Substituição de material para o desenvolvimento de um encapsulamento leve para dispositivos eletrónicos na indústria automóvel

Em resposta ao cumprimento da regulamentação definida pela União Europeia (EU), para a redução da emissão do CO2, na indústria automóvel diferentes adaptações estão a ser implementadas, nomeadamente no processo de produção, nos materiais utilizados e no design (dimensões e peso) do próprio carro. Neste sentido, a aplicação de materiais mais leves e a reconfiguração dos componentes têm uma grande influência no peso final dos automóveis. No seguimento destas considerações, o PIEP - Pólo de Inovação em Engenharia de Polímeros, auxiliou a Bosch Car Multimédia no desenvolvimento de um dispositivo eletrónico leve, em que os materiais originais (magnésio, aço e alumínio) foram substituídos por compósitos termoplásticos. Este encapsulamento eletrónico é constituído pelo chassi (composto pela top, bottom e intermediate structures), por dois dissipadores de calor e três PCB.

Para a nova solução construtiva, uma seleção de materiais foi criteriosamente realizada pela equipa da Bosch Braga com o suporte do PIEP. Relativamente aos dissipadores de calor, um polímero termoplástico, com elevadas propriedades de dissipação térmica, foi selecionado. Já para os três componentes do chassi, uma solução híbrida foi considerada: uma conjugação de um material polimérico com propriedades de condução elétrica, para garantir a resistência estrutural dos componentes, com um compósito termoplástico reforçado com fibras de carbono, de forma a ser garantida a proteção eletromagnética através da combinação destes dois materiais. Relativamente à produção dos componentes, foi selecionado o processo de moldação por injeção. Tanto para a bottom structure, como para a top structure, numa primeira etapa, o compósito termoplástico reforçado com fibra de carbono, previamente termoformado, é inserido no molde, como um inserto, para ser sobreinjetado com o polímero eletricamente condutor, originando a bottom e top covers, respetivamente. Numa segunda etapa, estas peças sobremoldadas são inseridas noutro molde para a sobremoldação do polímero dissipador térmico, originando os componentes finais - bottom e top structures. Na Figura 1 está representado o esquema da produção da bottom structure. Este trabalho foi suportado pelas ferramentas e moldes, bem como a experiência, de um fornecedor local, a Famikron.

Em específico, o PIEP adaptou a geometria do encapsulamento, com recurso a simulações estruturais, térmicas e de proteção eletromagnética, para a substituição dos materiais de acordo com a lista de requisitos do produto definidos pela Bosch. Adicionalmente, e de forma a verificar a processabilidade dos componentes, e a necessidade de adaptação da geometria direcionada para o processo, simulações do processo de moldação por injeção foram realizadas para todos os componentes, com recurso ao software de simulação Moldex3D. Após a definição da geometria dos componentes, bem como dos sistemas funcionais do molde (sistema de alimentação e sistema de controlo de temperatura do molde), simulações adicionais do processo foram realizadas para a otimização das condições do processo, de forma a garantir o rigor dimensional dos componentes, nomeadamente o empeno, uma vez que estes serão montados para a construção do encapsulamento eletrónico. Nas Figura 2 e Figura 3 estão representados os modelos considerados nas simulações do processo, tendo em consideração os sistemas funcionais do molde. Na Figura 4 está representado o empeno previsto, pela simulação do processo, relativo à peça bottom structure.

Este trabalho foi apoiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), através do Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (COMPETE 2020) de Portugal (Easy Ride: Experience is everything POCI-01-0247-FEDER-039334).