Injeção de materiais magnetizáveis para a indústria de plásticos

A injeção de materiais carregados com partículas magnéticas, como a ferrite, é uma prática da indústria transformadora para a produção de componentes magnéticos. Geralmente, os materiais injetados são compostos por uma elevada carga magnética (55 – 65 vol%), resultando num material de viscosidade elevada, o que dificulta o processo. A injeção de componentes magnéticos é normalmente associada à técnica de injeção de pós (powder injection moulding – PIM), existindo em primeiro lugar a moldação do componente, seguida de várias fases de pós-processamento, nomeadamente a sinterização da peça, com total remoção do material plástico (atuando o polímero apenas como ligante para que o processo de injeção seja possível). Após a desmoldação, a peça é sujeita a campos magnéticos de elevada intensidade para promover uma orientação magnética, tornando a peça magnética.

O projeto Magnetized Gears, surge como uma alternativa à necessidade de pós-processamento dos componentes magnéticos, promovendo a magnetização da peça ainda no molde, durante o processo de moldação por injeção, permitindo eliminar etapas ao processo. O projeto está a ser desenvolvido em consórcio, no âmbito do Clube de Fornecedores Bosch, integrando a GLN Molds como promotor líder, o PIEP - Pólo de Inovação em Engenharia de Polímeros, a GLN Plast, a Universidade do Minho e o CeNTI - Centro de Nanotecnologia e Materiais Técnicos, Funcionais e Inteligentes.

Desta forma, para auxiliar o desenvolvimento de conceito de molde e ferramenta produtiva, estão a ser realizados estudos por meio de simulações numéricas recorrendo ao add-on PIM do software Moldex3D desenvolvido especificamente para injeção de pós, capaz de prever a distribuição de partículas ao longo de toda a peça, observado na Figura 1, permitindo avaliar e prevenir a existência de linhas pretas (causadas pela separação de fases entre o polímero e o pó metálico), representando um ponto de fraqueza na peça. Para além disso, as simulações numéricas permitem auxiliar no desenvolvimento da ferramenta produtiva, sendo possível prever as pressões de injeção expectáveis e a força de fecho necessária. Com este estudo é ainda possível simular a existência de canais quentes, que podem auxiliar na injeção de componentes altamente carregados. Com o intuito de avaliar a integridade estrutural do componente, serão também realizados estudos por meio de simulações numéricas, permitindo prever o comportamento mecânico das peças resultantes.

Para além destas simulações, foram também realizadas simulações numéricas estruturais, recorrendo ao software Abaqus, de forma a analisar o desempenho mecânico de alguns dos componentes do molde durante o processo produtivo. Estas simulações tiveram como objetivo não só a otimização da espessura, mas também a seleção do material mais adequado para a placa do molde em contacto com o material fundido, de forma a minimizar a sua deformação. Para tal, a distribuição de pressões, obtida como resultado das simulações do processo de moldação por injeção, foi integrada nas simulações estruturais, sendo alterado o tipo de aço e espessura da placa. Através da análise de tensões e deformações obtidas foi possível selecionar a configuração de material e espessura que garante a melhor performance.

AGRADECIMENTOS

Trabalho realizado no âmbito do projeto MAGNETIZED GEARS POCI-01-0247-FEDER-017684, financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) através do Programa Operacional COMPETE 2020.