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Como transformar os dados dos materiais em ‘termoplásticos virtuais’

27/04/2022

A influência das propriedades do plástico no processo de moldação por injeção é essencial. Na indústria dos plásticos, as bases de dados relativas a propriedades dos materiais (viscosidade, capacidade térmica específica, etc.) são geralmente incompletas ou mesmo inexistentes. Na prática, a falta de valores comparativos torna quase impossível responder a questões cruciais ou realizar cálculos com materiais alternativos. Em cooperação com a Dufner.MDT GmbH e a Sigma Engineering GmbH é criada uma base de dados nova e mais fiável.

A motivação é bastante clara: O futuro processo de moldação por injeção não deve apenas ser entendido até ao mais pequeno pormenor, mas também ser previsto com extrema precisão e fiabilidade. Tendo em conta que este processo é influenciado por muitos fatores diferentes, isso é mais fácil de dizer do que de fazer. Para além do componente, o desenvolvimento e produção do molde, bem como o conhecimento sobre o material utilizado, são também relevantes. O conhecimento abrangente do material otimiza cada processo e permite uma maior fiabilidade.

Base de dados de materiais - Quão bons são os parâmetros dos materiais?

Propriedades dos materiais ou bases de dados incompletas ou inexistentes são muitas vezes um desafio no trabalho diário. Para além do caráter incompleto, muitas vezes não é claro em que dados brutos se baseiam os valores característicos disponíveis. Geralmente faltam também informações importantes relativas a medições e respetivas condições de enquadramento. Outro aspeto muito interessante, mas muitas vezes negligenciado: certos parâmetros não podem ser determinados sob as condições existentes durante o processo de pulverização. Os modelos matemáticos podem ser aproximados usando os resultados do intervalo de medição possível, mas há uma certa margem de erro na extrapolação. A utilidade dos dados pode, portanto, ser questionável, o que não raras vezes se reflete nos resultados dos cálculos. Através de medições complementares e da validação dos parâmetros dos materiais, com base em processos concretos, esta margem de erro pode ser reduzida de forma significativa. É assim criada uma base de dados de materiais, específica e detalhada.

A importância da qualidade dos dados dos materiais pode ser vista, por exemplo, na precisão dos resultados de simulação. Para resultados de simulação fiáveis, bases de dados boas e precisas são um componente essencial - quanto maior a qualidade dos dados dos materiais, maior a precisão dos resultados.

O ‘Teddy' como objeto de investigação

A caminho dos termoplásticos virtuais, a Sigma Engineering, em cooperação com a Dufner.MDT GmbH, desenvolveu uma complexa forma de teste ‘Teddy’ para testar e implementar validações de modelos.

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Figura 1: O Teddy como objeto de investigação

Dados abrangentes (pressões, temperaturas, caminhos, precisão e dimensões exatas) são registados a partir da máquina de moldação por injeção, do molde de injeção e da peça moldada. Estas medições são usadas para mapear a produção dos “Teddies” durante a simulação, de forma o mais precisa possível e para comparar os resultados. Para além disso, ajudam a compreender melhor o processo e o comportamento do material na sua totalidade.

A Figura 2 mostra um exemplo da comparação de diferentes temperaturas de molde, em três pontos do processo. Apenas a temperatura da parede do molde é alterada. As cores mostram os sensores de pressão 1 (laranja), 2 (verde), e os parâmetros da máquina (azul). As curvas dos valores reais medidos são mais transparentes e os valores da simulação são totalmente coloridos. É visível como os valores da simulação são coerentes com a realidade.

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Figura 2: Diagrama de comparação da variação da temperatura do molde

Uma medição padrão não é suficiente para esta precisão. A arte consiste em otimizar os parâmetros do modelo, com a ajuda de medições alargadas, para que os resultados coincidam com os dados reais observados. Por exemplo, para ser capaz de prever com fiabilidade a retração e a deformação na simulação, além destes valores, são também considerados e comparados simultaneamente pressão, propriedades térmicas, orientação das fibras e enchimento do molde. É exatamente isso que faz a diferença - com a moldação virtual, em combinação com os dados de medição dos ensaios na fábrica piloto, esta validação torna-se possível e mostra todo o potencial do Sigmasoft.

Termoplásticos virtuais - e agora?

O objetivo desta colaboração não é a pura medição de termoplásticos, mas foram estabelecidas rotinas de medição e validação de um comportamento virtual dos termoplásticos. O resultado é um alto nível de transparência de dados. Os dados obtidos pela Dufner.MDT em torno da produção do Teddy e medidos no laboratório são convertidos para serem introduzidos no software como conjuntos de dados dos materiais virtuais, sendo possível, entre outras coisas, mapear com mais precisão as áreas de moldação por injeção anteriormente não mensuráveis na simulação. O objetivo geral é, mais especificamente, tornar a simulação mais precisa, o que, por sua vez, ajudará o utilizador. Dados robustos e precisos são criados para aumentar a qualidade dos dados e a precisão dos dados de medição para a indústria de plásticos - alcançando o maior benefício possível com os meios mais simples. Assim sendo, para além da precisão, é também uma questão de tratar os dados de forma consciente e deixá-los fazer parte de um ‘grande todo’.

Com os termoplásticos virtuais, torna-se possível obter um conhecimento preciso das condições de processo que devem prevalecer para um determinado plástico quando este é processado em peças em série com propriedades definidas. A vantagem: Saber exatamente o que é preciso fazer para obter os melhores resultados de produção antes do início da mesma.

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