7 tipos de Impressão 3D segundo a ASTM

Existem diversas formas de realizar uma impressão

A tecnologia de impressão 3D avançou muito nas últimas décadas como você leu no nosso último post (se ainda não leu, clique aqui).

Assim, surgiram diversas formas de realizar a impressão diferindo, principalmente, na forma em que o material é depositado camada por camada.

A American Society for Testing and Materials (ASTM), em 2010, definiu em 7 categorias toda a gama de terminologias que existiam no mundo da impressão 3D. Essas categorias estão definidas na norma ISO/ASTM 52900-15 Standard Terminology for Additive Manufacturing – General Principles – Terminology.

Confira mais sobre elas agora!

Vat Photopolymerisation

A mais utilizada e conhecida dessa classificação de impressão é a Estereolitografia (SLA).

As impressoras 3D desta categoria são baseadas na fotopolimerização, onde há um recipiente cheio com uma resina líquida que se polimeriza através da aplicação da luz UV. Assim, a luz UV constrói uma camada ao entrar em contato com esta resina, que se une à camada anterior. Depois de feita a camada, a plataforma a qual o produto está sendo impresso se move numa distância igual à espessura da camada, deixando a seção novamente em contato com a resina líquida e pronta para receber a luz UV.

Além da SLA, há também a DLP (Direct Light Print) e a CLIP (Continuous Liquid Interface Production).

Confira o vídeo abaixo para entender melhor o processo: https://www.youtube.com/watch?v=XikU5WSAgIc

Impressão3D_SLA

Figura: Impressão 3D SLA

Material Jetting

Uma das mais conhecidas deste tipo é a Polyjet. Este processo lembra muito uma impressora de papel de jato de tinta.

O material em gotas é depositado sobre uma bandeja de montagem. O material é um fotopolímero, o qual, após ser depositado sobre a camada anterior, recebe o feixe de luz UV, curando e formando o objeto.

Confira o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=Som3CddHfZE

Binder Jetting (utilizado para impressão de metais)

Sim! É possível imprimir materiais metálicos, também.

No Binder Jetting são utilizados o material de base em pó e um aglutinante líquido. O pó é espalhado em camadas na câmara de desenvolvimento, e o aglutinante é aplicado através de jatos, colando as partículas de pó. Finalizada a impressão, o produto final é um aglomerado de partículas que está dentro da câmara recoberto pelo pó restante. Este pó é removido e pode ser reutilizado para uma próxima impressão.

Material Extrusion

Nesse tipo de impressão temos, de longe, a forma mais conhecida de todas, a FDM (Fused deposition modeling).

Seu funcionamento é bem simples pois não utiliza laser ou algum outro tipo de luz.

Um filamento plástico colocado em um carretel é tracionado até uma extrusora. Esta libera material fundindo construindo o produto por camadas, de baixo para cima. Dessa forma a camada que está sendo adicionada se funde a camada de baixo. A impressora segue as orientações de um arquivo digitalizado de impressão, realizando movimentos em X e Y em certo nível Z.

Powder Bed Fusion

A impressão mais comum nesse tipo é a SLS (sinterização seletiva a laser).

Seu funcionamento se baseia em um laser de alta potência que funde pequenas partículas (em pó) de material. Este material, que pode ser polímero, metal, cerâmica ou até vidro, é colocado em um recipiente e aquecido a uma temperatura logo abaixo do seu ponto de fusão. Em seguida, este material sai do recipiente através de uma lâmina e é depositado uma camada sobre a base onde será impresso o produto. O laser sinteriza seletivamente o material, que depois solidifica formando uma camada do produto final.

Sheet Lamination

Este tipo de impressão é realizado através de folhas, que podem ser de papel, metal ou de polímero.

Durante o processo, camadas de folhas são unidas utilizando calor e pressão. Estas folhas são contínuas como uma grande bobina e revestidas com um adesivo. Um rolo aquecido é passado sobre a folha, derretendo o adesivo e realizando a união. Uma faca ou um laser garantem as dimensões da peça. Assim é feito camada por camada.

Directed Energy Deposition

Este processo é usado na indústria de alta tecnologia de materiais metálicos.

O equipamento para este processo é, normalmente, ligado a um braço robótico com um bocal, o qual deposita pó metálico sobre uma superfície, e uma fonte de energia (arco de plasma, feixe de elétrons ou laser). Essa energia derrete o pó metálico, dando forma ao objeto.

Além do pó metálico, pode ser usado um fio metálico.

 

A Afinko Polímeros realiza ensaio em qualquer produto de impressão 3D. Segue normas nacionais e internacionais que garantem o procedimento e a qualidade do resultado.

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Impressão 3D: O que é e como surgiu

A forma de produção que irá mudar o mundo!

A impressão 3D é uma nova forma de produzir peças. Desde peças comuns do nosso cotidiano às peças totalmente personalizadas.

Conheça mais sobre essa nova tecnologia:

O que é impressão 3D?

Impressão 3D, também conhecida como prototipagem rápida, é um processo onde um modelo digital tridimensional que está em um computador é criado fisicamente pela deposição de sucessivas camadas de material.

Apesar dos diferentes tipos de impressão 3D que existem, todas elas se baseiam no mesmo princípio de deposição de camadas. A diferença entre os tipos, então, se dá pela maneira em que o material é depositado.

As vantagens da impressão 3D em relação aos processos tradicionais são: a diminuição, em alguns tipos chega até a eliminação, das restrições geométricas, possibilidade de fabricar peças com alto grau de complexidade e customizar o produto. Além disso, há uma diversidade de matéria prima que pode ser utilizada neste processo. Por exemplo, pode-se utilizar poliamidas, ABS, PET, metais como aço, alumínio e titânio, somado à impressão com concreto.

Pode-se imprimir brinquedos, artigos de decoração, calçados, casas inteiras, carros (como falamos aqui) e até órgãos humanos.

Coração produzido através da impressão 3D, facilitando as operações. Fonte: OpenBiomedical.org

Figura: Coração produzido através da impressão 3D, facilitando as operações. Fonte: OpenBiomedical.org

Um pouco de história

A tecnologia que estamos falando neste post não é tão antiga, mas provavelmente mais antiga do que você imaginava.

A primeira tentativa de patente da prototipagem rápida foi em 1980, quando Dr. Hideo Kodama teve sua solicitação negada pois perdeu o prazo, não conseguindo arquivar os documentos a tempo.

Quatro anos depois, engenheiros franceses prosseguiram no desenvolvimento da tecnologia. Porém o pedido de patente deles foi abandonado pela General Electric Company (agora Alcatel-Alsthom). Ainda em 1984, Chuck Hull inventa a estereolitografia, onde cria-se objetos através da deposição por camadas de material curável por luz ultravioleta, a partir de um modelo 3D. Dois anos depois foi concedida a patente à Hull, onde participou da fundação da primeira empresa de impressão 3D do mundo, a 3D Systems Inc.

Um estudante da Universidade do Texas, Carl Deckard, em 1988, inventou a impressora do tipo SLS (Sinterização a Laser Seletivo – tradução livre) – no próximo post vamos explicar mais sobre os tipos de impressoras. Posteriormente esta tecnologia foi licenciada pela DTM Inc.

Em 1989, Scott e Lisa Crump patentearam a tecnologia FDM (Modelamento por deposição de fundido – tradução livre). Esta é a tecnologia mais popular das impressoras 3D, o qual a impressão ocorre a partir de um filamento. Em 2009 a patente deste tecnologia se torna pública.

É incrível como em menos de 10 anos muita coisa mudou na impressão 3D.

Desde então há algumas impressões marcantes como:

  • 2000: Primeiro rim;
  • 2008: Primeira prótese de perna;
  • 2010: Primeiro protótipo de carro;
  • 2012: Primeira mandíbula e implantada;
  • 2016: Criação da ITOP, Sistema de Impressão de Órgãos e Tecidos.

 

A Afinko Polímeros realiza ensaios em produtos impressos e em matéria prima para impressões 3D. É possível determinar suas resistências químicas, físicas, térmicas e mecânicas.
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Conheça agora o carro elétrico feito por impressão em 3D

Carro elétrico impresso em impressora 3D foi lançado na China

Você já se imaginou andando em um carro feito de plástico? A Polymaker, pioneira em impressão 3D no mundo, criou um carro elétrico em que quase todas as partes foram impressas.

LSEV é o nome dele

Esta é uma sigla para “Low-Speed Eletric Vehicle”, cuja a tradução é Veículo Elétrico de Baixa Velocidade. Este modelo, segundo a Polymaker, possui todas as partes impressas, exceto os vidros, bancos, pneus, chassis, baterias e motor. Ao todo são 57 peças impressas, enquanto, segundo a Toyota, um carro comum tem cerca de 30 mil componentes (incluindo parafusos e porcas).

Com previsão para o segundo trimestre de 2019, o LSEV leva apenas três dias para ser montado. Além disso, portas, painel e para-choque são até cinco vezes mais resistentes que os modelos convencionais.

Seu motor é elétrico desenvolvido pela empresa italiana X Eletrical Vehicle (XEV). Possui uma autonomia de 150 km com uma carga completa e atinge até 70km/h. O carro, como um todo, pesa cerca de 450 quilogramas. Dessa forma, torna-se uma excelente alternativa para os centros urbanos.

LSEV - o carro feito em impressão em 3D. Fonte: Polymaker.

Figura: LSEV – o carro impresso em 3D. Fonte: Polymaker.

Feito por impressão 3D e de baixo custo

Segundo a CNBC International, além de ter sido quase que completamente impresso, ele pode ser feito por US$7500,00. Dessa forma, é possível afirmar que esta tecnologia poderá ser vista em variados produtos de consumo num futuro não tão distante.

Sabemos que os polímeros tradicionalmente usados para impressão 3D, como PLA e ABS (ABS é um dos 6 polímeros mais utilizados no Brasil), possuem grandes limitações que os impedem de ser usados, por exemplo, em um carro. O PLA tem Tg em 60°C e Tm em torno de 155°C, o que o impossibilita de ser utilizado em regiões de alta temperatura.

A impressão 3D já é uma realidade e tende a aumentar sua presença no nosso dia dia cada vez mais. Sua capacidade de produzir artigos sofisticados, em peças únicas ou não, de baixo custo e produtos personalizados, fazem a diferença.

Com esse aumento, aumenta também a necessidade de realização de testes e ensaios para se verificar as propriedades dos materiais e produtos e se adequar às normas. Nós já falamos aqui no blog sobre alguns dos ensaios mais interessantes para conhecer melhor o material. Dentre eles estão:

Aqui na Afinko Polímeros já realizamos testes em materiais impressos em impressora 3D. Nós apoiamos e temos o prazer de realizar ensaios em produtos inovadores. Não só apoiamos e realizamos ensaios, como também desenvolvemos projetos.

Caso tenha interesse, entre em contato conosco. Teremos o maior prazer de entender a necessidade e buscar a melhor solução.

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Processamento de Polímeros: Rotomoldagem

Rotomoldagem é responsável por apenas 2% de todo o processo de transformação de polímeros

Em geral, este processo produz peças grandes e ocas, permitindo a produção de peças leves. Exemplos de produtos são: caixas d’água, brinquedos, escorregadores, tanques para combustíveis, etc. Como característica comum aos produtos tem-se que são peças únicas, sem emendas, perfeitamente lisas e sem cantos vivos. Isso permite uma fácil esterilização e limpeza.

Como é o processo

O processo consiste de cinco fases:

  1. Abastecimento do molde com a matéria-prima em pó ou líquida, garantindo uma maior homogeneidade das peças. Quando em pó, deve ser micronizada para facilitar o escoamento no molde, reduzindo assim o aprisionamento de ar (bolhas) e acelerando a plastificação do material. O material micronizado facilita a redução do ciclo e previne a degradação. Feito o abastecimento, o molde é fechado e levado para dentro do forno;
  2. Aquecimento do molde e fusão da matéria-prima. Dentro do forno, o molde sofrerá movimentos de rotação e translação. Dessa forma, o material fundido preenche todas as paredes do molde e, assim, assume a forma da peça.
  3. Ainda com os movimentos de rotação e translação, sofrem resfriamento e desmoldagem da peça obtida.
  4. Depois de resfriados, os moldes são abertos e as peças são extraídas.
  5. A peça recebe acabamentos e então está pronta para ser expedida;
Máquina para rotomoldagem da Rotoline. Fonte: Rotoline

Figura: Máquina para rotomoldagem da Rotoline. Fonte: Rotoline

Características do processo de rotomoldagem

A rotomoldagem permite a produção de peças simples ou de alto nível de complexidade. Elas são herméticas e ocas, podendo ser pequenas, do tamanho de uma moeda, ou gigantescas, como tanques com mais de 25.000 litros de capacidade. As tensões residuais na peça são pequenas, devido à ausência de pressão sobre o material. Além disso, permite fácil substituição de materiais e cores, além de em moldar peças com paredes duplas, insertos, roscas, furos, aberturas e reforços.

Os moldes utilizados neste processo são mais baratos quando comparados ao processo de injeção, sopro e vácuo. Eles podem ser de alumínio, cobre, níquel ou aço. E, em geral, não é necessário um grande trabalho de acabamentos nas peças. Assim, há poucas sobras de material (scrap), uma vez que o peso desejado da peça é controlado durante a adição da matéria-prima ao molde.

Como matéria-prima, pode ser usado o polietileno, a poliamida, o PVC, dentre outros termoplásticos e termofixos.

Já comentamos sobre estes polímeros aqui: https://afinkopolimeros.com.br/6-plasticos-mais-consumidos-em-2017/

O custo de produção é baixo, porém possui ciclo de produção elevado. Seus longos ciclos de aquecimento e resfriamento, ampliam o risco de degradação térmica.
Quando comparada ao processamento por injeção, apresenta-se pouco vantajosa para altos volumes de produção e para peças que exigem alta precisão dimensional.
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A cadeia produtiva dos polímeros em números

Saiba como gira a cadeia produtiva dos plásticos em números.

Agora que você já sabe como o produto plástico nasce – se não sabe, confere aqui – nós vamos mostrar em números as quantidades e valores dessa produção.

Para resumir e facilitar o entendimento, a cadeia será dividida entre a matéria prima, que são as resinas, e os setores consumidores de polímeros.

O quanto é parte das resinas poliméricas?

As resinas mais utilizadas em 2017 foram: polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD) e o policloreto de vinila (PVC). Em termos de porcentagem são 21,6%, 13,6% e 13,6% respectivamente. Essas resinas estão presentes em diversos produtos do nosso dia dia como embalagens, encanamentos, sacolas plásticas, etc.

Além dessas temos também o polietileno de baixa densidade linear (PEBDL – 10,4%), o politereftalato de etileno (PET – 8,1%). Completando as 10 primeiras: Polietileno de baixa densidade (PEBD – 7,9%); plásticos reciclados (7,8%); plásticos de engenharia (6,6%); poliestireno (PS – 6,5%); Poliestireno expandido (EPS –  2,6%).

Dessas resinas tem-se que aproximadamente US$1,8 bilhões são provenientes de exportação de resinas termoplásticas. De importação, são US$1,6 bilhões. Para a produção de transformados de plástico nacional tem-se R$66,8 bilhões, sendo 5,8% (US$1,2 bilhão) para exportação.

Infográfico resinas de polímeros mais consumidas

Infográfico resinas mais consumidas – Fonte: Perfil 2017 ABIPLAST

 

Números dos setores consumidores de polímeros

O maior setor consumidor de plástico é o da construção civil com 25,2%, seguido dos alimentos com 18,6%. Artigos de comércio em atacado e varejo são 10%, seguidos se automóveis e autopeças com 7,7% e bebidas com 5,9%. Os dados ainda contam com produtos de metal (5,7%), Máquinas e equipamentos (5,7%), Móveis (4,6%), Perfumaria, higiene e limpeza (3,1%). Para finalizar a lista segue com: Papel, Celulose e impressão, agricultura, químicos, eletrônicos, têxteis e vestuários, farmacêutico e outros. Essa produção, em 2017, foi de 6,13 milhões de toneladas.

O consumo de transformados de plástico de todos os setores somados gira R$72,5 bilhões, sendo que 13,2% são de importação.

Além disso, estima-se que passam por reciclagem mecânica 550 toneladas por ano no Brasil, gerando em torno de 9820 empregos.

 

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ABIPLAST – Perfil 2017

Como é a Cadeia produtiva do plástico do começo ao fim?

Ou do petróleo ou de fontes alternativas para o nosso dia a dia. A incrível cadeia de produção dos plásticos de forma simples.

O que é uma cadeia produtiva?

Cadeia produtiva é uma sucessão de operações, ao longo das quais os produtos dessas sofrem algum tipo de transformação, até a formação do produto final.

Essas operações são integradas, com diversas unidades interligadas, desde a extração e manuseio da matéria-prima até a distribuição do produto.

Alguns autores adotam um conceito mais amplo, como Hélder Agostinho, da Association Française de Normalisation (AFNOR). Ele considera a cadeia produtiva como um encadeamento de modificações da matéria-prima, com finalidade econômica, que inclui desde a exploração dessa matéria-prima, em seu meio ambiente natural, até o seu retorno à natureza, passando pelos circuitos produtivos, de consumo, de recuperação, tratamento e eliminação de efluentes e resíduos sólidos.

E para o plástico? Como é?

Pensando na capacidade de reutilização, reciclabilidade e remodelagem, o plástico tem clara sinergia com a economia circular. Assim, é possível dividir, junto com outros conceitos, essa cadeia em 6 partes. São elas: Refino, 1ª Geração, 2ª Geração, 3ª Geração, Mercado consumidor e 4ª Geração.

No refino é onde acontece o craqueamento e a extração dos insumos. Para a produção de plásticos, são utilizadas diversas matérias primas, tanto de fontes alternativas de insumos e do petróleo. Como fontes alternativas de insumos tem-se como exemplo: ácido lático, cana-de-açúcar, milho, batata, beterraba, amido e caseína. Do petróleo são extraídos a NAFTA e os aromáticos.

Estes produtos são transformados em monômeros que constituem a 1ª Geração da cadeia. Por exemplo, da batata, beterraba, milho e cana-de-açúcar, consegue-se produzir o etanol que dará origem ao etileno. A NAFTA gera o etileno, propileno e o butadieno. E os aromáticos: benzeno, ciclohexona, para-xileno, tolueno e bisfenol-A.

Cadeira Produtiva Simplificada. Fonte: Perfil ABIPLAST 2017

Figura: Cadeira Produtiva Simplificada. Fonte: Perfil ABIPLAST 2017

Os monômeros por sua vez, através de bombas e reatores, realizam a síntese dos polímeros, que constituem a 2º Geração. Eles geram as resinas commodities como o polietileno (PE), o polipropileno (PP), o poliestireno (PS), o policloreto de vinila (PVC) e o politereftalato de etileno (PET). Algumas das fontes alternativas de insumos geram polímeros também, que são as resinas biodegradáveis. Nestas estão o polihidroxibutirato (PHB), poliácido lático (PLA), polihidroxibutirato (PVH) e outros. Ainda, produz-se os conhecidos plásticos de engenharia como as poliamidas (PA), policarbonato (PC), poliuretano (PU), o Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), entre outros.

Da indústria para o consumidor

A 3ª Geração irá transformar estes polímeros que estão em , em pellet ou até em solução, nos produtos finais. Estes podem ser os ‘tradicionais’ e alguns mais ‘complexos’. Como tradicionais temos as embalagens, talheres, copos, recobrimento de fio e etc. Como mais complexos temos o kevlar do colete à prova de balas, o policarbonato do ‘vidro’ dos faróis automotivos, as borrachas, dentre outros.

Estes são os produtos que estão no mercado consumidor. Os setores que mais consomem artigos plásticos são construção civil (25,2%), alimentos (18,6%) e artigos de comércio em atacado e varejo (10%).

Por fim, a 4ª Geração parte do consumidor final, onde há a separação entre recicláveis e rejeitos. Os recicláveis serão retrabalhados e voltarão para o mercado consumidor. E os rejeitos deverão ter disposição final ambientalmente adequada.

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Processamento de Polímeros: Extrusão e Injeção

Como é feito o processamento dos materiais plásticos que utilizamos no dia a dia?

Há mais de 100 anos (1912) os primeiros revestimentos poliméricos começaram a ser desenvolvidos e aplicados na indústria automotiva. Hoje em dia, os materiais plásticos podem ser encontrados nas mais diversas áreas e seu uso vem crescendo a cada dia que passa nas indústrias de construção civil, automotiva, alimentícia, médico-hospitalar, têxtil, entre outras. Para que seja possível a transformação da resina polimérica em matéria prima e produto final para suprir a demanda dessas indústrias, torna-se importante o seu processamento e o desenvolvimento de técnicas que possibilitem sua transformação. Os dois processos produtivos mais utilizados na produção de transformados plásticos são a extrusão (62%) e a moldagem por injeção (30%).

O processamento dos polímeros acontece em temperaturas altas para que ocorra sua fusão. Assim, exige amplo conhecimento da matéria-prima em relação ao seu comportamento sob fluxo e suas características de solidificação, correlacionando as condições de processamento e as propriedades finais do produto.

Processamento por Extrusão

O processo de Extrusão consiste na passagem forçada e controlada da resina plástica fundida por meio de uma ou duas roscas sem fim. Elas possuem a função de misturar, fundir/amolecer, homogeneizar, plastificar, compactar e transportar através de um cilindro aquecido até encontrar a matriz. A matriz possui um perfil determinado por onde o material é expelido e conformado. Dessa forma, quando o polímero fundido passa através da matriz, produz-se um perfil continuo e de seção transversal constante, e em seguida, é resfriada até a sua solidificação. Pode-se produzir uma variedade grande de perfis, como tubos, mangueiras, filmes, chapas, fios, cabos, etc.

Os tipos de processamento por extrusão mais utilizados na indústria de transformação são:

  • Perfis (32%): na saída do cilindro, o material fundido encontra uma matriz que possui o desenho desejado, dando formato ao produto e em seguida, é calibrado, resfriado, cortado/enrolado. Utilizado na fabricação de canudos, mangueiras, etc.
  • Sopro (12%): utilizado na produção de peças ocas, como garrafas e bombonas, onde um parison (pré-forma) é introduzido ao molde, injetando-se gás e forçando-o em direção às paredes do molde, conferindo o seu formato final.
  • Filmes (34%): utilizado na fabricação de produtos flexíveis e de espessuras finas, como sacolas plásticas e embalagens.
Esquema de máquina utilizada no processamento por extrusão

Figura 1: Esquema de uma máquina utilizada no processo de moldagem por extrusão.

 

Processamento por Injeção

Já o processo de moldagem por injeção tem por objetivo moldar uma peça plástica com formatos variados e complexos com alta tolerância dimensional, forçando ao material sob pressão dentro de uma cavidade.

Analogamente ao processo de extrusão, o material é alimentado através de um funil, onde é direcionado para o interior da máquina que possui uma rosca sem fim (pistão). Esta tem a função de transportar, fundir/amolecer, misturar, homogeneizar e plastificar o material. Ao final deste percurso, o material passa pelo bico de injeção até encontrar-se com o molde. A pressão é mantida até que todo o molde seja preenchido e o material tenha se solidificado. Após essa etapa, o molde é aberto e a peça é ejetada. O molde se fecha, e o ciclo é rapidamente repetido.

Dessa forma, o fator chave para que esse processo seja largamente utilizado na indústria de transformação é a sua alta produtividade. As peças produzidas devem ser livres de rechupes, vazios, poros, bolhas, empenamento, e devem apresentar estabilidade dimensional, resistência e rigidez para sua .

O processo de moldagem por injeção é capaz de conferir detalhes muito importantes para a peça final, como roscas, furos, travas e dimensões perfeitas para o melhor encaixe, sendo muito utilizadas na indústria automotiva (painéis de carros), em utilidades domésticas (peças de máquinas de lavar roupas, por exemplo), entre outras.

Máquina utilizada no processo de moldagem por injeção

Figura 2: Máquina utilizada no processo de moldagem por injeção

 

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