O progresso da investigação aponta para o potencial da Baixa

14 de abril de 2023

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A moldagem por injeção de pó de baixa pressão (LPIM) e a moldagem por injeção de pó de alta pressão (HPIM) são processos de fabricação essencialmente semelhantes. No entanto, o processo LPIM requer o uso de matérias-primas de baixa viscosidade entre 1,5 e 4,0 Pa·sec para aproveitar pressões de injeção mais baixas, inferiores a 1 MPa. As pressões de injeção de HPIM normalmente variam entre 20 e 200 MPa, usando, por exemplo, uma máquina de moldagem com uma unidade hidráulica complexa, pistões e fusos para processar matérias-primas com viscosidades variando entre 100 e 1000 Pa·seg.

As máquinas de moldagem LPIM, por outro lado, tendem a usar mecanismos hidráulicos simples e são geralmente menores em tamanho, resultando em menores custos de equipamento, menor consumo de energia, menor desgaste do molde, menor contaminação da matéria-prima pelo desgaste do fuso ou do pistão, adesão mínima da mistura ao molde, e não separação da matéria-prima ligante do pó metálico.

O LPIM tem sido utilizado com sucesso na produção de componentes cerâmicos em volumes baixos e elevados há várias décadas, enquanto o HPIM tem, nos últimos trinta a quarenta anos, concentrado principalmente na produção em alto volume de uma ampla gama de materiais, incluindo ligas, materiais duros metais e cerâmicas para componentes de formatos relativamente pequenos e altamente complexos. No entanto, o LPIM está atraindo a atenção dos produtores de HPIM e dos usuários de componentes devido às economias potenciais através do uso de equipamentos de moldagem por injeção de menor custo e tamanho reduzido, ao desenvolvimento de ligantes de matéria-prima com melhor fluidez usando polímeros de baixo peso molecular e à eliminação de múltiplas etapas de desvinculação que são necessárias no HPIM. Pesquisas recentes mostraram que o LPIM também pode ser um processo econômico para prototipagem e produção em pequenas séries de componentes complexos à base de metal com formato quase final e alto valor agregado, como para aplicações aeroespaciais e médicas. No entanto, o principal desafio para a adoção do LPIM é a composição da matéria-prima, o que afeta questões associadas à moldagem por injeção e subsequente desligação.

Para avaliar o potencial futuro do LPIM, um grupo de investigadores da Montanuniversitaet Leoben, Áustria, (V Momeni, M Hufnagl, Z Shahroodi, S Schuschnigg, C Kukla e C Holzer), e do Instituto de Ciência e Tecnologia do Luxemburgo ( J Gonzalez-Gutierrez), produziu um levantamento abrangente de pesquisas publicadas sobre as características de todas as etapas de processamento em LPIM, incluindo as características dos pós metálicos e cerâmicos utilizados, ligantes, moldagem, desligação e sinterização. A pesquisa de 44 páginas, incluindo 226 referências de trabalhos de pesquisa acadêmica e industrial, foi publicada online em Materials, 16, 379, 23 de dezembro de 2022.

Os autores da revisão relataram que grupos de pesquisa usaram LPIM para produzir peças de uma variedade de ligas metálicas, incluindo ferro, aço inoxidável 316L, superliga Inconel 718 e cerâmicas e carbonetos cimentados, na faixa de 100 a 10.000 unidades. Descobriu-se que os esforços de pesquisa atuais estão focados no desenvolvimento de métodos experimentais e simulações numéricas para examinar o impacto das características do pó, parâmetros de injeção e propriedades/características da matéria-prima no pó metálico e na segregação do ligante durante o LPIM.

No que diz respeito à matéria-prima, foi afirmado que os ligantes multicomponentes de baixa viscosidade normalmente utilizados no LPIM têm sido amplamente baseados em cera de parafina (PW), o que garante excelentes capacidades de moldagem e promove interações pó-aglutinante e estabilidade da matéria-prima, resultando em pouca segregação. Diz-se que tais sistemas aglutinantes à base de cera de baixa viscosidade excluem os polímeros devido ao seu elevado peso molecular.

Afirmou-se que o uso de maior carga de pó para matéria-prima LPIM geralmente não é desejável, pois poderia gerar problemas e complicações relacionadas ao processo, como aglomeração, falta de homogeneidade na matéria-prima e defeitos diferentes em cada etapa. Além disso, a ausência de elementos no ligante que auxiliem na retenção da forma em altas temperaturas indica que a desligação e sinterização precisas devem ser realizadas com cuidado extra. Também pode ser um desafio obter excelentes características mecânicas com a menor carga de pó na matéria-prima LPIM em comparação com a matéria-prima HPIM.