A micro moldagem não é simplesmente moldagem por injeção em menor escala. Abaixo de um certo tamanho de peça, várias coisas param de escalar e começam a se comportar de maneira diferente, e equipamentos configurados para moldagem convencional produzem resultados ruins, independentemente da habilidade do operador.
A mudança ocorre gradualmente, em vez de em um limite definido, mas peças com peso bem abaixo de um grama, ou com características medidas em dezenas de mícrons, estão firmemente no território da micro moldagem. Componentes de dispositivos médicos, conectores eletrônicos, peças ópticas e dispositivos microfluídicos são as aplicações usuais.
Este guia abrange o que realmente muda, o que isso significa para o design e o que perguntar a um fornecedor.
Por que Peças Pequenas Precisam de Equipamentos Diferentes
Tamanho do Tiro e Dimensionamento da Máquina
Uma máquina de moldagem convencional é dimensionada em torno de sua capacidade de tiro. Usar uma máquina grande para uma peça minúscula significa que o material fica no cilindro por muito mais tempo do que o pretendido, o que, para muitos polímeros de engenharia, significa degradação térmica.
O tempo de residência é a questão prática. Uma máquina dimensionada para um tiro de 100 gramas executando uma peça de 0,05 gramas faz com que o mesmo material passe repetidamente pelo cilindro. Polímeros sensíveis ao calor se degradam, e a degradação nem sempre é visível na peça, mas aparece nas propriedades.
Máquinas de micro moldagem usam unidades de injeção muito menores, muitas vezes com arranjos de medição diferentes de um parafuso recíproco convencional, especificamente para controlar o tamanho do tiro com precisão nesses volumes e limitar o tempo de residência.
Resolução de Controle de Injeção
Injetar uma fração de grama com precisão requer uma resolução que as máquinas convencionais não possuem. Pequenas variações que seriam insignificantes em uma peça grande representam uma grande proporção de um micro tiro.
Equipamentos de micro moldagem são construídos para esse controle, com resolução de posição e pressão mais fina.
Relação Canal de Injeção para Peça
Em uma micro peça, o canal de injeção muitas vezes pesa consideravelmente mais do que a própria peça. Às vezes, muitas vezes mais.
Isso tem duas consequências. O desperdício de material se torna significativo em relação ao peso da peça, e a história térmica do material é dominada pelo canal de injeção em vez da peça. Ferramentas de micro moldagem frequentemente usam mini canais quentes ou sistemas de micro canais cuidadosamente projetados para gerenciar isso.
Diferenças nas Ferramentas
As tolerâncias na ferramenta são mais rigorosas.Se uma característica da peça tem 100 mícrons e precisa ser mantida dentro de alguns por cento, a ferramenta deve ser feita com uma fração disso. Isso empurra a fabricação de ferramentas para usinagem de precisão, eletroerosão a fio e, às vezes, eletroerosão a micro.
A ventilação se torna crítica.O ar deve escapar à medida que a cavidade se enche, mas as saídas de ar dimensionadas convencionalmente causariam rebarbas em uma micro peça. Profundidades de ventilação medidas em alguns mícrons são comuns, o que requer usinagem precisa e manutenção cuidadosa, pois elas bloqueiam facilmente.
A ejeção é mais difícil.Pinos ejetores em uma peça muito pequena podem ser comparáveis em tamanho às características, e a peça pode ser muito delicada para ser empurrada. Estratégias de ejeção alternativas, incluindo ar, arranjos de extrator ou design cuidadoso da porta de injeção, tornam-se necessárias.
Manuseio e embalagem.Peças pequenas demais para serem pegas individualmente precisam de manuseio automatizado, e a embalagem deve evitar perdas e danos. Isso parece trivial e não é, pois uma peça que não pode ser transferida de forma confiável do molde para a embalagem não é fabricável em volume.
Tolerâncias
Peças micro moldadas podem manter tolerâncias absolutas rigorosas, mas a relação entre tolerância e tamanho da peça se comporta de maneira diferente do que a intuição sugere.
A tolerância alcançável não escala para baixo proporcionalmente com o tamanho da peça. Uma tolerância que é rotineira como uma porcentagem em uma peça grande se torna muito exigente em uma pequena, porque o valor absoluto se aproxima dos limites da precisão da ferramenta, previsibilidade de retração e capacidade de medição.
Três fatores definem o limite:
Precisão da ferramenta.A cavidade não pode ser feita com mais precisão do que o processo de usinagem permite.
Previsibilidade da retração.Polímeros encolhem à medida que esfriam, e embora a retração seja compensada no projeto da ferramenta, sua variação não é perfeitamente uniforme. Em uma peça pequena, pequenas variações absolutas de retração representam uma parcela maior da banda de tolerância.
Medição.O que leva a um ponto que surpreende muitos compradores.
Inspeção é um Problema Distinto
Medir micro peças requer métodos diferentes. A medição por contato pode deformar a peça. Máquinas de medição por coordenadas padrão podem não ter a resolução necessária, e sua ponta pode ser maior do que a característica.
Sistemas de medição óptica e de visão, e em alguns casos tomografia computadorizada para características internas, são os caminhos usuais.
Isso importa comercialmente por duas razões. Primeiro, um fornecedor que afirma tolerâncias micro rigorosas deve ser capaz de demonstrar como as mede, e "temos uma CMM" não é suficiente nessa escala. Segundo, a incerteza de medição consome parte da sua banda de tolerância. Se sua tolerância é de 10 mícrons e o sistema de medição tem incerteza significativa, menos de 10 mícrons dessa banda está realmente disponível para o processo.
Pergunte especificamente qual equipamento é usado, qual sua resolução e como a incerteza de medição é contabilizada.
Materiais
A maioria dos termoplásticos de engenharia pode ser micro moldada, mas a seleção de materiais é mais restrita do que em escala convencional.
O tamanho do enchimento importa.Fibras de vidro dimensionadas para peças convencionais podem ser comparáveis em comprimento a características de micro peças, o que causa problemas de preenchimento e propriedades inconsistentes. Graus não preenchidos ou aqueles com enchimentos finos são geralmente preferidos.
As características de fluxo importam mais.Encher uma cavidade muito pequena através de uma porta de injeção muito pequena exige bom fluxo. Graus de alta viscosidade que preenchem adequadamente peças convencionais podem não preencher micro cavidades.
A estabilidade térmica importa mais.Devido ao tempo de residência e à relação canal de injeção-peça, materiais sensíveis ao calor sofrem mais exposição ao calor por unidade de peso da peça do que em escala convencional.
Materiais comuns de micro moldagemincluem PEEK, LCP, POM, PC, PP, graus de nylon e vários polímeros de grau médico. Onde um grau específico é necessário, confirme a adequação da micro moldagem com o fornecedor do material e o moldador.
Considerações de Design
Muitas regras de design convencionais ainda se aplicam, e algumas se aplicam mais rigorosamente.
Espessura de parede uniformecontinua importante, e as consequências de violá-la são as mesmas: retração diferencial, empenamento e afundamento.
Ângulos de saídacontinuam necessários. Peças muito pequenas são mais suscetíveis a danos na ejeção, então um ângulo de saída adequado importa mais, não menos.
Localização da porta de injeçãotorna-se mais restrita. A porta de injeção é grande em relação à peça, então sua posição e o vestígio que ela deixa são considerações de design significativas em vez de detalhes.
Raios nos cantosajudam no preenchimento e reduzem o estresse, e em micro escala cantos agudos também são mais difíceis de usinar com precisão na ferramenta.
Razões de aspectoprecisam de cuidado. Características muito profundas e muito finas são difíceis de preencher e difíceis de ejetar, e o aço da ferramenta que as forma é frágil.
As tolerâncias devem ser especificadas apenas onde a função exigir.Como em qualquer escala, mas a penalidade de custo é mais acentuada aqui.
Volume e Custo
Ferramentas de micro moldagem custam mais do que ferramentas convencionais de cavitação comparável, porque a precisão exigida é maior e a usinagem mais exigente.
Em contrapartida, os tempos de ciclo são tipicamente curtos, pois peças pequenas esfriam rapidamente, e ferramentas multicavidade são comuns. Uma vez que a ferramenta existe, os custos unitários em volume podem ser muito baixos.
A implicação é um volume de ponto de equilíbrio mais alto do que a moldagem convencional. A micro moldagem é adequada para programas de alto volume estabelecidos, em vez de trabalhos exploratórios de baixo volume. Para quantidades de validação, peças usinadas ou impressas em 3D, ou ferramentas de protótipo com cavitação reduzida, são geralmente o caminho sensato antes de comprometer as ferramentas de produção.
Aplicações
Dispositivos médicossão a maior área de aplicação: componentes de cateter, peças de entrega de medicamentos, componentes de dispositivos cirúrgicos, consumíveis de diagnóstico. Moldagem em sala limpa e rastreabilidade completa são requisitos comuns.
Eletrônicos e conectoresprecisam de peças pequenas e precisas em materiais com propriedades elétricas e térmicas específicas, muitas vezes LCP por suas características de fluxo e temperatura.
Ópticarequer qualidade de superfície e precisão dimensional que exigem muito das ferramentas e do controle do processo.
Microfluídicaprecisa de geometria de canal muito fina com seção transversal consistente, o que combina tolerância rigorosa com preenchimento desafiador.
O que Perguntar a um Fornecedor de Micro Moldagem
- Quais máquinas vocês usam e qual a faixa de tamanho do tiro?
- Como vocês gerenciam o tempo de residência para materiais sensíveis ao calor?
- Quais tolerâncias vocês podem manter em uma característica do meu tamanho e em que isso se baseia?
- Quais equipamentos de inspeção vocês usam e qual sua resolução?
- Como vocês contabilizam a incerteza de medição dentro da banda de tolerância?
- Como as peças são manuseadas e embaladas após a moldagem?
- Qual sua experiência com meu material e aplicação?
As perguntas sobre medição são o filtro mais útil. Um fornecedor que pensou cuidadosamente sobre metrologia nessa escala é um fornecedor que entende de micro moldagem. Alguém que responde com equipamentos de inspeção convencionais provavelmente está aplicando práticas de moldagem convencionais a peças pequenas, que é o problema central que este artigo descreve.
Obtendo uma Avaliação Realista
A viabilidade da micro moldagem depende de combinações específicas de geometria, material e tolerância, e um artigo geral não pode dizer se sua peça é viável. Alguns designs que parecem desafiadores são rotineiros, e alguns que parecem simples não são.
A Elite Mold Tech executa micro moldagem ao lado de moldagem por injeção convencional, fabricação de ferramentas e usinagem de precisão em uma única instalação. Enviar um arquivo de peça com tolerâncias e material pretendido produz uma avaliação de viabilidade cobrindo a abordagem de ferramentas, tolerância alcançável e método de inspeção, em vez de apenas um preço.
Perguntas Frequentes
P: Quão pequenas podem ser as peças moldadas por injeção?
R: Peças muito pequenas pesando pequenas frações de grama são produzidas rotineiramente, com características medidas em mícrons. O limite prático depende da geometria, características de fluxo do material e da precisão de ferramenta alcançável.
P: Por que peças micro precisam de máquinas especializadas?
R: Máquinas convencionais não conseguem dosar tiros minúsculos com precisão, e o material fica em um cilindro superdimensionado tempo suficiente para se degradar termicamente. Máquinas de micro moldagem usam unidades de injeção menores com controle mais fino e tempo de residência mais curto.
P: Que tolerâncias a micro moldagem pode manter?
R: Tolerâncias absolutas rigorosas são alcançáveis, mas elas não escalam proporcionalmente com o tamanho da peça. Precisão da ferramenta, variação de retração e capacidade de medição definem limites práticos que devem ser avaliados por peça.
P: Materiais com enchimento de vidro podem ser micro moldados?
R: Com cautela. Fibras dimensionadas para peças convencionais podem ser comparáveis em comprimento a características micro, causando problemas de preenchimento e propriedades inconsistentes. Graus não preenchidos ou enchimentos finos são geralmente preferidos.
P: Como as peças micro moldadas são inspecionadas?
R: Geralmente com sistemas ópticos ou de visão, e às vezes tomografia computadorizada para características internas, pois a medição por contato pode deformar a peça e as pontas padrão podem exceder o tamanho da característica.