A fundição a vácuo é um processo de fabricação versátil usado principalmente para produzir protótipos de alta qualidade e componentes de pequenos lotes em várias indústrias.Este guia fornece uma visão geral pormenorizada dos seus princípios fundamentais, processos-chave, considerações de concepção, aplicações e como se compara com outros métodos de fabrico.
Introdução à fundição a vácuo
A fundição a vácuo, também conhecida como fundição de poliuretano ou moldagem de uretano, é uma técnica de fabricação que usa um vácuo para desenhar material líquido em um molde de silicone.Este processo é particularmente valorizado pela sua capacidade de produzir peças com excelente acabamento da superfícieA tecnologia de moldagem por injecção, que permite a criação de protótipos rápidos e a produção em série, é muito mais eficaz do que a tecnologia de moldagem por injecção.oferecendo uma solução rentável para a fabricação de baixo volume sem o alto custo das ferramentas associadas ao moldagem por injeção.
O processo é especialmente útil para a fabricação de peças com geometrias complexas e detalhes intrincados que podem ser desafiadores ou dispendiosos com métodos tradicionais.Suporta uma ampla gama de propriedades do material, incluindo várias cores, acabamentos de superfície e características mecânicas.
Princípios fundamentais e tipos de fundição a vácuo
O princípio básico da fundição a vácuo envolve o uso de pressão negativa (vácuo) para eliminar o ar da cavidade do molde, permitindo que o material líquido preencha detalhes complexos sem o ar preso.Isto garante a reprodução de alta fidelidade do padrão mestre.
Existem dois tipos principais de fundição a vácuo com base no meio e na aplicação:
Fusão a vácuo de metais:Isso envolve derreter e derramar o metal em um ambiente de vácuo para minimizar o teor de gás e evitar a oxidação.É crucial para a produção de fundições de aço de liga especial de alta qualidade e fundições de liga de titânio facilmente oxidadasAs técnicas comuns incluem a fundição por sucção a vácuo e a fundição por pressão a vácuo.
Forja a vácuo de poliéster/silício:Isso é mais comum para prototipagem e pequenos lotes. Ele usa um molde de silicone criado a partir de um padrão mestre (muitas vezes impresso em 3D ou usinado por CNC).Resina de poliuretano líquido (PU) é então derramado no molde sob vácuo para replicar a parte.
O processo de fundição a vácuo: uma visão geral passo a passo
O processo de fundição a vácuo de polímeros envolve tipicamente as seguintes etapas-chave:
- Criação de padrão mestre: Um modelo mestre de alta precisão da peça é produzido, normalmente usando máquinas CNC ou tecnologias de impressão 3D (por exemplo, SLA, SLS).Este padrão deve ter uma qualidade de superfície impecável, pois afeta diretamente a parte final do molde.
- Fabricação de molde (Silicone Tooling): O padrão mestre é colocado em uma moldura de fundição.O molde de silicone é cortado cuidadosamente para remover o padrão mestre, deixando uma cavidade negativa precisa.
- Preparação e fundição de resina: uma resina de poliuretano (PU) de duas partes é selecionada com base nas propriedades do material desejado (por exemplo, rigidez, flexibilidade, transparência, cor).Frequentemente desgaseadas para remover bolhas de ar, e depois derramado no portão do molde de silicone.
- Aplicação a vácuo: todo o conjunto do molde é colocado dentro de uma câmara de vácuo.criando um ambiente de pressão negativa que atrai a resina para os detalhes complexos do molde e evita a captura de ar, assegurando um enchimento completo.
- Curagem: O molde preenchido é transferido para um forno onde o calor acelera o processo de curagem da resina, solidificando a peça.
- Desmoldamento e acabamento: Após o curado, o molde de silicone é aberto e a parte final é removida.podem ser aplicados para obter o acabamento desejado.
| Passo | Descrição | Considerações fundamentais |
| Criação de padrões | Produção de um modelo mestre através de impressão CNC ou 3D. | O acabamento e a precisão da superfície são críticos. |
| Fabricação de mofo | Criando um molde de silicone em torno do padrão mestre. | A escolha do silicone afeta a vida do mofo e a captura de detalhes. |
| Fusão de resina | Despejar resina PU preparada no molde sob vácuo. | O vácuo elimina bolhas para peças sem defeitos. |
| Curagem | Aquecer o molde para solidificar a resina. | O tempo e a temperatura dependem da resina utilizada. |
| Desmoldamento | Remover a parte curada do molde de silicone. | É preciso ter cuidado para não danificar o molde ou a peça. |
Principais considerações de projeto para a fundição a vácuo
A concepção de peças para fundição a vácuo requer atenção a vários fatores para garantir a qualidade e a fabricabilidade:
- Ângulos de calado: Incorpore ligeiros ângulos de calado (normalmente 1-3°) nas paredes verticais para facilitar a desmoldagem mais fácil e evitar danos à peça ou ao molde de silicone.
- Subcortes: Embora os moldes de silicone flexíveis possam acomodar alguns subcortes, os subcortes complexos ou severos podem complicar o desmoldamento e reduzir a vida do molde.Pode ser necessário um design cuidadoso ou a segmentação do molde.
- Espessura da parede: Manter a espessura da parede uniforme sempre que possível para promover o resfriamento uniforme e evitar defeitos como deformações ou marcas de afundamento.
- Tamanho e volume da peça: a fundição a vácuo é geralmente adequada para peças de pequeno a médio porte.O limite de tamanho prático é muitas vezes determinado pela capacidade da câmara de vácuo e pela disponibilidade de equipamentos.
- Enchimento e ventilação do molde: projetar a geometria da peça e planejar os locais da porta (onde a resina entra) e da abertura (onde o ar escapa) para garantir um fluxo suave e completo de resina em todas as áreas do molde.
Vantagens e limitações da fundição a vácuo
Entender os prós e contras da fundição a vácuo é crucial para a seleção do processo de fabricação correto.
Vantagens:
- Alta qualidade e detalhes: Produz peças com excelente acabamento da superfície, detalhes finos e boas propriedades mecânicas, imitando de perto os materiais finais de produção.
- Eficiência de custos para baixos volumes: ideal para pequenos lotes (normalmente 15-25 peças por molde) sem o alto custo dos moldes metálicos usados na moldagem por injeção.
- Variedade de materiais: Existe uma ampla gama de resinas de poliuretano, que simulam as propriedades de vários plásticos (ABS, PP, PC), borracha ou mesmo materiais transparentes como PMMA.
- Prototipagem rápida: Rápida resposta em comparação com métodos de fabricação tradicionais, como moldagem por injeção, permitindo iterações e validação de projetos rápidos.
Limitações:
- Vida útil limitada do molde: os moldes de silicone se degradam com o uso, geralmente produzindo cerca de 15-25 peças de alta qualidade antes da substituição ser necessária, tornando-os inadequados para produção de grande volume.
- Limitações do material: Embora as resinas PU sejam versáteis, sua resistência térmica e química pode nem sempre corresponder à dos termoplásticos de grau de engenharia usados na moldagem por injeção.
- Limitações de tamanho: o tamanho das peças é limitado pelas dimensões da câmara de vácuo e pela capacidade do equipamento disponível.
- Tempo de execução inicial: a criação do padrão mestre e do molde de silicone adiciona tempo inicial antes que a fundição possa começar.
| Aspectos | Fusão a vácuo | Moldagem por injecção | Impressão 3D (SLA/SLS) |
| Melhor para | Lotes de baixo volume, protótipos de alta qualidade | Produção em massa | Geometrias complexas de volume muito baixo |
| Custo das ferramentas | Baixo (mofo de silicone) | Alto (molas de aço/alumínio) | Nenhum |
| Custo da parte (volume baixo) | Baixo | Alto | Médio |
| Custo da peça (vol. alto) | Impraticável | Muito baixo | Médio a Alto |
| Seleção de material | Bom (variedade de resinas PU) | Excelente (uma ampla gama de termoplásticos) | Limitado (dependente de polímeros) |
| Tempo de execução | Médio | Longos (para ferramentas) | Curto |
| Finalização da superfície | Excelente. | Excelente. | De bom a muito bom |
Aplicações da fundição a vácuo em diversas indústrias
A fundição a vácuo é amplamente adotada em vários setores por sua versatilidade e capacidade de produzir peças funcionais e esteticamente agradáveis.
Projeto e prototipagem de produtos: amplamente utilizado para criar protótipos funcionais para verificação de design, testes de usuários e validação de mercado antes de se comprometer com ferramentas de produção caras.
Indústria Automóvel: Produz componentes duráveis e leves para testes, modelos conceituais e produção em pequenos lotes de acabamentos internos, carcaças e peças funcionais.
Setor aeroespacial: Fabrica peças de alta precisão com propriedades de material semelhantes aos produtos finais, utilizadas para ensaios e aplicações personalizadas de baixo volume.
Dispositivos médicos: cria componentes biocompativeis e esterilizáveis para prototipagem, testes e produção limitada em pequena escala, incluindo equipamentos e guias cirúrgicos.
Eletrônicos e bens de consumo: Ideal para a produção de modelos conceituais e peças de uso final com elevados requisitos estéticos para eletrônicos, aparelhos e outros produtos de consumo.
Tendências e inovações futuras na fundição a vácuo
O panorama da fundição a vácuo continua a evoluir com várias tendências emergentes:
Materiais avançados: desenvolvimento em curso de novas resinas PU com propriedades melhoradas, como temperaturas de deflexão térmica mais elevadas, estabilidade UV melhorada, maior biocompatibilidade,e características especializadas como retardância de chama.
Automação e controle de processos: Aumento da integração de sistemas de automação para mistura, fundição e desmoldagem de resinas para melhorar a eficiência, a consistência e reduzir os custos de mão-de-obra.
Sustentabilidade: Cada vez mais foco no uso de materiais e processos mais ecológicos, incluindo resinas recicláveis ou biológicas e estratégias para prolongar a vida útil do molde ou reciclar silicone.
Fabricação híbrida:Combinar a fundição a vácuo com outras tecnologias como a impressão 3D para criar padrões mestres complexos ou inserir componentes impressos em 3D diretamente em moldes para aumentar a funcionalidade.
