Inovação na indústria de moldagem por injeção: aplicação da manufatura híbrida de metais para aprimoramento de moldes de baquelite

Abstract

A indústria de moldagem por injeção enfrenta desafios na utilização do material polimérico do tipo termofixo baquelite, aplicado em componentes eletrônicos, utensílios de cozinha e peças automotivas devido às suas propriedades mecânicas e além de ser isolante elétrico e térmico. No entanto, a rigidez e resistência mecânica do termofixo baquelite desgastam acentuadamente os moldes, resultando em excessivas rebarbas nas peças injetadas, prejudicando sua qualidade e requerendo manutenção que diminui a vida útil dos moldes, além de ser dispendiosa. Este estudo propõe a aplicação da Manufatura Híbrida de Metais (MHM), associando a Manufatura Aditiva de Metais (MAM) com a Manufatura Subtrativa (MS), ou seja, a usinagem, para melhorar a resistência ao desgaste na linha de fechamento dos moldes para injeção de baquelite. A MHM combinada cria um ambiente de manufatura conectado e eficiente, permitindo a produção de produtos mais complexos em menos tempo, se torna crucial na indústria de moldagem por injeção, uma vez que a MHM pode processar diversos metais, incluindo aços convencionalmente usados em moldes. O objetivo deste estudo é aprimorar o desempenho do molde por meio da aplicação da MHM, especialmente na área de fechamento da cavidade, visando aumentar sua vida útil no processo de injeção. A pesquisa é exploratória e quali- quantitativa, o método Design Science Research (DSR) foi empregado para desenvolver conhecimento na criação do artefato, enquanto o Grupo Focal (GF) explorou percepções e opiniões para avaliação das soluções do problema em questão. Foi realizado o processo de deposição de aço M2 na cavidade do molde e testado, totalizando 40.000 ciclos de produção. Após o teste, foram realizadas análises das propriedades mecânicas, dureza e resistência ao desgaste do material. Os resultados dessas observações serão aplicados em projetos futuros de moldes. A MHM pode trazer inovação para a indústria de moldagem por injeção, aumentando a durabilidade dos moldes, reduzindo custos de manutenção e assegurando qualidade das peças injetadas, marcando um avanço eficiente e econômico.

The injection molding industry faces challenges in using the thermosetting polymer material bakelite, applied in electronic components, kitchen utensils, and automotive parts due to its mechanical properties as well as being an electrical and thermal insulator. However, the stiffness and mechanical strength of bakelite thermoset material significantly wear out the molds, resulting in excessive burrs on the injected parts, compromising their quality and requiring maintenance that reduces the lifespan of the molds, in addition to being costly. This study proposes the application of Hybrid Metal Manufacturing (HMM), combining Additive Metal Manufacturing (AMM) with Subtractive Manufacturing (SM), that is, machining, to improve wear resistance in the mold closing line for bakelite injection. The combined HMM creates a connected and efficient manufacturing environment, enabling the production of more complex products in less time, becoming crucial in the injection molding industry, as HMM can process various metals, including steels conventionally used in molds. The objective of this study is to enhance mold performance through the application of HMM, especially in the cavity closing area, aiming to increase its lifespan in the injection process. The research is exploratory and qualitative-quantitative, the Design Science Research (DSR) method was employed to develop knowledge in creating the artifact, while the Focus Group (FG) explored perceptions and opinions to evaluate solutions to the problem at hand. The M2 steel deposition process was carried out in the mold cavity and tested, totaling 40,000 production cycles. After testing, analyses of mechanical properties, hardness, and material wear resistance were performed. The results of these observations will be applied in future mold designs. HMM can bring innovation to the injection molding industry, increasing mold durability, reducing maintenance costs, and ensuring the quality of injected parts, marking an efficient and economic advancement.