Como Se Faz

Conteúdo 1

Cortado do Sólido Cut from solid

12 Usinagem – Machining 15 Usinagem Controlada por Computador (CNC) – Computer Numerical Controlled (CNC) Cutting 18 Usinagem por Feixe de Elétrons (EBM) – Electron-Beam Machining (EBM) 20 Torneamento – Turning 23 Jiggering e Jollying 27 Corte a Plasma – Plasma-Arc Cutting

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Chapa Sheet

32 Usinagem Química – Chemical Milling 34 Corte por Estampagem – Die Cutting 36 Corte a Jato D'água – Water-Jet Cutting 38 Eletroerosão a Fio – Wire EDM (Electrical Discharge Machining) and Cutting 40 Corte a Laser – Laser Cutting 42 Corte por Chama de Acetileno – Oxyacetylene Cutting 44 Conformação de Chapas Metálicas – Sheet-Metal Forming 46 Slumping Glass 48 Repuxamento – Metal Spinning 51 Corte de Metal – Metal Cutting 53 Termoconformação – Thermoforming 56 Conformação a Quente de Alumínio – Superforming Aluminium 59 Conformação por Explosão – Explosive Forming 62 Metal Inflado – Inflating Metal 64 Compensado Encurvado – Bending Plywood 67 Conformação Tridimensional Profunda em Compensado – Deep Three-Dimensional Forming in Plywood 70 Prensagem de Compensado – Pressing Plywood

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Contínuo Continous

Calandragem – Calendering Filme Soprado – Blown Film Extrusão – Extrusion Pultrusão – Pultrusion Pulshaping™ – Pulshaping™ Conformação por Laminação em Rolos – Roll Forming 88 Estampagem Rotativa – Rotary Swaging 90 Tecelagem de Arame Pré-ondulado – Pre-Crimp Weaving 94 Corte de Folhas de Madeira – Veneer Cutting

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Fino e Oco Thin & Hollow

98 Vidro Soprado Artesanal – Glass Blowing by Hand 100 Vidro Trabalhado com Maçarico – Lampworking Glass Tube 102 Vidro Soprado e Moldagem por Sopro – Glass Blow and Blow Moulding 106 Vidro Prensado e Moldagem por Sopro – Glass Press and Blow Moulding 109 Moldagem por Sopro de Plástico – Plastic Blow Moulding 111 Injeção por Sopro em Plásticos – Injection Blow Moulding 114 Moldagem por Injeção com Extrusão – Extrusion Blow Moulding 116 Moldagem por Imersão – Dip Moulding 119 Rotomoldagem – Rotational Moulding 122 Colagem de Barbotina – Slip Casting 125 Conformação Hidrostática de Metais – Hydroforming Metal 128 Extrusão Reversa por Impacto – Backward Impact Extrusion 131 Moldagem de Papel – Moulding Paper Pulp 134 Moldagem por Contato – Contact Moulding 136 Processo de Infusão a Vácuo (VIP) – Vacuum Infusion Process (VIP) 138 Moldagem em Autoclave – Autoclave Moulding 140 Bobinagem Filamentar – Filament Winding 143 Fundição Centrífuga – Centrifugal Casting 146 Eletroconformação – Electroforming

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Em Sólido Into Solid

150 Sinterização – Sintering 152 Prensagem Isostática a Quente (HIP) – Hot Isostatic Pressing (HIP) 154 Prensagem Isostática a Frio (CIP) – Cold Isostatic Pressing (CIP) 156 Moldagem por Compressão – Compression Moulding 158 Moldagem por Transferência – Transfer Moulding 160 Moldagem de Espuma – Foam Moulding 163 Moldagem de Espuma em Casca de Compensado – Foam Moulding into Plywood Shell

166 Madeira Inflada – Inflating Wood 169 Forjamento – Forging 172 Forjamento de Pó – Powder Forging 174 Prototipagem em Fundição Precisa (pcPRO®) – Precise-Cast Prototyping (pcPRO®)

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Complexas Complex

178 Injeção – Injection Moulding 181 Injeção com Reação (RIM) – Reaction Injection Moulding (RIM) 183 Injeção Auxiliada por Gás – Gas-Assisted Injection Moulding 185 Moldagem com Inserto – Insert Moulding 188 Decoração no Molde – In-Mould Decoration 190 Decoração sobre o Molde – Over-mould Decoration 192 Injeção de Metais (MIM) – Metal Injection Moulding (MIM) 195 Fundição sob Alta Pressão – High-Pressure Die-Casting 198 Fundição de Precisão – Investment Casting 202 Fundição em Areia – Sand Casting 205 Prensagem de Vidro – Pressing Glass 208 Colagem de Barbotina Auxiliada por Pressão – Pressure-Assisted Slip Casting 210 Processamento Visco-plástico (VPP) – Viscous Plastic Processing (VPP)

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Avançado Advanced

214 Impressão a Jato de Tinta – Inkjet Printing 216 Contour Crafting (Impressora de Cimento) – Contour Crafting 218 Estereolitografia – Stereolithography (SLA) 222 Eletroconformação para Micromoldes – Electroforming for Micro-Moulds 224 Sinterização Seletiva a Laser (SLS) – Selective Laser Sintering (SLS) 227 Mandris Inteligentes para Bobinamento de Fios – Smart Mandrels™ For Filament Winding 229 Conformação Incremental de Chapa Metálica – Incremental Sheet-Metal Forming 234 Glossário 236 Créditos e Agradecimentos 237 Índice Remissivo

1: Cortad Sólido Cut from solid 12 15 18 20 23 27

Usinagem – Machining Usinagem Controlada por Computador (CNC) – Computer Numerical Controlled (CNC) Cutting Usinagem por Feixe de Elétrons (EBM) – Electron-Beam Machining (EBM) Torneamento – Turning Jiggering e Jollying Usinagem a Plasma – Plasma-Arc Cutting

o do O uso de ferramentas de corte para esculpir materiais Este capítulo engloba alguns dos mais antigos processos usados na fabricação de objetos e estes processos podem ser categorizados simplesmente pelo fato deles empregarem uma ferramenta para cortar, formar e remover material. De maneira crescente, a parte “brutal” destes processos é feita por máquinas automáticas, a partir de desenhos em CAD. Estas máquinas conseguem com pouco esforço cortar a maioria dos materiais, fornecendo uma nova possibilidade para a exploração da tecnologia de prototipagem rápida e para a substituição do artesão que deu vida a muitos produtos no decorrer da história.

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Cortado do Sólido: Usinagem

Rosqueamento é um processo que usa uma ferramenta afiada para criar os filetes de rosca interna a um furo anteriormente fabricado.

Furação e alargamento são operações de torno, (embora possam ser feitas em uma fresadora, furadeira ou à mão), mas que demandam ferramentas distintas.

Como nas outras operações feitas no torno, a peça de trabalho é fixada no centro de um cabeçote rotativo denominado “placa de castanhas”. Enquanto a furação é um processo direto para criar um orifício, o alargamento envolve o aumento do diâmetro de um furo preexistente,

1 Um arranjo muito simples para o fresamento de um bloco de metal. A ferramenta de corte, que se assemelha a uma broca com extremidade plana, pode ser vista sobre a peça fixada à morsa.

2 Montagem para uma operação de torneamento na qual o tubo metálico a ser usinado está fixado à placa de castanhas. A ferramenta está posicionada, pronta para fazer o corte.

– Muito versátil em termos de produção de formas diferentes.

– Pode ser aplicado virtualmente a qualquer material sólido.

– Alto grau de precisão.

conferindo um acabamento interno mais suave e é feito com uma ferramenta especial com diversas arestas cortantes.

Outros processos de usinagem incluem o fresamento e o brochamento.

O fresamento é feito por uma ferramenta rotativa, semelhante a uma broca, que é geralmente usada para cortar uma superfície metálica (embora possa ser usada com praticamente qualquer material sólido). Brochamento é o processo empregado na criação de furos, rasgos e outras características internas (tal como a forma interna de uma chave de fenda que foi forjada, veja p. 169).

– Pode ser lento.

– Peças podem ser restritas às dimensões padronizadas dos materiais usados.

– Baixa utilização do material devido ao que é desperdiçado no corte.

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Cortado do Sólido: Torneamento

1 A tigela está sendo torneada à mão, usando uma ferramenta metálica com determinado formato para conferir à peça um determinado perfil.

– Corridas de produção pequenas ou altas.

– Pode ser usado para uma série de materiais.

– Pode ter baixo custo de ferramental.

– Torneamento dinâmico produz peças de formato não arredondado numa única operação de torneamento.

2 Um pilão em cerâmica está sendo acabado usando uma ferramenta plana para este fim específico.

– No torneamento padrão, peças estão limitadas aos perfis circulares.

– No processo de torneamento dinâmico, o acabamento superficial fica comprometido pela profundidade do corte e número dos picos, ambos também contribuem para a redução de velocidade do processo.

2: Chapa Sheet 32 34 36 38 40 42 44 46 48 51 53 56 59 62 64 67 70

Usinagem Química – Chemical Milling Corte por Estampagem – Die Cutting Corte a Jato D’água – Water-Jet Cutting Eletroerosão a fio – Wire EDM (Electrical Discharge Machining) and Cutting Corte a Laser – Laser Cutting Corte por Chama de Acetileno – Oxyacetylene Cutting Conformação de Chapas Metálicas – Sheet-Metal Forming Slumping Glass Torneamento de Repuxo – Metal Spinning Corte de Metal – Metal Cutting Termoconformação – Thermoforming Conformação a Quente de Alumínio – Superforming Aluminium Conformação por Explosão – Explosive Forming Metal Inflado – Inflating Metal Compensado Encurvado – Bending Plywood Conformação Tridimensional Profunda em Compensado – Deep Three-Dimensional Forming in Plywood Pressagem de Compensado – Pressing Plywood

Componentes que iniciam suas vidas como material em chapas Nos últimos quinze anos, houve um aumento no número de produtos feitos de material em chapas. Talvez isto seja devido ao fato do ponto de partida ser um material pré-preparado, o que de alguma forma vai na direção de reduzir os custos de produção. Talvez seja por causa da eficiência em termos de custos das matrizes de corte ou mesmo à não existência de custos de ferramental para processos como a usinagem química.

Mas, no âmbito do mercado de massas, o corte por estampagem de um plástico tal como o polipropileno levou a uma variedade de novas embalagens, produtos de iluminação e mesmo em mobiliário de grande porte. Quiçá seja também devido à habilidade destes materiais serem cortados por um fabricante e, em seguida, dobrados à mão e montados pelo consumidor final, que tenham criado um atrativo.

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Chapa: Slumping Glass

Slumping Glass Slumping Glass

Neste processo, o vidro pode escorrer num molde para tomar uma determinada forma. Muitas pessoas sabem que uma chapa de vidro irá lentamente se deformar sozinha após um longo tempo.

Entretanto, o vidro precisa ser aquecido a altas temperaturas para que atinja o estado elástico e possa ser deformado em uma velocidade que valha a pena do ponto de vista econômico ou no mínimo mais rápido do que as centenas de anos que demoraria caso não fosse aquecido. Quando uma chapa de vidro rígido é colocada sobre um molde refratário (um molde feito de material resistente ao calor) dentro de um forno e aquecida até 630 oC, o vidro irá relaxar o suficiente até que se tome a forma

que será definitiva uma vez que o vidro seja resfriado.

Para conformar a mesa Fiam (aqui mostrada), uma chapa de vidro cristalino com 12 milímetros de espessura é inicialmente cortada. O processo controlado por computador emprega um jato d’água, misturado com um pó abrasivo, que flui a 1.000 metros por segundo através de um pequeno bocal.

Isto cria um jato forte o bastante para cortar qualquer material. Uma vez que as chapas planas forem cortadas, estão prontas para serem curvadas.

A chapa e o molde refratário devem ser levados à mesma temperatura crítica de fusão – mesmo a menor variação de temperatura pode resultar numa chapa quebrada. Na temperatura correta, o vidro está suficientemente relaxado para ceder a seu próprio peso e escorrer para o molde com um pouco de assistência manual.

A simplicidade aparente dos produtos da Fiam esconde um processo complexo de aquecimento, que deve ser precisamente regulado para manter o vidro exatamente na temperatura correta dentro da câmara onde há o encurvamento. As peças podem ser baseadas em ideias e formas simples, mas esta simplicidade só é conseguida (com alto grau de sucesso) por meio do uso de tecnologia moderna e sofisticada.

Produto Designer Material Fabricante País Data

Mesa de canto Toki Setsu e Shinobu Ito Vidro obtido por flutuação Fiam Italia Itália 1995

O raio completo do tampo da mesa e as curvas suaves dos pés sugerem a simplicidade de formas que são possíveis com este processo.

Chapa: Conformação a Quente de Alumínio

alumínio a 450o - 500oC em um forno pressurizado de conformação, que é, então, forçado sobre ou dentro de uma superfície da ferramenta para criar uma forma complexa em três dimensões.

No método da Cavidade, a pressão do ar força a chapa sobre a superfície da ferramenta, em um processo que poderia ser descrito como “conformação a vácuo ao reverso”. De acordo com os fabricantes, este processo é adequado para conformar peças grandes e complexas tais como painéis de carroceria de automóvel.

Na Conformação em Bolha, a pressão do ar força o material em uma bolha.

O molde é então empurrado contra esta bolha e o ar sob pressão é aplicado do topo, forçando o material a se conformar segundo a forma do molde. Conformação em Bolha é adequada para moldagens profundas e relativamente complexas que são difíceis de conseguir com outros métodos de conformação a quente.

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Conformação sob Contrapressão usa pressão nas superfícies superior e inferior do molde para manter a integridade da chapa e permitir a conformação de ligas mais difíceis de ser trabalhadas.

Conformação em Diafragma é o processo o qual permite que as ligas “não superelásticas” sejam trabalhadas.

O material não superelástico é agarrado ao molde usando uma combinação de chapa aquecida de alumínio “superelástico” e ar sob pressão.

Produto Designers Material Fabricante País Ano

Bicicleta MN01 Marc Newson e Toby Louis-Jensen Alumínio Superform Aluminium Reino Unido 1999

Esta bicicleta é um bom exemplo da transformação de processos de manufatura industrial em produtos de consumo por projetos experimentais. O texto gravado no quadro também ilustra o nível de detalhe que se pode obter.

6: Compl Complex Peças com formas e superfícies complexas Estes processos podem ser descritos como “conformação em estado plástico” por causa do estado macio, maleável e geralmente aquecido destes materiais ao serem moldados. São estes métodos de produção que são os maiores responsáveis pela explosão no número de produtos plásticos baratos, moldados, que agora estão disponíveis. Todavia, o custo para se conseguir complexidade a baixo custo por unidade é o nível de investimento requerido para o ferramental. Este capítulo contém muitos dos métodos estabelecidos para produção em massa de grandes quantidades, tais como a injeção em plástico e a fundição sob pressão em metais. Também investiga métodos para adicionar materiais de acabamento a formas complexas.

exas 178 181 183 185 188 190 192 195 198 202 205 208 210

Injeção – Injection Moulding Injeção com Reação (RIM) – Reaction Injection Moulding (RIM) Injeção Assistida por Gás – Gas-Assisted Injection Moulding Moldagem com Inserto – Insert Moulding Decoração no Molde – In-Mould Decoration Decoração Sobre o Molde – Over-Mould Decoration Injeção de Metais (MIM) – Metal Injection Moulding (MIM) Fundição sob Alta Pressão – High-Pressure Die-Casting Fundição de Precisão – Investment Casting Fundição em Areia – Sand Casting Prensagem de Vidro – Pressing Glass Colagem de Barbotina Auxiliada por Pressão – Pressure Assisted Slip Casting Processamento Visco-plástico (VPP) – Viscous Plastic Processing (VPP)

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Complexas: Decoração no Molde

Decoração no Molde In-Mould Decoration

Como o nome implica, este não é um método de produção em si, mas, pelo contrário, a Decoração no Molde foi desenvolvida como um modo econômico de adicionar superfícies decorativas a

Produto Materiais Fabricante País Data

Monitor de batimento cardíaco Polar 8810i Filme de policarbonato Autoflex Hiform M Polar Reino Unido 2000

A decoração feita no molde pode ser vista na textura na face deste monitor. Um filme “autoreparável” também foi usado na face deste monitor, sendo capaz de reparar pequenos riscos.

peças feitas em plástico injetado. Oferece um modo de se eliminar a necessidade de ter de se imprimir diretamente sobre uma peça em um processo subsequente de pós-conformação. Esta técnica de manufatura está se tornando mais e mais importante com o mercado crescente para produtos eletrônicos, que fazem uso de muitos teclados gráficos, marcas de produto e produtos portáteis personalizáveis.

O processo inicia-se com a impressão do gráfico sobre um filme de policarbonato ou poliéster, também chamado de folha ou chapa. Dependendo da forma do componente a ser moldado, o filme é introduzido no molde como se fosse uma fita (ou é cortado e inserido individualmente, se a peça for curvada).

O processo é também adequado para formas com curvas compostas, mas neste caso o filme precisa ser moldado na forma final antes de ser inserido no molde.

Um dos usos para a Decoração no Molde é como uma alternativa à pintura ou moldagem de peças em cores específicas. É um modo de aplicar cores a produtos para assegurar consistência entre os moldados em materiais diferentes, onde casar exatamente as cores é difícil de se conseguir. Um exemplo do uso deste processo pode ser encontrado em partes moldadas frontal e posterior de um telefone celular, onde a parte posterior é feita em um material e a frontal em outro.

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Complexas: Decoração sobre o Molde

Decoração sobre o Molde Over-Mould Decoration

Decoração sobre o Molde não é realmente um método de produção por si mesmo, mas uma extensão da Injeção padrão (veja p. 178), como parte de um processo em duas etapas. O que é particularmente digno de nota a respeito deste processo é que o mesmo pode conferir a componentes plásticos uma qualidade de peça feita à mão pelo modo inteligente que permite um material diferente cobrir o plástico no molde.

Se você visse um celular cujo corpo tivesse um pequeno pedaço de tecido enrolado na superfície, você poderia achar que se trata de uma combinação interessante e imaginar que a adição do tecido requereria um processo todo novo envolvendo alguma pessoa para fixar manualmente o tecido sobre o moldado

em plástico. Na realidade, este seria um trabalho com uso intensivo de mão de obra e caro. A Inclosia Solution, um ramo da Dow Química, desenvolveu uma tecnologia para combinar plástico com uma gama de outros materiais durante o próprio processo de moldagem, eliminando a necessidade de qualquer trabalho posterior de acabamento.

O benefício deste tipo de fabricação é que esta oferece aos designers um novo conjunto de materiais, superfícies e acabamentos para desafiar as noções tradicionais a respeito de plástico moldado. Em vez dos produtos eletrônicos terem todos a mesma superfície, eles podem ter superfícies quentes, tácteis que são mais próximas às de tecido ou a materiais trabalhados tais como

Produto Designer Materiais Fabricante País Data

E-Go Laptop Marcel van Galen Tecido sobre plástico moldado Tulip Holanda 2005

O plástico moldado interno deste laptop pode ser recoberto no molde com uma gama de materiais diferentes para adequar o produto a vários mercados. As “peles” imitando couro ou tecido permitem que os produtos eletrônicos sejam lançados da mesma maneira que produtos mais orientados pela moda, tal como as bolsas.

7: Avanç Advanced 214 216 218 222 224 227 229

Impressão a Jato de Tinta – Inkjet Printing Contour Crafting (Impressora de Cimento) – Contour Crafting Estereolitografia (SLA) – Stereolithography (SLA) Eletroconformação para Micromoldes – Electroforming for Micro-Moulds Sinterização Seletiva a Laser (SLS) – Selective Laser Sintering (SLS) Mandris Inteligentes para Bobinamento de Fios – Smart Mandrels™ for Filament Winding Conformação Incremental de Chapa Metálica – Incremental Sheet-Metal Forming

ado Tecnologias novas e avançadas O ponto de partida para a maioria dos processos apresentados neste capítulo está na informação que é usada para fazer a forma ser fornecida por um arquivo CAD. Isto elimina os custos de ferramental, tal como fazem os mandris inteligentes, também apresentados aqui (embora estes não sejam guiados pelo CAD), e juntos, todos estes processos promovem uma mudança de mentalidade em relação às regras de produção existentes. A partir desta base, os métodos deste capítulo apontam o caminho para o futuro da produção industrial e sugerem o fato de que estas tecnologias provocarão a maior mudança na natureza dos objetos produzidos em massa desde a Revolução Industrial. É um grupo de processos que inclui a relativamente familiar Estereolitografia, mas também contêm algumas tecnologias novas que colocam a manufatura nas mãos do consumidor.

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Avançado: Estereolitografia

Estereolitografia Stereolithography (SLA)

Estereolitografia é um dos métodos mais conhecidos de prototipagem rápida.

A partir de um arquivo de CAD, peças são produzidas por um laser que percorre um banho de resina fotossensível, construindo o componente camada por camada. O feixe de laser ultravioleta é focado na superfície do líquido, traçando a seção transversal da peça e transformando camadas sucessivas

Produto Designer Material Fabricante País Data

Fruteira Black Honey Arik Levy Epóxi Materialise Holanda 2005

Esta bela estrutura de células abertas é um exemplo excelente das formas complexas e altamente intrincadas que podem ser fabricadas usando este processo.

do líquido em sólido. A peça sólida permanece abaixo da superfície da resina durante todo o processo, pois está apoiada em um leito que é abaixado gradualmente, permitindo que o componente seja feito em camadas.

Todas as tecnologias de prototipagem rápida dão uma liberdade geométrica que nenhum outro processo oferece.

Estereolitografia é típica ao permitir o

Avançado: Conformação Incremental de Chapa Metálica

protótipos de carros, usando uma matriz com um lado a fim de obter mais controle do processo.

Há numerosos pesquisadores explorando variações do processo, alguns dos quais estão usando duas ferramentas identadoras ao mesmo tempo, em ambos os lados da peça em trabalho. Matrizes negativas e positivas podem também ser empregadas para conferir maior controle da precisão geométrica e no acabamento superficial.

Esta imagem ampliada mostra a ferramenta de ponta única posicionada sobre a chapa metálica fixada, que está a ponto de ser conformada na forma desejada.

imagem do CAD

1 A forma do componente é desenhada e armazenada em um arquivo de CAD.

2 A chapa metálica é fixada em uma garra e uma ferramenta de ponta única pressiona a chapa na forma desejada.

– A principal vantagem deste processo recai na sua capacidade de produzir formas complexas usando uma ferramenta genérica, o que no final das contas significa que não há custos de ferramental e preparação para a produção de itens unitários ou de pequenos lotes.

3 O componente final é removido.

– Disponibilidade limitada.

– Ainda no seu início.

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