 ho as pa a a ce a (FDM e The mojec ) ou de 12 - 24 ho as pa a o papel (LOM) e esinas epoxídicas (3D Sys ems e
EOS) ou plás icos (DTM), azando-se seguidamen e o me al nas ca idades ce âmicas. A g ande an agem des e
p ocesso é a apidez e a des an agem é o p eço o al do p o ó ipo bem como o ele adíssimo isco da peça undida não
sai bem à p imei a. Es es p ocessos só se usam pa a a p odução de 1 - 3 p o ó ipos me álicos e pe mi em ob e peças
com um p azo o al de en ega de 3 - 7 dias.
2.2. PROCESSOS INDIRECTOS
Nes e caso os modelos ob idos po écnicas de p o o ipagem ápida SL, SLS, FDM, LOM ou ou os são usados pa a a
ob enção de um molde pa a injecção de ce a [1, 2, 6].
Os moldes pa a injecção de ce a podem basicamen e se de dois ipos [1, 2]:
• Flexí eis em silicone ou em elas óme os de poliu e ano;
• Rígidos em esinas epoxídicas ou de poliu e ano.
Os moldes lexí eis podem se usados mesmo que as peças ainda não enham de inidos os planos de apa ação e as
saídas. No malmen e podem se ob idos em 1 - 2 dias, com mui o pouca mão de ob a. Embo a se possam injec a as
ce as nes es moldes com p essões de 1 - 3 ba , a p essão de injecção dis o ce as peças, que êm assim comp ome idas as
suas ole âncias dimensionais e geomé icas. Pa a uma melho e iciência do p ocesso, de e-se aza a ce a em câma as
de ácuo, p ojec adas especi icamen e pa a o e ei o, apenas com a acção da g a idade. A p ecisão dos modelos ob idos
é mui o melho do que no caso an e io . De ± 2 mm pode-se passa a ob e p ecisões de ± 0,5 mm. Uma g ande
des an agem des e p ocesso é que sem p essão, e apesa do ácuo, é di ícil ob e peças isen as de bolhas de a . A ou a
des an agem é que o empo de solidi icação e de a e ecimen o da ce a nos moldes lexí eis é ele ado, na gama de 1 - 3
ho as, o que az com que nalguns casos se possa apenas p oduzi 2 - 3 peças po dia. Po es es mo i os, es as
ecnologias usam-se co en emen e pa a a p odução de 1 - 5 p o ó ipos, com p azos de 4 - 8 dias ú eis, podendo se
compe i i as com os p ocessos da con e são di ec a já e e idos.
Pa a usa moldes ígidos o na-se necessá io que a peça a p oduzi já enha de inidos os planos de apa ação, saídas
especí icas pa a o p ocesso de injecção de ce a e bases de posicionamen o pa a as peças. Nes e caso, o p ojec o do
molde pa a injecção de ce a em g andes semelhanças com o p ojec o do p óp io molde de injecção de me al, exigindo
um apu ado abalho de CAD 3D ou mão de ob a manual mui o especializada.
O molde é ab icado em an as ases quan as o núme o de pa es mó eis do molde (molde ixo + molde mó el + n.º
ga e as) e no malmen e demo a, pa a moldes complexos, 3 - 7 dias a ab ica . Com es e ipo de moldes, ab icados com
esinas ca egadas com pó de alumínio pa a aumen a a condu i idade é mica, é possí el injec a 12 - 30 peças po dia.
Es a me odologia pe mi e ainda uma p ecisão dimensional mui o supe io à que se consegue com os moldes de silicone,
podendo a ingi -se ± 0,2 mm u ilizando modelos o iginais em es e eoli og a ia.
3. TRABALHO EXPERIMENTAL REALIZADO
Desde 1998 que o Ins i u o de Engenha ia Mecânica e Ges ão Indus ial (INEGI) em dedicado um g ande es o ço no
desen ol imen o dos p ocessos de con e são di ec a e indi ec a, no sen ido de ga an i a o e a ecnológica nes a
in e essan e á ea de se iços. As ecnologias desen ol idas o am:
• Tecnologia de ab ico de moldes de injecção,
• Tecnologia de ab ico das ca apaças ce âmicas (“in es men cas ing”),
• Modelos pe didos, calcinação de papel, ce as, e moplás icos e e moendu ecí eis.
Os p ojec os em que o INEGI es e e e es á en ol ido e que possibili a am o desen ol imen o de odas es as ecnologias
o am:
- RNPR – Rede Nacional de P o o ipagem Rápida, p ojec o inanciado pelo PEDIP II, em pa ce ia com INETI,
AGILTEC, CENTIMFE, IBEROMOLDES, FERESPE, FUNDIÇÃO DE ÉVORA, NOVODESIGN e
UNINOVA [8, 9].
- DECOPOFI – Desen ol imen o Coope a i o de P o ó ipos de Al a Qualidade pa a Fundição Injec ada, p ojec o
ICPME, inanciado pela Agência de Ino ação, em pa ce ia com a SONAFI.
- Venda da Se iços às Emp esas – CACIA, VALSAN, CIFIAL, VULCANO, JULCAR, BRIEL, EFACEC
ENERGIA, EFECÊ, TOPÁZIO, e c.
Nes e con ex o, o am o necidos ao conjun o de pa cei os e clien es ce ca de 2000 peças, de ap oximadamen e 100
e e ências, ob idas pelo p ocesso de ce a pe dida, e ce ca de 2 dezenas de peças ob idas pelo p ocesso dos modelos
pe didos, nomeadamen e “LOM“ pe dido, “Quick Cas ” pe dido e “The mojec ” pe dido.
4. RESULTADOS OBTIDOS
4.1. CONVERSÃO DIRECTA
O p ocesso de con e são di ec a u ilizou modelos pe didos em papel (LOM), esina oca (SL) e ce a (The mojec ).
Os esul ados ob idos usando como modelos a pe de p o ó ipos ab icados em LOM, dependem do ipo de papel usado
na ab icação dos p o ó ipos [5, 10].
De momen o é possí el apenas aplica dois ipos de papel: o papel da Helysis, ac ualmen e come cializado pela emp esa
ame icana Cubic Sys ems Inc., e o papel come cializado pela emp esa alemã BMT (Buss Modelling Technologies).
Com o papel da BMT é p a icamen e impossí el de ob e algum sucesso, uma ez que con em na sua cons i uição um
p odu o mine al igní ugo, que dá o igem, após 24ho as de calcinação a 1100ºC, a uma g ande quan idade de cinzas.
Es as cinzas que o iginam g andes alhas de ma e ial me álico nas peças undidas, in iabilizando a u ilização des e ipo
de papel na con e são di ec a de p o ó ipos me álicos.
O papel da Helysis quase não em ca gas mine ais, mas se as pa edes dos p o ó ipos i e em dimensões in e io es a 4
mm ambém não pe mi e ob e p o ó ipos me álicos isen os de de ei os. No en an o, nalguns casos, ais como bombas
de óleo, ca bu ado es de gás e bombas de água, conseguiu-se ob e bons esul ados. Na igu a 1 pode obse a -se o
aspec o de alguns des es p o ó ipos me álicos com qualidade acei á el ob idos pela ecnologia do “LOM” pe dido, com
os quais se consegui am ole âncias dimensionais de ± 0,4 mm.
Usando como modelos a pe de p o ó ipos em SL “Quick Cas ”, adqui idos na emp esa CAD FORM, ize am-se
con e sões de bombas de óleo, supo es de mo o e caixas de il os. Os esul ados a ingidos o am mui o supe io es aos
do p ocesso LOM pe dido, endo-se ob ido peças me álicas com qualidade que pe mi iu a sua u ilização indus ial com
uma p ecisão de ± 0,2 mm. Alguns des es p o ó ipos podem se obse ados na igu a 2.
Usando como modelos p o ó ipos ab icados pelo p ocesso The mojec , o e ecidos pela 3D Sys ems, ob e e-se uma
sé ie de p o ó ipos me álicos de co pos e de ampas de bomba de óleo. Os esul ados da con e são o am excelen es,
podendo os p o ó ipos se obse ados na igu a 3. Os g andes p oblemas do The mojec esidem na aca p ecisão
dimensional (± 0,6 – 0,8 mm) des es p o ó ipos em ce a e na eno me di iculdade em ob e um bom acabamen o nas
zonas em que exis em supo es.
Figu a 1 - Modelo LOM e p o ó ipos numa liga de alumínio ob idos pelo p ocesso do “LOM pe dido”.
Figu a 2 - Modelos em SLA (“Quick cas ”) e p o ó ipos em alumínio ob idos pelo p ocesso do “Quick cas pe dido”.
Figu a 3 - Modelo em ce a (“The moje ”) e p o ó ipos em alumínio ob idos pelo p ocesso de “The mojec pe dido”.
4.2. CONVERSÃO INDIRECTA
O desen ol imen o dos p ocessos de con e são indi ec a de p o ó ipos cen ou-se undamen almen e na u ilização de
dois ipos de moldes:
• Moldes de injecção de ce a em silicone ( igu a 4);
• Moldes de injecção de ce a em esina ca egada com pa ículas de alumínio ( igu a 5) [11-13].
Figu a 4 - Molde de injecção de ce a em silicone. Na igu a pode-se ainda obse a o modelo em ce a e o p o ó ipo em alumínio.
Figu a 5 - Molde de injecção de ce a em esina ca egada com alumínio. Na igu a pode-se ainda obse a o modelo em ce a e o
p o ó ipo em alumínio.
U ilizando moldes de silicone o am ob idas á ias p é-sé ies de componen es, nomeadamen e:

• Tampas de bombas de óleo pa a a CACIA;
• Co pos de echadu a elec ónica pa a a CIFIAL;
• Caixa de il o de óleo pa a a SONAFI;
• Es a ue as a ís icas.
Com as peças “ ampa de bomba de óleo” e “co po de echadu a elec ónica” a p ecisão dimensional ob ida com
injecção de ce a a 3 ba oi de apenas ± 3 mm. Es e ac o de e-se à in luência da p essão de injecção na dis o ção dos
moldes de silicone, o que in iabiliza a sua u ilização na p odução de p o ó ipos écnicos.
Com a peça “caixa de il o de óleo” a p ecisão dimensional aumen ou pa a ± 0,5 mm, de ido ao ac o do azamen o
das ce as e sido ealizado em câma a de ácuo.
Com as peças “es a ue as a ís icas” os p oblemas de p ecisão dimensional no malmen e não se colocam.
Tendo em con a ques ões écnicas, económicas, de isco e de p azos de en ega, o p ocesso de con e são di ec a com
moldes de silicone, em que a ce a é azada em ácuo, pa ece se pa icula men e adap ado pa a a p odução de p é-sé ies
me álicas de 1 - 5 peças. No g á ico da igu a 6 pode obse a -se, pa a o caso da “caixa de il o de óleo”, as an agens
económicas des e p ocesso de con e são ela i amen e aos ou os p ocessos.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1 10 100
Núme o de Peças
P eço Uni á io (Eu os)
SL+Silicone
SL+Resina
LOM Pe dido
Quick Cas Pe dido
Cas Fo m Pe dido
Figu a 6 - Compa ação dos cus os de p odução de p o ó ipos me álicos u ilizando di e en es p ocessos de con e são me álica.
Usando os moldes de injecção de ce a em esina ca egada com pa ículas de alumínio o am p oduzidas ce ca de 20
p é-sé ies de di e en es dimensões, 10, 20, 50, 70 e 150 peças, nomeadamen e co pos de bombas de óleo, ampas de
bombas de óleo, bombas de água, injec o es de gás, ál ulas de gás, dis ibuido es de gás, chaminés de esquen ado es,
en e ou as, al como se pode obse a na igu a 7.
Com um domínio adequado das con acções das esinas, ce as e me al, é possí el ga an i ole âncias dimensionais de ±
0,2 mm e e en ualmen e a é ± 0,1 mm (em 100 mm). Como eg a ge al pode-se a i ma que pa a es e ipo de peças é
possí el, subcon a ando o modelo o iginal em es e eoli og a ia (1 semana), en ega p é-sé ies de 10 peças em 3
semanas e de 20 peças em 4 semanas, com g ande epe ibilidade de p azos, qualidade me alú gica e dimensional.
Figu a 6 – Exemplos de p o ó ipos me álicos p oduzidos po con e são me álica u ilizando moldes em esinas ca egadas.
Con o me se pode obse a no g á ico da igu a 6, pa a a quase gene alidade dos casos, p é-sé ies de 10-50 peças, es e é
o único p ocesso es ado e dadei amen e compe i i o, e que em ido g ande sucesso e acei ação pelos clien es e
pa cei os do INEGI. Como al e na i a a es e p ocesso, e en ualmen e com eduções ap eciá eis dos cus os, mas com
p azos mais dila ados, os únicos p ocessos compe i i os pode ão se o de ob e moldes em ligas de baixo pon o de
usão, ipo Sn-Bi, ou e en ualmen e moldes maquinados in eg almen e em alumínio, p ocessos que o INEGI nunca
usou, mas que são p ocessos co en es de p odução em sé ie como acon ece na ZOLLERN.
5. CONCLUSÕES
A p o o ipagem ápida associada ao p ocesso da “ce a pe dida” ab iu cla amen e no as po encialidades pa a acele a o
desen ol imen o de p odu os no sec o da undição injec ada.
O p ocesso dos modelos pe didos, pa icula men e do “Quick Cas ” (e en ualmen e do “Cas Fo m”), apesa de
dispendioso, é o único p ocesso que pe mi e ob e p o ó ipos me álicos uni á ios quase comple amen e uncionais em
p azos mui os cu os, 3 - 4 dias.
O p ocesso de ce a pe dida com moldes de silicone pode se mais an ajoso que o an e io , mas pa a 2 - 5 p o ó ipos e
não pa a um p o ó ipo uni á io. O aumen o de p azo e a diminuição dos cus os, são a des an agem e an agem
espec i amen e, ela i amen e ao p ocesso dos modelos pe didos.
Pa a p é-sé ies supe io es a 5 peças e pa icula men e pa a 10 – 50, peças o p ocesso mais in e essan e se á o dos
moldes em esinas ca egadas com pa ículas de alumínio.
REFERÊNCIAS
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P o o ipagem Rápida”, Edi ado po P o oclick, www.p o oclick.com, Po o, Fe e ei o, 2001, ISBN 972-95376-1-5.
[2] D.T. Pham, and S.S. Dimo , “Rapid Manu ac u ing, The Technologies & Applica ions o Rapid P o o yping & Rapid Tooling”,
Sp inge -Ve lag, 2001, ISBN 1-85233-360-X.
[3] F. J. Lino, e R. J. Ne o, “A P o o ipagem Rápida na Indús ia Nacional”, 2º Encon o Nacional do Colégio de Engenha ia
Mecânica da O dem dos Engenhei os, Coimb a, pp. 4.15 - 4.22, 15-16 Dezemb o, 2000.
[4] R. J. Ne o, A. B. Magalhães, Má io J. A. Pin o, e Bá olo Pai a, “A P o o ipagem Rápida e a P odução de P o ó ipos
Funcionais e P é Sé ies em Fundição”, Tecnome al, Nº 112, pp. 5-8, Se emb o/Ou ub o, 1997.
[5] F. Jo ge Lino, Hen y Camboa, Bá olo Pai a, Rica do Pai a e Rui J. Ne o, “Con e são Di ec a de Modelos Ob idos po
P o o ipagem Rápida”, Jo nadas Poli écnicas de Engenha ia, ESTG de Lei ia, pp. 1-12, No emb o, 2001.
[6] Rui J. L. Ne o, A. P. Ba bedo de Magalhães, Te esa M. P. Dua e e F. Jo ge Lino Al es, “A P o o ipagem Rápida e a
Fab icação Rápida de Fe amen as pa a Fo jamen o na Indús ia de Fe agens”, Tecnome al, Nº 115, pp. 5-9, Ma ço/Ab il,
1998.
[7] Vasconcelos, P.V., Lino, F.J., Ne o, R.J., “O Fab ico Rápido de Fe amen as em Engenha ia Conco en e”, Tecnome al, 136,
pp. 17-21, Se emb o/Ou ub o, 2001.
[8] Rui Ne o, “Fab icação de Objec os po Camadas de Papel, em “Rede Nacional de P o o ipagem Rápida”, comunicações
ap esen adas na di ulgação do p ojec o RNPR, O Molde, Ano 13, Nº 45, pp. 28-33, Se emb o, 2000.
[9] Rui Ne o, e Rica do Pai a, P ojec o Mobilizado RNPR “Tecnologias de Con e são po Fundição a Pa i de P o ó ipos
Rápidos”, Tecnome al, Nº 129, pp. 14-15, Julho/Agos o, 2000.
[10] F. J. Lino, H. Camboa, B. Pai a, and R. J. Ne o, “Di ec Con e sion o Rapid P o o yping Models”, Ma e iais 2001, 1s
In e na ional Ma e ials Symposium, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Coimb a 9-11, Ap il, 2001.
[11] P. V. Vasconcelos, F. J. Lino, and R. J. Ne o, “Es udos de Op imização do Fab ico de Fe amen as U ilizando Resinas
Ca egadas”, 1
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Jo nadas Poli écnicas de Engenha ia, Audi ó io da Escola Supe io de Tecnologia e Ges ão de Lei ia, Lei ia,
14-16 No emb o, 2001.
[12] P. V. Vasconcelos, F. J. Lino, and R. J. Ne o, “Op imiza ion o Resin Tooling P ocessing – Aluminium Filled and Fibe
Rein o ced Epoxies” CIMTEC 2002, 10
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[13] P. V. Vasconcelos, F. J. Lino, R. J. Ne o, and A. Teixei a, Glass and Ca bon Fib e Rein o ced Hyb id Composi es o Epoxy
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