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Se alguma vez viu peças ou equipamentos fabricados em grande escala, provavelmente já se perguntou como é que todas essas peças são feitas e quanto tempo demora. A tecnologia padrão em vigor é a fundição sob pressão, um processo em que o metal líquido é vertido num molde para criar a peça desejada. Embora este processo seja muito útil e económico, estão a surgir novas tecnologias para fazer ainda mais progressos nesta área da metalurgia: Fundição injectada integrada.
O que é a fundição injectada integrada?
A fundição injectada integrada (IDC) é um processo em que o metal líquido é injetado num molde para criar uma forma específica, mas, depois de o metal arrefecer, é formado num componente completo, em vez de precisar de ser soldado ou fabricado posteriormente (como é o caso da fundição injectada tradicional).
Este novo processo é apenas começam a ser introduzidos comercialmentee tem muitas vantagens diferentes. Uma vez que esta tecnologia é muito recente, iremos analisar o desenvolvimento, o processo (incluindo os materiais utilizados), as vantagens e, finalmente, o processo de aplicação deste novo processo na indústria.
O desenvolvimento da fundição injectada integrada
De certa forma, seguir o desenvolvimento da IDC significa seguir os passos da própria fundição injectada. O processo de fundição sob pressão remonta a 1800 e foi uma tecnologia vital durante a era da imprensa. Em meados do século XVIII, a máquina de fundição injetada operada manualmente e a máquina de linotipia foram criadas para acelerar ainda mais o processo de publicação usando letras de metal. Mas não se ficou por aqui.
Novos processos e novos materiais
Tradicionalmente, ambos o estanho e o chumbo eram os materiais padrão utilizados no processo de fundição injetada, mas na viragem do século XIX, tanto o alumínio como o zinco tornaram-se novos materiais a utilizar (e a preferir) na indústria de fundição injetada. Isto deveu-se principalmente a dois factores. Em primeiro lugar, estes metais eram mais seguros do que o chumbo e o estanho para quem os manuseava. Segundo, ambos os materiais eram mais fortes do que os seus antecessores, permitindo criações mais fortes e novas aplicações.
A atualidade
Na década de 1930, foi introduzida a maior parte dos metais e ligas que utilizamos no processo de fundição injectada, como o cobre e o magnésio. Além disso, o processo de fundição real começou inicialmente apenas com sistemas de baixa pressão, mas com o aumento da nova tecnologia (e a utilização de novas ligas) os sistemas de injeção de alta pressão tornaram-se a nova norma.
Materiais comuns utilizados no IDC
Tal como referido anteriormente, foram utilizados muitos metais diferentes no processo de fundição injectada, mas atualmente os metais mais utilizados são o alumínio, o zinco e o magnésio, mas o cobre e o latão também são utilizados. Vamos rever as várias propriedades destes metais e a forma como são utilizados na indústria.
Alumínio
Devido à sua baixa massa, o alumínio é um ótimo material para trabalhar, uma vez que não diminui a resistência da peça que está a ser criada, à custa de mais peso. De um modo geral, as peças de alumínio suportam temperaturas mais elevadas, pelo que têm um pouco mais de opções de acabamento do que outros materiais. Além disso, o alumínio é um metal bastante fácil de fundir, dadas as suas propriedades, e é uma óptima opção se estiver à procura de um metal resistente à corrosão - especialmente quando combinado com zinco como liga. Embora o alumínio tenha muitos benefícios, é importante lembrar que o alumínio e outras ligas à base de alumínio têm um preço um pouco mais elevado do que outros produtos.
Devido aos méritos acima referidos, o alumínio é habitualmente utilizado no domínio da tecnologia. Isto deve-se ao facto de ser um material altamente favorável, tanto para utilizações eléctricas como térmicas.
Zinco
Uma das maiores vantagens do zinco é o facto de ter um ponto de fusão baixo (787,15 F), o que significa que é necessária muito menos energia para derreter em comparação com outros metais. Utilizar menos energia para preparar o metal para fundição significa que não só tem menos custos gerais, como também está a utilizar um metal que tem uma vida útil do molde mais longa do que outros metais. Além disso, o zinco é um ótimo metal para personalizar. É facilmente pintado ou revestido e oferece uma superfície muito lisa para trabalhar, o que permite mais opções para o acabamento do seu produto. Como bónus, o zinco possui elevadas propriedades anticorrosivas e elevada condutividade térmica.
Em termos de utilização, devido à sua elevada vida útil do molde devido ao seu baixo ponto de fusão, o zinco é um dos favoritos quando se trata de fundir vários materiais médicos, tais como peças para monitores de tensão arterial.
Cobre/ Latão
Embora não sejam tão comuns como os outros metais listados, tanto o cobre como o latão são materiais valiosos para utilizar no processo de fundição injectada. O cobre oferece muitas vantagens como metal de fundição injectada, tais como elevados níveis de dureza, boa resistência à corrosão, forte estabilidade dimensional e condutividade muito elevada. Por outro lado, o latão também tem propriedades muito semelhantes às do cobre, mas com a vantagem adicional de ser facilmente polido ou revestido, bem como de ter uma resistência a altas temperaturas. Além disso, o latão é facilmente misturado com outros metais ou ligas durante o processo de fundição, para que o produto final cumpra o maior número possível de especificações.
Uma vez que o cobre é altamente condutor, a sua principal aplicação na indústria é a criação de linhas eléctricas e de cabos domésticos. Além disso, o cobre é um ótimo material para utilizar no fabrico de dissipadores de calor para computadores e vários módulos de bateria.
Em termos de aplicação dos produtos de latão, as utilizações mais comuns são a criação de acessórios, peças ou componentes de bombas de água e várias peças de encaixe. Como um aparte, como o latão pode ser facilmente polido, as peças criadas podem ter um valor estético muito superior ao de outros metais, acrescentando mais valor ao produto final.
Magnésio
Como metal utilizado na fundição injectada, o magnésio oferece muitas vantagens. Em primeiro lugar, é o metal mais leve utilizado na indústria, tornando-o o metal com a melhor relação resistência/peso. Em segundo lugar, muitas ligas de magnésio têm excelente fluidez e maior capacidade de fundição quando aplicadas sobre outros metais, como o cobre e o alumínio. Finalmente, porque o magnésio tem uma elevada tolerância a porosidade do hidrogénio (um defeito que pode ocorrer durante o processo de fundição, no qual são criados vazios na peça fundida devido à presença de níveis elevados de gás hidrogénio), é um excelente material a utilizar para garantir que as várias peças de moldes que cria são resistentes durante um longo período de tempo.
Dada a sua capacidade de proteção contra interferências de radiofrequência (RFI) e interferências electromagnéticas (EMI), o magnésio é uma excelente escolha quando se trata de escolher um metal para equipamento médico e de laboratório, uma vez que não é afetado por vários tipos de interferências.
O processo de fundição injectada integrado
Antes de examinar cada etapa do processo de fundição sob pressão, é importante esclarecer dois tipos diferentes de fundição: câmara quente e câmara fria. Com a fundição em câmara quente, depois de o metal ou a liga estar suficientemente derretido, é imediatamente injetado na matriz (o molde utilizado para criar a peça desejada) utilizando um sistema hidráulico. Por outro lado, a fundição em câmara fria envolve a recolha do material fundido para uma câmara fria antes da injeção. Embora existam algumas diferenças entre os dois procedimentos, eles envolvem o mesmo processo de injeção, mas a temperaturas diferentes.
Com uma compreensão básica dos principais tipos de fundição industrial definidos, vamos dar uma vista de olhos ao processo geral de fundição. Tenha em atenção que estes passos podem variar consoante o método de fundição que decidir utilizar.
Etapa 1: Preparação da matriz (molde)
Na preparação para criar o produto desejado, o molde ou matriz será lubrificado com um tipo de spray de libertação. Isto permite que a peça seja facilmente libertada em vez de ficar presa no molde. O molde pode ter uma ou mais cavidades, e isto depende do carácter dos produtos finais. Quando o custo de uma injeção é fixo, quanto mais cavidades existirem, mais baixos serão os custos médios dos produtos finais.
Etapa 2: Fixação
Nesta fase, as duas metades do molde são comprimidas em conjunto por uma máquina que determina a quantidade de força necessária a ser utilizada. Durante este processo, estas duas metades são fixadas na máquina de fundição injectada.
Etapa 3: Injeção e arrefecimento
O metal fundido é injetado no molde através de uma bomba hidráulica, a uma pressão específica, de modo a não danificar o produto. Após o enchimento da matriz, esta é arrefecida a uma determinada temperatura para preparar a ejeção. Quando o produto estiver suficientemente arrefecido, o metal solidificado terá uma forma semelhante (se não idêntica) à do molde utilizado.
Etapa 4: Ejeção do produto
O molde é destravado e as duas metades são separadas. Em seguida, um mecanismo de ejeção empurra cuidadosamente o molde para fora. Este processo tem de ser fortemente monitorizado para garantir que o produto não é danificado.
Etapa 5: Corte e acabamento
Na fase final, o excesso de metal da matriz é cortado e o produto final é cortado e acabado para garantir uma qualidade muito alta. Após um tratamento de superfície especial, como revestimento em pó, revestimento de plástico, oxidação, polimento, galvanização, etc., a peça desejada está pronta a ser utilizada!
Nesta altura, pode estar a perguntar-se: "Em que é que a fundição injectada integrada difere do processo de fundição normal?" Esta é uma pergunta justa. Simplificando, o processo de IDC envolve a criação de uma peça grande e singular onde o processo padrão teria criado várias peças que teriam de ser soldadas ou fabricadas em conjunto. Passemos agora às várias vantagens deste processo.
Quais são os benefícios?
Uma das principais vantagens da utilização da IDC é a redução dos custos de fabrico através da redução do número de peças separadas que é necessário fabricar, bem como dos vários passos para as juntar para formar o produto desejado.
Um segundo ponto é a redução das emissões de C02 e o aumento da produtividade energética em, pelo menos, 50%, como referido em um estudo do Departamento de Energia dos EUA. Isto deve-se principalmente ao facto de a IDC poder substituir o método tradicional de peças múltiplas, criando um produto singular e forte que não necessita de ser soldado ou estampado.
A título de exemplo, A Tesla adoptou esta tecnologia para o fabrico da estrutura traseira do seu veículo Modelo Y. Originalmente, era estampado e soldado com 70 peças diferentes, o que demorava cerca de uma a duas horas a concluir. Utilizando o método IDC, este processo demora agora apenas um total de 45 minutos e menos 300 robots para completar o procedimento. Isto é que é uma redução de custos!
Onde é que a IDC está a ser utilizada?
Até agora, a principal aplicação da tecnologia de fundição injectada integrada tem sido na indústria automóvel. Os principais fabricantes de automóveis, tais como Tesla e NIO A indústria automóvel tem utilizado este processo para criar componentes mais leves e mais resistentes para os seus veículos, nomeadamente para as suas subestruturas e outros componentes. A utilização desta tecnologia na indústria automóvel é muito diferente do processo tradicional de estampagem e soldadura e tem permitido obter muitos benefícios diferentes, como os acima referidos, e muitos mais no futuro.
A tecnologia de fundição injectada integrada é um processo que pode revolucionar a indústria automóvel, bem como muitos outros sectores. Vale a pena estar atento.
