Melhorando a eficiência da moldagem por injeção com resfriamento conformal
Fundada em 2007, Corporação Ferroviária Oriental construiu uma reputação em projetar soluções sustentáveis e de alta qualidade para a infraestrutura do Metro Rail nos EUA. Para um componente específico — um isolador que isola o terceiro trilho eletrificado em sistemas subterrâneos de metrô — a Japanese Rail precisava atualizar o materials para atender aos padrões de segurança. Uma mudança para o sulfeto de polifenileno (PPS) posteriormente exigiu uma reavaliação do molde existente. Para lidar com esse problema, a Japanese Rail abordou a Linear AMS, uma empresa da Shapeways, buscando parceria na criação de uma solução inovadora para aprimorar a funcionalidade e a eficiência.
A Japanese Rail é uma cliente de longa knowledge, dando suporte a agências de trânsito em áreas metropolitanas como Nova York, Washington, DC e Miami, onde sistemas ferroviários urbanos frequentemente operam em túneis subterrâneos. Tal ambiente demanda componentes com propriedades dielétricas específicas, protegendo contra cargas elétricas indesejadas e permitindo um gerenciamento mais eficaz de linhas de trem subterrâneas.
Incorporando tecnologia avançada de resfriamento
Os fabricantes de moldagem por injeção frequentemente enfrentam desafios relacionados a longos tempos de ciclo, qualidade das peças e eficiência geral. A tecnologia de resfriamento conformal resolve especificamente esses problemas. Confiando na impressão 3D para personalização e eficiência, o resfriamento conformal se adapta para caber em moldes industriais.
Em contraste com os métodos convencionais, que são restritos à usinagem em linhas retas, as linhas conformais são projetadas para seguir o formato da própria peça, levando a uma temperatura mais consistente durante todo o estágio de resfriamento da peça. Isso significa que as peças têm menos probabilidade de deformar, enquanto também resfriam até 50% mais rápido. Com o resfriamento conformal, os fabricantes podem reduzir seu tempo de ciclo e aumentar sua produtividade, tudo isso enquanto melhoram a qualidade da peça.
Para a Japanese Rail, a integração dessa tecnologia produziu temperaturas mais consistentes nas ferramentas, levando a ciclos de produção mais eficientes, satisfazendo requisitos rigorosos para sistemas ferroviários confiáveis e eficientes.

Melhorando ferramentas para materiais complexos
Inicialmente, a Japanese Rail enfrentou desafios devido ao design complexo das peças e às características do molde central, combinados com a natureza do Xencor™ PPS LGF-3045, um polissulfeto de fenileno (PPS) reforçado com fibra de vidro longo de 45%.
Ao mesmo tempo em que fornece propriedades benéficas como resistência ao calor e durabilidade, o PPS também apresenta dificuldades de fabricação. A Linear realizou uma análise abrangente, revelando que as ferramentas existentes da Japanese Rail com resfriamento convencional – em combinação com um materials PPS – não produziriam uma peça moldável.
“Eu sabia que uma nova abordagem seria necessária com a mudança de materials”, disse Mickey Morales, CEO da Japanese Rail. “Depois de trabalhar com a Linear na última década, eu estava confiante em sua experience em engenharia e sabia que eles eram capazes de entregar a solução dinâmica que este projeto precisava.”
Para resolver esses problemas, a Linear e a Japanese Rail trabalharam lado a lado durante meses na criação de protótipos e testes, experimentando moldes e a integração de linhas de resfriamento conformadas impressas em 3D.
Após a revisão inicial, a equipe sugeriu fazer a mudança para um molde de aço em vez de alumínio para volumes de produção. O materials PPS é altamente corrosivo e deterioraria o molde de alumínio. A transição para um molde de aço também abriu a possibilidade de usar resfriamento conformal para permitir melhor controle térmico. Além disso, com base nos requisitos de temperatura de moldagem do PPS, a equipe determinou que óleo quente seria necessário para manter a temperatura da ferramenta, ao contrário da água, que é mais comumente usada.
“A mudança para moldes de aço transformou significativamente nossa abordagem, trabalhando muito melhor com as características únicas do PPS e a necessidade de um ambiente de moldagem preciso e controlado”, disse John Tenbusch, Diretor de Vendas Automotivas da Shapeways.

“Depois de trabalhar com a Linear (uma empresa Shapeways) na última década, eu estava confiante em sua experiência em engenharia e sabia que eles eram capazes de entregar a solução dinâmica que este projeto precisava.”
Mickey Morales, CEO da Japanese Rail
Reduzindo os tempos de ciclo e melhorando a qualidade das peças
A introdução do resfriamento conformal foi altamente eficaz, gerando uma melhoria notável na eficiência depois que a Linear introduziu ferramentas de aço. A implementação do resfriamento conformal levou a um ajuste de design que cortou significativamente os custos. Insertos intercambiáveis, geralmente exigindo três núcleos, foram reduzidos a apenas um.
“Tivemos que incorporar o resfriamento de uma forma ou de outra”, disse David Dickerson, gerente de serviços ao cliente da Shapeways. “Sem o resfriamento conformal, não poderíamos ter feito as peças intercambiáveis que precisávamos para os vários tamanhos do isolador.”
Com os novos moldes de aço e insertos de resfriamento conformal, a equipe da Linear conseguiu reduzir o tempo de ciclo de 181 segundos para 138 segundos, refletindo uma melhoria de 23%. O tempo de produção reduzido permite que mais peças sejam feitas, reduzindo o custo da peça e o custo geral do programa, sem sacrificar a qualidade da peça. As temperaturas mais uniformes e controladas também levaram à produção de peças de maior qualidade e mais confiáveis.
Embora a fase inicial de prototipagem e teste tenha exigido tempo e investimento financeiro significativos, a economia de custos a longo prazo mais do que justificou o gasto inicial. A durabilidade aprimorada do materials, as menores necessidades de manutenção e as maiores velocidades de produção contribuíram coletivamente para uma vantagem econômica significativa a longo prazo para a Japanese Rail.
“Embora tenhamos encontrado alguns obstáculos durante nossa jornada, a equipe de especialistas da Linear foi novamente capaz de fornecer uma solução altamente projetada, ao mesmo tempo em que proporcionou benefícios de economia de custos”, disse Mickey Morales, CEO da Japanese Rail.

Alinhamento com considerações regulatórias e ambientais
A abertura da Japanese Rail a novas soluções permitiu melhorias com benefícios de curto e longo prazo, atendendo às necessidades específicas do setor e mantendo o compromisso com materiais ecologicamente corretos e a conformidade regulatória.
Este estudo de caso oferece insights úteis para resolução de problemas relacionados a materiais, ferramentas e resfriamento. Essas soluções podem ser aplicáveis a outros setores de manufatura também. No geral, este projeto mostra o valor do trabalho em equipe, inovação e excelência na manufatura
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