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HYBRIDMOULD 21 - PASSAR DE UM CONCEITO DE MOLDE PARA A REALIDADE HYBRIDMOULD 21 – FROM A MOULD CONCEPT TO REALITY
A.S. Pouzada(1), P.G. Martinho(2), A.M. Brito(1), P.Gago(3), R. Soares(4) IPC – Instituto de Polímeros e Compósitos/I3n, Universidade do Minho, 4800-058 Guimarães ESTG – Instituto Politécnico de Leiria, Morro do Lena, Alto do Vieiro, 2411-901 Leiria (3) Moliporex, Estrada de Leiria Nº 208, Embra, 2431-967 Marinha Grande (4) Centimfe, Rua de Espanha, Zona Industrial, 2431-904 Marinha Grande (1)
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Abstract The Hybridmould 21 project was devised to develop an engineering solution for large plastic parts in small series, aiming at to consolidating the knowledge developed during the last decade in the field of hybrid moulds. Furthermore it was expected to acquire new knowledge to enhance the competitiveness of the companies involved. The
Resumo O projeto Hybridmould 21, para o desenvolvimento de uma solução de engenharia para peças plásticas de grandes dimensões em pequenas séries, visa consolidar os conhecimentos desenvolvidos durante a última década no domínio dos moldes híbridos, e adquirir novos conhecimentos para aumentar a competitividade das empresas envolvidas. O projeto tem em vista indústrias que produzem
project is aimed at industries that produce large parts, such as Automotive, Aeronautics, Urban Furniture, among others. The project consortium has 3Dtech as the promoter, the Moliporex as the co-promoter, and the University of Minho and Centimfe as partners of the National Scientific and Technological System. Each partner plays a role related to their competences. Among the planned activities are the study and development of moulds and moulding blocks, study and
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peças de grandes dimensões, tais como a Indústria Automóvel, Aeronáutica, de Mobiliário Urbano, entre outras. O consórcio do projeto tem a 3Dtech como entidade promotora, a Moliporex, como entidade copromotora, e a Universidade do Minho e o Centimfe, como parceiros do Sistema Científico e Tecnológico nacional. Cada parceiro desempenha um papel relacionado com as suas valências. Entre as atividades desenvolvidas estão o estudo e desenvolvimento de blocos moldantes e moldações, estudo e caracterização de novos materiais, instrumentação de processos e produtos, realização de protótipos através de técnicas de Fabrico Aditivo (Additive Manufacturing), estudos e simulações CAE, introdução de novos materiais em base de dados, entre outras. O arranque dos trabalhos foi em Junho de 2010 e decorrerão até Novembro de 2012. Nesta comunicação são apresentados os resultados e os avanços tecnológicos no campo dos moldes híbridos. O projeto Hybridmould 21 e todos os seus desenvolvimentos e atividades relacionadas podem ser consultadas no website do projeto em http://www.hybridmould21.com/.
1 Introdução
E
m 2002 a Moliporex com a Universidade do Minho, o IPLEI e o Centimfe iniciaram o projeto ‘Hibridmolde’ para investigação no domínio de moldes híbridos. Com este projeto procurouse otimizar o comportamento estrutural e térmico de moldes híbridos; explorar a aplicabilidade de processos tecnológicos convencionais às novas resinas epoxídicas utilizadas em RPT; e desenvolver soluções conceptuais e de metodologias de projeto para moldes híbridos (Pontes, Gago et al. 2005). O desenvolvimento do projeto ‘Hibridmolde’, explorando três cadeias de produção de fabrico rápido de ferramentas (RPT): resinas vazadas, deposição por jacto metálico e sinterização seletiva de pós metálicos, demonstrou a viabilidade da solução. O conceito de molde híbrido fora anunciado como uma alternativa nova para a indústria de moldes confronta-da com a necessidade de desenvolver ferramentas para pequenas séries de peças de grandes dimensões (Saraiva, Lima et al. 1999). Desde então a investigação dos aspetos relacionados com a implementação de moldes híbridos tem sido inten-sa e demonstrativa de que é que possível passar-se à fase de implementação industrial (Pouzada 2009). O projeto Hybridmould 21 para o ‘Desenvolvimento de uma solução de engenharia para peças plásticas de grandes dimensões em pequenas séries’ visa consolidar os conhecimentos desenvolvidos durante a última década no domínio dos moldes híbridos, assim como a aquisição de novos conhecimentos de forma a aumentar a competitividade das empresas envolvidas. Este projeto destina-se a indústrias que produzem peças de grandes dimensões, tais como a Indústria Automóvel, Aeronáutica, de Mobiliário Urbano, entre outras. Este projeto está a ser desenvolvido pela 3DTech como entidade promotora, a Moliporex, como entidade copromo-tora e a Universidade do Minho e o Centimfe, como restantes parceiros. Cada parceiro desempenha um papel relacionado com as suas valências. Entre as ati-
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characterization of new materials, processes and in-strumentation products, prototyping through additive manufacturing techniques, CAE and simulation studies, introduction of new materials in software databases, among others. The start of the work was in June 2010 and it will run until November 2012. This communication presents the results and technological advances in the field of hybrid moulds. The project Hybridmould 21 and all its developments and related activities can be found at the project website in http://www.hybridmould21.com/.
1 Introduction
I
n 2002 Moliporex with the University of Minho, IPLEI and Centimfe started the project 'Hibridmolde' for industrial development into hybrid moulds. With this project it was tried to optimize the structural and thermal behaviour of hybrid mould; explore the applicability of conventional technological processes to the new epoxy resins used in metal RPT, and develop conceptual solutions and design methodologies for hybrid moulds (Pontes, Gago et al. 2005). The development of the project 'Hibridmolde', exploring three production chains for rapid prototyping and tooling tools (RPT): resin casting, metal spray deposition, and selective metal sinter-ing of metallic powders, demonstrated the feasibility of the solution. The hybrid mould concept was announced as a new alternative for the mould industry faced with the need to develop tools for small series of large dimension parts (Saraiva, Lima et al. 1999). Since then the investigation of aspects related to the implementation of hybrid moulds has been intense and showing that it is possible to pass to the phase of industrial implementation (Pouzada 2009). The Hybridmould 21 project for 'Development of an engineering solution for large plastics parts in small se-ries' aims to consolidate the knowledge developed during the last decade in the field of hybrid moulds as well as the acquisition of new knowledge in order to increase the competitiveness of the companies involved. This project is aimed at industries that produce large parts, such as Automotive, Aeronautics, Urban Furniture, among others. It is being developed by 3DTech as the promoter, the Moliporex as co-promoter, and the Uni-versity of Minho and Centimfe as the other partners. Each partner plays a role related to their valences. Among the planned activities there are the study and development of moulds and moulding blocks, the study and characterization of new materials, processes and product instrumentation, rapid prototyping through Additive Manufacturing, CAE and simulation studies, introduction of new materials in software databases, among others. The project was started in June 2010 and its completion is planned for November 2012. At this stage, there are already results and technological advances in the field of hybrid moulds. The project Hybrid-mould 21 and all its developments and related activities can be found at the project website http://www.hybrid mould21.com/.
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vidades desenvolvidas estão o estudo e desenvolvimento de blocos moldantes e moldações, estudo e caracterização de novos materiais, instrumentação de processos e produtos, realização de protótipos através de técnicas de Fabrico Aditivo (Additive Manufacturing), estudos e simulações CAE, introdução de novos materiais em base de dados, entre outras. O projeto teve arranque em Junho de 2010 e tem como término o mês de Novembro de 2012. Nesta fase, serão apresentados os resultados e os avanços tecnológicos no campo dos moldes híbridos. O projeto Hybridmould 21 e todos os seus desenvolvimentos e atividades relacionadas podem ser consultadas no website do projeto http://www.hybridmould21.com/.
2 O projeto
2.1 Enquadramento científico-tecnológico Rapid Prototyping and Tooling O conceito de molde híbrido apareceu associado à disponibilidade de processos de prototipagem rápida que foram, desde a sua emergência, aplicados ao fabrico rápido de ferramentas (Karapatis, Griethuysen et al. 1998). Neste projeto são exploradas a Maquinação a Alta Velocidade (HSM), que é um processo de fabrico subtrativo, e tecnologias de fabrico aditivo por camadas: Selective Laser Sintering (SLS) - Sinterização Seletiva por Laser; Fused Deposition Modeling (FDM) ou Moldação por Deposição de Material e a tecnologia de Polyjet (Polymer Jetting Technology).
F1 – Maquinação do master Machining of the master
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2 The project
2.1 The scientific and technological context Rapid Prototyping and Tooling The hybrid mould concept appeared associated with the availability of rapid prototyping processes that, since their emergence, have been applied to the rapid manufacture of tools (Karapatis, Griethuysen et al. 1998). In this project are being explored the High Speed Machining (HSM), which is a subtractive manufacturing proc-ess, and layer additive manufacturing technologies: Selective Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM) or moulding by material deposition, and the technology PolyJet (Polymer Jetting technology). HSM was applied using a machining centre Makino V55 to produce the master to manufacture a silicone mould (Fig. 1). This master will serve to produce a moulding block in epoxy composite for preliminary stud-ies. The subtractive techniques are frequently used for making models of products in development, but also and increasingly for the production of small series (Bernard and Fischer 2002). The use of the various RP processes depends largely on the required surface quality of parts. In Figure 2 it is illustrates the effect of these processes applied to one of the parts of this project.
Structural foams A hybrid mould is only economically competitive if substantially lighter than a conventional mould. In conventional moulds, its robustness and
FDM Rugosidade elevada High roughness
SLS Rugosidade média Average roughness
Polyjet Rugosidade baixa Low rougness
HSM Sem rugosidade significativa Without significant roughness
F2 – Efeito do processo de prototipagem rápida na rugosidade das peças Effect of the rapid prototyping process in the roughness
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F3 – Peça em desenvolvimento com espumas estruturais Part being designed with structural foams
HSM foi aplicada usando um centro de maquinação Makino V55 para produzir o master para a execução de um molde em silicone (Fig. 1). Este molde servirá para produzir o bloco moldante de um molde em resina epoxídica para estudos preliminares. As técnicas subtrativas são mais frequentemente usadas para a execução de modelos de peças em desenvolvimento, mas também e cada vez mais para a produção de pequenas séries (Bernard and Fischer 2002). A utilização dos vários processos de RP depende muito da qualidade superficial das peças que se deseja obter. Na Fig. 2 exemplifica-se o efeito destes processos aplicado a uma das peças deste projeto.
Espumas estruturais Um molde híbrido só será competitivo economicamente se for substancialmente mais ligeiro que um molde convencional. Nestes moldes, a sua robustez e os materiais que são usados resultam das pressões associadas normalmente ao funcionamento dos moldes de injeção, e implicam a utilização de aços de liga, que têm custo e implicações de maquinação importantes. Se o processo de moldação se desenvolver com pressões reduzidas será possível equacionar soluções aligeiradas, com a dos moldes híbridos. Uma das variantes do processo de moldação por injeção que satisfaz estes requisitos é a moldação de espumas estruturais, conhecida desde os anos 70. As espumas estruturais são obtidas por moldação por injeção a baixa pressão e normalmente apresentam uma estrutura complexa com três camadas: duas cascas sólidas e um núcleo celular (Tovar-Cisneros, González-Núñez et al. 2008). A formação das espumas estruturais resulta da fase gasosa dispersa que deriva do agente expansor que se mistura com o polímero. Na moldação de espumas estruturais desenvolve-se uma pressão na impressão que varia entre 1.4 to 4 MPa (contra os 40 MPa da moldação por injeção convencional). Este processo adequa-se bem a peças espessas, entre 4 e 9 mm (Malloy 1994), e permite a obtenção de peças mais leves entre 5 e 30% (Rosato, Rosato et al. 2000). A estrutura casca/núcleo poroso é ideal para o funcionamento das peças em flexão e permite a redução do nível de tensões residuais que são um problema em peças espessas de grandes dimensões (Tovar-Cisneros, González-Núñez et al. 2008). Este cenário aponta para as es-
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F4 – Conceito de molde híbrido para espumas estruturais Concept of hybrid mould to structural foams
F5 – Bloco moldante para o estudo da morfologia de espumas estruturais Moulding block for the study of the structural foam morphology
the materials that are used typically are adequate to the pressures associ-ated with the injection mould operation, and involve the use of alloy steels, which have important cost and machining implications. If the moulding process develops with reduced pressures it will be possible to con-sider lighter mould solutions, as the hybrids moulds. A variant of the injection moulding process that satisfies these requirements is the moulding of structural foams, known since the 70s. The structural foam is obtained by injection moulding at low pressure and typically develops into a complex structure with three layers: two solid skins and a cellular core (Tovar-Cisneros, González-Nunez et al. 2008). The formation of structural foams results from the dispersion of a gaseous phase, which derives from the blowing agent which is mixed with the polymer. In the moulding foams structural the pressure that develops in the impression varies between 1.4 to 4 MPa (compared to 40 MPa in conventional injection moulding). This process is well suited to thick parts, between 4 and 9 mm (Malloy 1994), and allows obtaining lighter parts between 5 and 30% (Rosato, Rosato et al. 2000). The skin / porous core structure is ideal for the operation of parts in flexion and allows the reduction of the level of residual stresses that are a problem in large thick pieces (Tovar-Cisneros, González-Núñez et al. 2008). This scenario points to the structural foams as an interesting solution for products with bending stiffness, reduced weight/stiffness ratio, reduced production cost, dimensional stability and low tendency to warp. There are problems such as increased cycle time, worse surface finish or gas emissions during processing, which should be considered in the development of product design Barzegari and Rodrigue 2009). In this project, the use of structural foam is being developed for the production of a large component of urban furniture.
Concept of the mould What characterize a hybrid is its lightweight structure and the set of moulding blocks (core and cavity) which are obtained by rapid manufacturing techniques. In this project the mould will incorporate a solution that will allow it to function with moulding blocks for various parts, and the possibility of operation with a conven-tional injection moulding machine or a press to which an injection unit can be attached (Fig. 4).
Technological implications In spite of its economic interest the use of structural foams with the
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movable plate
Interchanged moud insert
F6 – Bloco moldante para o estudo da moldabilidade de espumas estruturais Moulding block for the study of the mouldability of structural foams
pumas estruturais como uma solução interessante para produtos com rigidez em flexão, reduzida relação peso/rigidez, reduzido custo de produção, estabilidade dimensional e pequena tendência para o empenamento. Existem problemas como o maior tempo de ciclo, pior acabamento superficial ou a emissão de gases durante o processamento, que devem ser considerados no desenvolvimento do projeto do produto (Barzegari and Rodrigue 2009). Neste projeto, a aplicação de espumas estruturais está a ser desenvolvida para a produção de uma peça grande de mobiliário urbano.
F7 – Molde laboratorial, a) lado da extração; b) lado da injeção Laboratory mould, a) extraction side b) injection side
injection moulding process, has not been the object of development to permit predicting the injection process with simulators as Moldflow, for example. Nor is there information available that allows the prediction of pressures that develop in the foam expan-sion phase after the injection into the mould, as it happens already with a proprietary type of cellular mouldings, MuCell (Martinez, Aznar et al. 2011). This information is important for the mechanical design of the mould in order to ensure its structural integrity in use. Therefore, in this project is contemplated a develop-ment phase for assessing the effect of adding the blowing agent in the melt and the evolution of pressure dur-ing the injection cycle.
Conceito de molde O que caracteriza um molde híbrido é a sua estrutura aligeirada e o conjunto de blocos moldantes (bucha e cavidade) que são obtidos por técnicas de fabrico rápido. Neste projeto o molde vai incorporar uma solução que irá permitir o seu funcionamento com blocos moldantes para várias peças, além da possibilidade de funcionamento quer numa injetora convencional, quer numa prensa a que se poderá acoplar uma unidade de injeção (Fig. 4).
Implicações tecnológicas A utilização de espumas estruturais com o processo de moldação de injeção, apesar do seu interesse económico, não tem sido objeto de desenvolvimento que permita a previsão do funcionamento do processo em simuladores de injeção, como o Moldflow, por exemplo. Também não existe informação disponível que permita a previsão das pressões que se desenvolverão na fase de expansão da espuma após a injeção no molde. Esta informação é importante para o projeto mecânico do molde de forma a garantir a sua integridade estrutural em funcionamento. Por isso, neste projeto é contemplada uma fase de desenvolvimento em que se avalie a influência da adição do agente expansor no fundido e a evolução da pressão durante o ciclo de injeção.
2.2 Planned activities The project Hybridmould 21 extends from the definition of the production chain to the study of the business model for a production unit of large parts with hybrid moulds. During the project that will last about three years, it is planned to develop the mould concept, defining the shape geometries to be moulded, analysing the economic viability of PR techniques for the production of moulding blocks, and choosing the instrumentation to be attached to monitor and guarantee the safety of the moulds. Also there are planned studies for materials suitable for moulding blocks, and the rheological characterization of structural foam for implementation in the Moldflow software. The technological aspects that develop in the moulding of structural foams will be exam-ined with a laboratory scale mould with instrumentation for the assessment of temperature, pressure and forces which develop during the expansion. In order to evaluate the production of a typical part (Fig. 2) it will be developed a production prototype mould for implementation with a pilot unit, which will produce parts for mechanical and dimensional evaluation.
3 Some results 2.2 Atividades previstas O projeto Hybridmould 21 desenvolve-se desde a definição da cadeia
The project is being developed by resorting to the technical staff of the companies in the consortium and to research fellows at the Masters level to be appointed in the scope of the project.
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de produção até ao estudo do modelo de negócio para uma unidade de produção de peças de grandes dimensões com moldes híbridos. Durante o proje-to que durará cerca de 3 anos estão previstos o desenvolvimento do conceito de molde, a definição das geometrias a moldar, a análise de técnicas de PR economicamente viáveis para a produção de blocos moldantes, e a instrumentação a associar aos moldes para controlo e segurança de moldes. Também se estudarão materiais adequados para blocos moldantes, será feita a caracterização de espumas estruturais com vista à implementação em Moldflow. Os aspetos tecnológicos que se desenvolvem na moldação de espumas estruturais serão analisados com um molde à escala laboratorial com instrumentação para a avaliação de temperaturas, pressões e forças que se desenvolvem durante a expansão. Com vista à avaliação da produção de uma peça tipo (Fig. 2) vai ser desenvolvido um molde-protótipo de produção para implementação com uma unidade piloto de produção, que produzirá peças para avaliação dimensional e mecânica.
3 Alguns resultados O projeto está a desenvolver-se com recurso aos quadros do consórcio mas também a bolseiros de investigação ao nível de mestrado.
3.1 Moldes de caracterização O estudo das características morfológicas e físicas de peças moldadas em espumas estruturais e dos aspetos tecnológicos associados ao funcionamento de moldes híbridos com espumas estruturais é feito com dois moldes de injeção que usam blocos moldantes para a produção de discos que permitem a observação detalhada do desenvolvimento da estrutura celular (Fig. 5) e da moldabilidade de peças com detalhes geométricos e características que estão incorporadas na peça a produzir com o molde-piloto (Fig. 6). O molde laboratorial para o estudo da moldabilidade de espumas estruturais (Fig. 7) incorpora soluções tecnológicas únicas que permitem a medição da força de expansão e das pressões desenvolvidas durante o processo.
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3.1 Mould characterization The study of morphological and physical characteristics of moulded structural foam parts, as well as the technological aspects of the operation of the hybrid moulds is made with two injection moulds using moulding blocks for the production of discs that allow the detailed observation of the development of the cellular struc-ture (Fig. 5) as well as the mouldability of parts with geometric details and features that are incorporated in the prototype part to be produced in the pilot plant (Fig. 6) The laboratory mould to study the mouldability of structural foams (Fig. 7) incorporates unique technological solutions enabling to measure the force of expansion and pressures developed during the process.
3.2 Scientific and technologicaldevelopments The work so far has allowed having a better perception of how morphology develops and as structural foam is affected by processing conditions (Esteves, Pouzada et al. 2011). An example is shown in Figure 8 which shows the microstructure of a disk moulded in polypropylene with the moulding block of Fig 5. It has also been possible to notice that the critical pressure in the moulding of structural foams is the maxi-mum reached during the injection phase, as observed in studies with the mould for mouldability studies. In Figure 9 it is shown an example of and pressure expansion force traces when moulding of PP structural foam (Nogueira, Martinho et al. 2011). Another aspect that has been studied was the production of prototypes by additive manufacturing, such as SLS, using equipment with capacity lower than the size of the object and seeking to minimize the surface porosity. The solution involves gluing section of the part which were obtained with a SinterStation 2500 ma-chine (Figure 10) and subjected to subsequent painting.
3.3 Scientific production The scientific impact of this project is already associated with the presence at international conferences such as the ‘VRAP 2011’, Leiria, or the ‘Materials 2011’, in Guimarães, but also the conclusion of two master's theses at the University of Minho, a reference institution in Polymer Engineering. In addition, it is projected to present more results in the in-
F 8 – Efeito da percentagem de agente expansor na morfologia de uma espuma estrutural de PP em molde híbrido Effect of the percentage of blowing agent on the morphology of a PP structural foam using a hybrid mould
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F9 – Evolução da pressão na impressão e da força de expansão na moldação de uma espuma estrutural de PP. Evolution of pressure in the impression and expanding force in moulding PP structural foam
3.2 Desenvolvimentos científico-tecnológicos Os trabalhos desenvolvidos permitiram já ter uma melhor perceção da forma como se desenvolve a morfologia de uma espuma estrutural e como é afetada pelas condições de processamento (Esteves, Pouzada et al. 2011). Um exemplo é o da Figura 8 que mostra a microestrutura de um disco moldado com o bloco moldante da Fig. 5 em polipropileno. Também foi já possível perceber que a pressão crítica na moldação de espumas estruturais é a que se atinge na fase de injeção, como se observou em estudos com o molde para os estudos de moldabilidade. Na Figura 9 mostra-se um exemplo dos sinais de pressão e de força de expansão durante a moldação de espuma estrutural de PP (Nogueira, Martinho et al. 2011). Outro aspeto que foi estudado foi a obtenção de protótipos por tecnologias aditivas, como a SLS, em equipamentos com capacidade inferir à dimensão do objeto e de forma a minimizar a porosidade superficial. A solução passa pela colagem de secções obtidas numa máquina SinterStation 2500 (Figura 10) e posterior pintura.
3.3 Produção científica O impacto científico deste projeto está desde já associado à presença em conferências internacionais como a VRAP 2011, em Leiria, ou a Materiais 2011, em Guimarães, mas também à conclusão de duas teses de mestrado na Universidade do Minho, instituição de referência na Engenharia de Polímeros. Para além disto, projeta-se a apresentação de mais resultados em conferências internacionais como a PMI 2012, em Ghent, Bélgica e a estruturação de publicações de maior fôlego a submeter a revistas científicas de prestígio.
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F10 – Etapas de colagem da peça Steps in the part gluing
ternational conferences ‘PMI 2012’, Ghent, Belgium, and the preparation of publications of greater importance to be submitted to prestigious scientific journals.
4 Industrial Innovation 4.1 A challenging product The case-study in the project Hybridmould 21 is associated with a totally different and innovative concept, beyond the form-function and energizing the importance of emotions and relationship between people and objects. Inspired by nature and its elements, the concept transports the audience to environments that recovers its lost connection and closeness with the environment. A return to origins, supported by the revival of the interest for natural things, a vital need in this growing urban context, fast and technical but also a fun side which needs to be recovered in our lives, more and more serious, full of rules, schedules and concerns. In the project Hybridmould 21 products without direct competition will be developed because they differ from existing products on the market in non-plastic materials, but for their aesthetic and formal characteristics with the same function. This differentiation is achieved by the application of new processes and materials that enable the production of small batches of pieces of medium/large size, thick-walled and characterized by lightness and resistance characteristics according to the application. The flexibility in the selection of materials, technologies and innovative manufacturing methods, drive the design methodology to a wide range of possibilities and new interpretations that result in new and challenging products, now and in the future.
4 Inovação industrial 4.1 Um produto desafiador
4.2 How to implement a hybrid mould solution
O caso de estudo do projeto Hybridmould 21 está associado a um conceito totalmente diferenciador e inovador, ultrapassando a formafunção e vigorizando a importância das emoções e da relação das
For the specifications of this project solutions have been explored that lead either to the rapid manufacturing of the tools or prototypes. In this context, it was developed a solution framed in the concept of hybrid moulds
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pessoas com os objetos.
for large size parts (≥1 m2 of projected area), based primarily on:
Inspirado na natureza e nos seus elementos, transporta o públicoalvo para ambientes que recuperam a sua ligação e proximidade perdida com o meio ambiente. Um regresso às origens, suportado pelo renascer do interesse por motivos naturais, uma necessidade vital, neste crescente contexto urbano, rápido e tecnológico mas também, um lado fun que urge recuperar nas nossas vidas, cada vez mais sérias, cheias de regras, horários e preocupações.
- Standard and flexible structure, allowing a rapid exchange of moulding blocks;
- Tool with functional systems suitable for the production of structural foam parts.
No projeto Hybridmould 21 serão desenvolvidos produtos sem concorrência direta uma vez que se diferen-ciam de produtos existentes no mercado em materiais não plásticos, mas, pelas suas características estético-formais com a mesma função.
It is important to identify the type of the mould in the definition of functional systems such as the injection, cooling and ejection. In the extraction side, the specifications of the movements for the extraction of parts are relevant.
Esta diferenciação é conseguida pela aplicação de novos processos e materiais que viabilizam a produção de pequenas séries de peças de média/grande dimensão, de paredes espessas porém, caracterizadas pela leveza e por padrões de resistência de acordo com a aplicação.
The development of the final solution will still be based on the implementation of procedures and knowledge gained from studies conducted at the laboratory scale, and the preparation and adaptation of the moulding blocks to the structure.
A flexibilidade de seleção de materiais, tecnologias e métodos de fabrico inovadores, encaminham a metodologia de design para uma vasta gama de possibilidades e novas interpretações que resultam em novos e desafiadores produtos, agora e no futuro.
4.3 A business model with hybrid moulds
4.2 Como implementar uma solução de moldes híbridos Para os requisitos deste projeto têm-se explorado soluções que conduzem quer a construção rápida das ferramentas quer dos protótipos. Neste contexto, desenvolveu-se uma solução enquadrada no conceito de molde híbrido para peças de grandes dimensões ( ≥ 1 m2 de área projetada), baseada fundamentalmente em: - estrutura standard e flexível, que permita uma troca rápida dos blocos moldantes; - blocos moldantes produzidos em materiais alternativos e por técnicas de fabrico rápido; - molde dotado de sistemas funcionais adequados à produção de peças em espumas estruturais. É importante a identificação da tipologia do molde na definição dos sistemas funcionais como a injeção, o arrefecimento e a ejeção. No lado da extração, são relevantes as especificações dos movimentos para a extração das peças. O desenvolvimento da solução final terá ainda por base a implementação de procedimentos e conhecimentos adquiridos nos estudos efetuados no molde à escala laboratorial e a preparação e adaptação dos elementos moldantes à estrutura.
4.3 Um modelo de negócio com moldes híbridos A agressividade concorrencial e procuras crescentes de artigos personalizados, associados à redução do time-to-market e do ciclo de vida do produto, têm obrigado a indústria portuguesa de moldes a aproximar-se de um paradigma de produção em pequenas séries. Este novo paradigma, orientado para o cliente, traz desafios e exige soluções inovadoras à indústria, quer ao nível de organização do processo produtivo e das tecnologias, quer ao nível de sistemas de planeamento e controlo da produção.
- Moulding blocks produced in alternative materials and using rapid manufacturing techniques;
The aggressive competition and growing demands for personalized items, associated with reduced time-to-market and product life cycle, have forced the Portuguese mould industry approaching a paradigm of small series production. This new customer-oriented paradigm poses challenges to and requires innovative solutions by the industry, both in terms of the organization of production processes and technologies, and of planning systems and production control. The development and substantiation of new business models fully differentiated and supported in new scenar-ios of industrialization, is assumed fundamental. In this project a Business Model adjusted to this new reality is being developed. The model will be rigorously tested in the context of the project, and would provide a wide range of guidelines and industrial and business formats.
Conclusions The project Hybridmould 21 can be seen as a challenge that the Portuguese industry in collaboration with the National scientific and technological system are facing in order to find solutions for the production of precise and large size plastics parts, at competitive prices. This project is underway with the support of the QREN programme and strong commitment of a research centre of excellence, the Institute for Polymers and Compos-ites, University of Minho. Its completion is scheduled for late 2012 with the holding of a symposium open to industrial and scientific communities.
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Referências | References Barzegari, M. R. and D. Rodrigue (2009). "The Effect of Injection Molding Conditions on the Morphology of Polymer Structural Foams." Polymer Engineering and Science 49, 5: 949-959. Bernard, A. and A. Fischer (2002). "New Trends in Rapid Product Development." CIRP Annals - Manufacturing Technology 51(2): 635-652. Esteves, F. R., A. S. Pouzada, et al. (2011). Formulation and characterization of polypropy-
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O desenvolvimento e consubstanciação de novos modelos de negócio, totalmente diferenciados e suportados em novos cenários de industrialização, assume-se fundamental. Neste projeto está a ser desenvolvido um Modelo de Negócio ajustado a esta nova realidade. O modelo vai ser rigorosamente testado no âmbito do projeto, estando previsto um vasto conjunto de orientações e de formatações industriais e empresariais.
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lene structural foam for large parts. 6th Int Materials Symposium - 15º Enc. Soc. Port. Mat. Guimarães, Portugal. Karapatis, N. P., J. P. S. v. Griethuysen, et al. (1998). "Direct rapid tooling: a review of current research " Rapid Prototyping Journal 4(2): 77-89. Malloy, R. A. (1994). Plastic part design for injection molding: An introduction. New York, Hanser Publishers. Martinez, A., J. Aznar, et al. (2011). "Effect of cavity surface coating and molding parameters on pressure drop: Developing a new software for rapid calculations." Polymer Engineering & Science: n/a-n/a. Nogueira, A. A., P. G. Martinho, et al. (2011). A study on the mouldability of technical parts using hybrid moulds and structural foams. Innovative Developments in Virtual and Physical Prototyping. P. J. Bártolo. London, CRC Press/Balkema: 399-404.
Conclusões O projeto Hybridmould 21 pode ser visto como um desafio que a indústria portuguesa, em colaboração com o sistema científico e tecnológico nacional, estão a enfrentar no sentido de encontrar soluções para a produção de peças em plástico, com precisão e de dimensões grandes, a preços competitivos. Este projeto está a decorrer com o apoio do programa QREN e forte empenhamento de um centro de investigação de excelência, o Instituto de Polímeros e Compósitos da Universidade do Minho. A sua conclusão está prevista para o fim de 2012 com a realização de um Simpósio aberto às comunidades industrial e científica.
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