Esta dissertação enquadra-se num conjunto de estudos com o tema central da Qualidade, aplicado neste caso ao sector da indústria de moldes. O estudo baseia-se na análise estatística de informação obtida através de inquéritos com o objectivo de encontrar parâmetros e variáveis determinantes para o sucesso desta indústria. A indústria de moldes metálicos (produzidos para injecção de materiais plásticos), ou para fundição injectada, ou ainda para produção de vidro), é um dos sectores mais importantes da indústria portuguesa devido ao elevado volume de negócios e de exportação. Este tema é de grande relevância, nomeadamente económica, pois este sector assume um papel importante na economia nacional, com a agravante de esta ser uma indústria essencialmente exportadora, o que resulta numa transposição, por parte desta, de alguma imagem da indústria nacional no Exterior.

O uso de componentes injetados de plástico aumentou nos últimos anos na maioria dos segmentos industriais. Como resultado, os processos envolvidos no projeto e na fabricação de moldes de injeção ganharam uma significativa atenção devido a grande complexidade, necessidade de baixo custo e, principalmente, curto tempo de manufatura. O uso de técnicas de Prototipagem e Ferramental Rápido (Rapid Prototyping/Rapid Tooling) surgiram como opções para esse setor, visando à rápida obtenção de peças protótipos. Porém, um dos desafios ainda presente está em garantir que as peças protótipos resultantes dessas técnicas atendam todas as dimensões solicitadas em aplicações reais. Este trabalho aborda a aplicação de materiais alternativos para a fabricação de moldes híbridos de injeção, dentro do conceito de Ferramental Rápido, com o objetivo de contribuir para uma melhor compreensão da influência desses materiais na qualidade final das peças protótipos obtidas. Um molde experimental, instrumentalizado com sensores de temperatura e, com uma das cavidades intercambiável, foi projetado e manufaturado para a injeção de uma peça de referência. As diferentes propriedades dos materiais utilizados na cavidade intercambiável, principalmente as propriedades térmicas, foram analisadas, bem como a influência dessas no produto final. Doze configurações diferentes (material da cavidade temperatura do molde) foram definidas para a obtenção de amostras. O experimento foi definido com o apoio de simulação matemática computacional. As amostras obtidas foram analisadas com relação as suas propriedades mecânicas (resistência ao impacto e à tração), propriedades físicas (dimensionamento, estudo morfológico e de cristalinidade) e propriedades químicas onde o grau de contaminação por metais pesados foi avaliado. As conclusões obtidas nesse trabalho mostram a importância da influência do material da cavidade do molde, e apresentam uma correlação das diferentes variáveis de processo com as propriedades obtidas nas peças protótipos injetadas através de técnica de Ferramental Rápido. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-14T19:23:43Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Deives R Bareta.pdf: 9212045 bytes, checksum: 2808a91c52ab325c093e19f6e0199ed0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-14T19:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Deives R Bareta.pdf: 9212045 bytes, checksum: 2808a91c52ab325c093e19f6e0199ed0 (MD5) / The application of plastic components has grown significantly in most of industrial segments during last years. This has attracted considerably attention for the injection mould design and manufacturing processes, which is one of the most expensive phases of injected plastic components development process. Techniques such as Rapid Prototyping/Rapid Tooling have appeared as potential solution in the field. However, one issue not resolved is how the prototypes obtained by these techniques can attend all features demanded by a true prototype. This research explores the application of softer alternative material to hybrid prototype injection moulds within the concept of rapid tooling, providing a better understanding about the influence of these materials in the final properties of plastic injected prototypes. An experimental injection mould, assembled with temperature sensors, and with interchangeability of the moulding blocks (core and cavity) has been designed and manufactured based on a tubular reference component. The different properties of the core materials, in special thermal, have been analyzed, as well as their influence on the reference component. A set of twelve configurations (core material mould temperature) have been defined to obtain the samples. Mathematical computational simulation was used to identify the more appropriate injection moulding parameters. The final samples have been analyzed in terms of mechanical properties (stress-strain and impact), physical properties (dimensions, morphology and crystallinity) and chemical properties. The conclusions show the influence of alternative materials, applied to core injection mould, on the final injected components. Also, a relationship between the different injection moulding parameters and the final prototype component properties are discussed.

Apresenta uma metodologia para o projeto e fabricação de moldes para prensagem isostática de pó cerâmico (alumina) utilizando ferramentas computacionais CAD/CAE associadas à tecnologia de Prototipagem Rápida. O processo de prensagem isostática é simulado utilizando o método dos elementos finitos. Para a representação da compactação do pó cerâmico é utilizado o modelo de Drucker-Prager/cap e para a representação do comportamento do material elastomérico é utilizado o modelo hiperelástico de Mooney-Rivlin, ambos disponíveis no programa ABAQUS. Tal simulação visa obter o projeto do molde de forma mais rápida e precisa, ajustando-o até que se alcance um molde adequado para produzir um compacto com uma quantidade de sobrematerial ideal para o processo de usinagem a verde. Para isso utilizou-se como estudo de caso uma esfera cerâmica para implante de quadril. Um protótipo virtual do molde adequado obtido das simulações é então modelado e reproduzido em plástico ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) pela tecnologia de Prototipagem Rápida FDM (Fused Deposition Modeling). Esse protótipo físico é a base para o desenvolvimento de matrizes rígidas e em silicone, que são utilizadas para a confecção da parte flexível do molde (matriz elastomérica) e de partes rígidas como a gaiola suporte obtidas por vazamento dos polímeros. Constatou-se a viabilidade da utilização da metodologia de projeto e fabricação do molde para prensagem isostática, considerando que as simulações mostraram-se bastante coerentes com os resultados experimentais obtidos de componentes prensados. / This work presents a methodology for the design and fabrication of ceramic powder isostatic pressing moulds using CAD and CAE tools and Rapid Prototyping. The isostatic pressing process was simulated using the finite element method. The compaction behavior of ceramic powder is described by the Drucker-Prager/cap constitutive model and the behavior of elastomeric material is described by the Mooney-Rivlin constitutive model within the commercial finite element software ABAQUS®. These simulations are required to adjust the mould design in order to suit the geometry of the compact and green machining allowance. For this study, it is used a case study consisting of pressing a ceramic sphere for hip implant stem. A virtual prototype was designed from the geometry obtained from the simulations and reproduced in Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) polymer, using the Rapid Prototyping technology - Fused Deposition Modeling (FDM). Silicone moulds were obtained from the polymer prototype and used to aid in the making of the elastomeric bag and mould support cage. The methodology used in this investigation was validate considering that the simulations yield to a good agreement with measured manufactured components.

O uso de componentes injetados de plástico aumentou nos últimos anos na maioria dos segmentos industriais. Como resultado, os processos envolvidos no projeto e na fabricação de moldes de injeção ganharam uma significativa atenção devido a grande complexidade, necessidade de baixo custo e, principalmente, curto tempo de manufatura. O uso de técnicas de Prototipagem e Ferramental Rápido (Rapid Prototyping/Rapid Tooling) surgiram como opções para esse setor, visando à rápida obtenção de peças protótipos. Porém, um dos desafios ainda presente está em garantir que as peças protótipos resultantes dessas técnicas atendam todas as dimensões solicitadas em aplicações reais. Este trabalho aborda a aplicação de materiais alternativos para a fabricação de moldes híbridos de injeção, dentro do conceito de Ferramental Rápido, com o objetivo de contribuir para uma melhor compreensão da influência desses materiais na qualidade final das peças protótipos obtidas. Um molde experimental, instrumentalizado com sensores de temperatura e, com uma das cavidades intercambiável, foi projetado e manufaturado para a injeção de uma peça de referência. As diferentes propriedades dos materiais utilizados na cavidade intercambiável, principalmente as propriedades térmicas, foram analisadas, bem como a influência dessas no produto final. Doze configurações diferentes (material da cavidade temperatura do molde) foram definidas para a obtenção de amostras. O experimento foi definido com o apoio de simulação matemática computacional. As amostras obtidas foram analisadas com relação as suas propriedades mecânicas (resistência ao impacto e à tração), propriedades físicas (dimensionamento, estudo morfológico e de cristalinidade) e propriedades químicas onde o grau de contaminação por metais pesados foi avaliado. As conclusões obtidas nesse trabalho mostram a importância da influência do material da cavidade do molde, e apresentam uma correlação das diferentes variáveis de processo com as propriedades obtidas nas peças protótipos injetadas através de técnica de Ferramental Rápido. / The application of plastic components has grown significantly in most of industrial segments during last years. This has attracted considerably attention for the injection mould design and manufacturing processes, which is one of the most expensive phases of injected plastic components development process. Techniques such as Rapid Prototyping/Rapid Tooling have appeared as potential solution in the field. However, one issue not resolved is how the prototypes obtained by these techniques can attend all features demanded by a true prototype. This research explores the application of softer alternative material to hybrid prototype injection moulds within the concept of rapid tooling, providing a better understanding about the influence of these materials in the final properties of plastic injected prototypes. An experimental injection mould, assembled with temperature sensors, and with interchangeability of the moulding blocks (core and cavity) has been designed and manufactured based on a tubular reference component. The different properties of the core materials, in special thermal, have been analyzed, as well as their influence on the reference component. A set of twelve configurations (core material mould temperature) have been defined to obtain the samples. Mathematical computational simulation was used to identify the more appropriate injection moulding parameters. The final samples have been analyzed in terms of mechanical properties (stress-strain and impact), physical properties (dimensions, morphology and crystallinity) and chemical properties. The conclusions show the influence of alternative materials, applied to core injection mould, on the final injected components. Also, a relationship between the different injection moulding parameters and the final prototype component properties are discussed.

Metalurgia do pó é o uso de metais na forma de pó para a manufatura de produtos. Pós metálicos são combinados (misturados) e compactados em um molde. O material compactado recebe um tratamento térmico ou é sinterizado em um ambiente controlado para a união das partículas para formar um produto denso e resistente. Injeção de pós metálicos tem se destacado mundialmente na produção de componentes de pequenas dimensões e formas complexas em substituição a fundição sob pressão e a sinterização convencional. Atualmente a injeção de pós metálicos está se tornando uma opção competitiva relativamente à peças fundidas, forjadas, usinadas e estampadas. O presente trabalho revisa as técnicas de injeção de pós metálicos e aplica o processo de injeção à baixa pressão utilizando pó de aço inoxidável 316L com granulometria fina (15 &#956m). Os produtos injetados, uma vez extraídos o VO e sinterizados, foram submetidos à ensaios de tração, dureza e micrográficos. Os resultados obtidos são apresentados e discutidos. O trabalho, para a sua viabilização, incluiu a reforma de uma injetora de bancada à baixa pressão e a construção de moldes de injeção. / Powder metallurgy is the use of metals in the powder form for the manufacture of products. Metallic powders are combined (mixed) and compacted in a die. The compacted material receives a thermal treatment or it is sintered in an controlled atmosphere for the particle binding to form a dense and resistant product. lnjection of metallic powders has if globally highlighted in the production of components of small dimensions and complex forms in substitution the pressure casting and the conventional sintering. Nowadays the injection of metallic powders is becoming relatively a competitive option than casting, forging, machining and stamping. The present work revises the techniques of injection of metallic powders and it applies the injection process to the low pressure using powder of stainless steel 316L with fine granulation (15 &#956m). The injected products, once debinded and sintered, were submitted to tensile test, hardness and micrography. The results are presented and discussed. In this work, included the reform of a low pressure injection machine and construction of injection dies.

Este estudo avaliou a habilidade de duas técnicas, uma convencional e uma de transferência direta do molde, para a montagem do modelo de gesso maxilar no articulador. Um único paciente do sexo feminino, 39 anos, portador de arcada superior de Classe I de Kennedy (desdentado posterior bilateral) foi usado para esta investigação. Foram obtidos 20 modelos de gesso em cada técnica, totalizando 40 montagens nos articuladores. Com o modelo maxilar montado, cada articulador foi fotografado do mesmo lado direito da radiografia em norma lateral da paciente, obtida com o arco facial montado em sua face. As medidas analisadas nos traçados realizados sobre as fotografias e na radiografia, foram obtidas calculando-se o ângulo entre a interseção do plano oclusal da maxila e o plano de referência horizontal (plano de Frankfurt), representado pelo arco facial na radiografia da paciente, comparando-o com o ângulo entre o plano oclusal do modelo de gesso e o ramo superior do articulador em ambas as técnicas, por meio do software UTHSCSA Image Tool. O dados foram submetidos à análise estatística. Os resultados deste estudo demonstraram uma capacidade maior de reprodução daquele ângulo quando uma técnica de transferência direta do molde é usada. Da mesma maneira, foi verificado uma distorção significante na reprodutibilidade dos modelos montados pela técnica convencional. / This study assessed the ability of two techniques to mount the maxillary cast in the articulator, a conventional technique and one of direct transfer of the maxillary arch impression from the patient\'s mouth to the articulator. A single female subject, 39 years old, with a partially edentulous arch, Kennedy´s Class I, was used in this investigation. It was obtained 20 casts in each technique, totaling 40 cast mountings in the articulators. With the maxillary cast mounted, each articulator was photographed in the same right side of the lateral skull cephalometric radiograph of the patient with the face-bow mounted in her face. The measures obtained by the photographic and cephalometric tracings were evaluated by calculating the angle made by the intersection of the maxillary occlusal plane with craniofacial horizontal reference plane (Frankfort´s plane) on the patient´s cephalogram and comparing it with the angle between the occlusal plane of the cast with the upper member of the articulators in both techniques using the UTHSCSA Image Tool computerized program. The measuring data was submitted to the statistical analysis. The results of this study demonstrated a better capacity of reproduction of that angle when a direct transfer technique is used. In the same way, it was found a significant low level of reproducibility in mounting the maxillary cast when a conventional technique is used.

O propósito desse trabalho foi o de produzir lentes biconvexas pelo processo de injeção para serem utilizadas no ensino de óptica geométrica e de ciências nos níveis fundamental e médio. A importância de tal trabalho se justifica na carência de material experimental didático produzido no mercado nacional. Para atingir os objetivos propostos, foi necessário estudar o processo de injeção de termoplásticos e adequá-lo à produção de um componente óptico. No desenvolvimento do trabalho, foi projetado e confeccionado um molde para injeção das lentes, segundo especificações técnicas e apoiado em resultados obtidos através de simulações numéricas. Após a realização de testes de injeção, seguiu-se a caracterização das lentes obtidas através de parâmetros ópticos: transparência, birrefrigência, índice de refração, distância focal, raio de curvatura e FTM / The purpose of this work was the development and production of acrylic biconvex lens by injection process to be used in optical and science teaching at elementary and high schools. The importance of such work is based in the deficiency of experimental didactic material made in Brazil. In order to achieve the intended objective it was necessary to study the thermoplastic injection process and adapt it to the fabrication of an optical element. During the development of the work a mold was designed and constructed in according to technical specifications and based on results of numerical simulations. After the injection tests the lens were characterized by theirs optical parameters: transparency, birefringence, refraction index, focal distance, curvature radius and MFT

La presente Tesis Doctoral se centra fundamentalmente en el desarrollo práctico de un proceso técnico personal sobre la construcción de matrices para grabado mediante la elaboración de moldes. Por este motivo el trabajo se divide en dos bloques. Un primer bloque, constituido por un capítulo, que se centra en la investigación y el conocimiento de los antecedentes artísticos relacionados con el relieve, la materia y la utilización de los moldes en el mundo de la obra gráfica, además, del análisis de la obra de los artistas más representativos. Este primer capítulo representa una visión personal sobre el relieve en la obra gráfica contemporánea y los descubrimientos técnicos referentes a esta cualidad. Esta visión parte de las Vanguardias artísticas, donde aparece un nuevo interés por la materia y el relieve en las obras de arte, pasando por la aparición del llamado "grabado matérico" en la segunda mitad del siglo XX, influenciado por técnicas escultóricas, hasta llegar a la actualidad. Por lo que respecta al segundo bloque está centrado en la parte del desarrollo práctico del proceso técnico de construcción de matrices. Este segundo bloque está formado por cinco capítulos, el primero de todos está dedicado al estudio de los materiales de construcción de las matrices: las resinas sintéticas y las siliconas. El segundo constituye uno de los capítulos más importantes de la tesis en el que se desarrolla todo el proceso de construcción de las matrices de grabado mediante el proceso de moldes y la investigación comparativa de los materiales sintéticos utilizados en cada una de las matrices realizadas. En el tercero se desarrolla la estampación de las matrices y se analiza la respuesta de la estampación, además, del método de entintado, resistencia a la presión y el resultado estético obtenido. En el cuarto se hace un estudio a cerca del soporte más utilizado en la obra gráfica, el papel, además, de la utilización de la pulpa de papel como una técnica esencial para la obtenc / Ruiz Ruiz, MDC. (2008). El molde de bloque como matriz. Una mirada personal al relieve en la gráfica contemporánea [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3785 / Palancia

Atualmente, nota-se um crescimento na fabricação de produtos utilizando moldes e matrizes contendo formas geométricas complexas. No entanto, a fabricação destes ferramentais onde se emprega, principalmente, operações de fresamento, não tem acompanhado esta evolução com a mesma velocidade. O advento dos sistemas CAD/CAM, máquinas CNC e da tecnologia de usinagem em altas velocidades (HSC) influenciaram positivamente a fabricação de superfícies complexas. Contudo, nota-se ainda ineficiências neste processo produtivo. A qualidade superficial após as operações de usinagem ainda não é suficiente para que estes ferramentais entrem diretamente na linha de produção. Assim, operações manuais de acabamento são exigidas, elevando o tempo e custo de produção, comprometendo a qualidade dimensional. Com a finalidade de aprimorar a fabricação de moldes e matrizes, este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a usinagem HSC; um estudo sobre a força de usinagem para o fresamento de formas complexas e uma análise sobre a metodologia utilizada por sistemas CAD/CAM e CNC para gerar e interpretar programas NC que contenham movimentações complexas de ferramenta. Análises práticas foram realizadas em um centro de usinagem HSC, e os resultados indicam que as limitações tecnológicas atuais na cadeia CAD/CAM/CNC limitam a usinagem de formas complexas com altas velocidades, reduzindo a velocidade de avanço programada e que as características intrínsecas deste processo de remoção de material demonstrou ser bastante complexo, acarretando em constantes alterações na força de usinagem / In recent years the number of products containing free-form shapes produced by dies and molds have been growing noticeably. However, the milling process used to manufacture those dies and molds does not meet their requirements. The arrival of the CAD/CAM systems and the High Speed Cutting Technology (HSC) helps to improve this manufacturing process. Although to obtain the surface quality needed to meet the dies and molds requirements, a hand finishing still requires. It involves time, money and decrease the product quality. Technological limitations in the CAD/CAM/CNC chain limit the feed rate when milling free-form shape. It also has a negative effect on the surface roughness. Besides, this kind of milling still lacks scientific knowledge of the cutting process. With the aim to support the dies and moulds fabrication, this work presents an overview about HSC Technology; the cutting forces in a non-planar milling; the cutting tool deflection; a detailed description of the process chain involving the CAD/CAM/CNC systems and the methodologies used by those systems to generate and accomplish free-free tool-paths. Free-form milling experiments applying the HSC Technology were made to study the behavior of this process, and the outcomes are presented

Atualmente, devido à globalização das empresas e de seus produtos, tem havido uma competição acirrada no mercado mundial entre as organizações. Estas empresas se veêm obrigadas a contemplar as expectativas do mercado quanto à alta tecnologia, a qualidade do produto, os baixos custos e a redução dos tempos de desenvolvimento do produto. Todo este mecanismo gera uma busca contínua de desenvolvimento da tecnologia dentro das empresas na área de fabricação, as quais estão intimamente relacionadas ao surgimento de novos materiais de difícil usinagem, assim como de novos revestimentos para ferramentas e de máquinas-ferramentas cada vez mais rápidas e eficientes. A utilização da tecnologia de usinagem com altas velocidades de corte – HSM (High Speed Machining) tem demonstrado grande eficiência para a fabricação de moldes e matrizes com formas complexas, propiciando uma vantagem competitiva para as organizações. Entretanto, o fresamento de formas complexas ainda apresenta vários gargalos na linha produção. Após as operações de desbaste, além do sobremetal deixado para as operações de acabamento, um volume excedente de material indesejado permanece na geometria. Este volume está relacionado à estratégia de desbaste em 2 1/2 eixos, ao grau de curvatura da superfície e à geometria da ferramenta de desbaste. Por não ser uniforme esta quantidade excedente de material acaba prejudicando o processo, especialmente quando uma das exigências é uma extrema precisão dimensional. Este trabalho procura identificar as características mais relevantes para preservar a qualidade superficial em função da flexão da ferramenta, devido a esse excedente de sobremetal. Desta forma, as variáveis de influência consideradas foram o balanço e o diâmetro da ferramenta, sua trajetória e o volume não-uniforme de material a ser removido. Os piores valores de rugosidade ocorreram com o máximo balanço independentemente de sua inclinação. Também foi possível constatar que a estratégia de usinagem ascendente gerou uma melhor rugosidade comparada com a descendente. Contudo em superfícies com pouca inclinação horizontal e com variações bruscas de sobremetal a usinagem descendente obteve melhores resultados do que a ascendente. / Nowadays the companies and their products have become global and, consequently, are facing an intense competition in the world market. These companies are forced to match the expectations of the market regarding technology, product quality, low costs and reduction of product development time. This entire mechanism generates continue search for the development of manufacturing technology, which are intimately linked to the arise of new and difficult to cut materials, as well as of new coatings for tools, fast and more efficient machine-tools. The use of high speed milling has demonstrate to be of great efficiency for the production of moulds and dies with complex forms, leading to a competitive advantage for companies. However, milling complex form still presents several bottle necks in the production line. After the roughing operations, besides the stock removal left for the finishing operations, an extra volume of unwanted material remains on the workpiece. This material is related to the roughing strategy in 2 1/2 axes, to the degree of curvature of the surface and the geometry of the cutting tool. Since the distribution of that material is not uniform, it affects the product quality, especially when one of the requirements is a high dimensional precision. The present work aims at identifying the most important characteristics necessaries to obtain a good high superficial quality despite of the tool flexion during cutting. The tool length and its diameter are considered as well as the cutting strategy to remove the stock and its excess. The highest roughness values occurred with the largest in-balance length, independently on the surface inclination. It was also verified that for some cases upward cutting has produced smaller roughness being compared to the downward strategy. However, on surfaces with little horizontal inclination and with abrupt variations of stock removal the downward cutting can produce better result than upward cutting.