30 June 2020
A Langer México fabricou uma máscara de proteção reutilizável em tempo recorde, por meio de um software CAD apropriado, além de máquinas de 5 eixos de alto desempenho e máquinas de descarga elétrica ultra-rápidas para confecção de matrizes (EDM para confecção de matrizes).
EDUARDO TOVAR
Editor, Modern Machine Shop México
Robert Kühn mostra a cavidade do molde finalizada em uma máquina de EDM para confecção de matrizes da Exeron.
A Langer México, uma empresa localizada em San Miguel de Allende, desenvolveu uma máscara reutilizável com filtros intercambiáveis, em colaboração com a CIMCo, a Dekosys e a RA-Filters. A ideia do projeto surgiu no último dia de março, quando as restrições de quarentena da COVID-19 se aproximavam do México. "Eu tinha visto o que estava acontecendo na China e na Europa e o que aconteceria nos Estados Unidos, e havia duas coisas de que precisávamos naquele momento: proteção contra o contágio e ajuda para pacientes infectados que precisavam de ventiladores", explica Robert Kühn, diretor técnico da Langer México.
Naquela mesma noite, quando teve a ideia, Robert analisou duas empresas que poderiam ajudá-lo a transformar o projeto em realidade. Uma delas é a Dekosys, que realizava injeção de plástico e que fica bem ao lado da Langer, no San Miguel Industrial Hub. A outra empresa é a CIMCo, representante da TopSolid. Robert tem um longo relacionamento profissional com seu proprietário e diretor, Hans Schwerdt.
"As duas empresas reagiram de forma rápida e positiva e me disseram que ficariam felizes em participar do projeto", explica Robert Kühn.
Em 1º de abril, Robert compartilhou sua ideia do projeto com eles e eles começaram a analisar vários modelos básicos, a ideia geral da máscara e como ela funcionaria. Em 1º de abril, a CIMCo começou a converter suas ideias em algo tangível, que foi impresso em 3D para produzir amostras com material que ainda não era flexível. Como a primeira amostra 3D era dura e rígida, eles usaram espuma para alguns dos testes. Após esses testes iniciais, foram feitas algumas alterações. Com uma equipe da CIMCo trabalhando em casa, 24 horas por dia, em constante comunicação com Robert Kühn por dois dias inteiros. "Nós nos comunicamos e discutimos assuntos por meio das mídias sociais, por telefone e por correio, até chegarmos a um design final em 3 de abril", explica Robert. No dia seguinte, eles terminaram de desenvolver o molde completo e, na noite de 4 de abril, o molde estava pronto para o início da produção da máscara em 5 de abril.
Para a fase de projeto, eles usaram o software TopSolid, com o qual já estavam trabalhando há dois anos: "As vantagens são enormes: na programação, documentação e execução, isso reduz o tempo de produção em 80% em comparação com o software que estávamos usando antes. Isso foi crucial para o projeto e eu sabia que o pessoal da CIMCo poderia nos dar um suporte excepcional no desenvolvimento da peça", explica Robert.
As etapas do design da máscara
Após ser contatada pela Langer México para apresentar uma ideia de uma máscara eficaz, reutilizável e confiável para a população em risco, coube à CIMCo fornecer suporte técnico e inclusivo para o desenvolvimento desse projeto.
"A primeira fase consistiu em uma série de propostas para o projeto 3D de um modelo de protótipo. Havia várias opções, cada uma com suas respectivas vantagens e desvantagens, desde as máscaras convencionais em forma de joelho até projetos mais sofisticados que ofereciam suporte aprimorado e uma melhor vedação ao redor das maçãs do rosto e do queixo, ou com peças montadas", explica Muganes Musharrafie, diretor de vendas e marketing da CIMCo.
Algumas das propostas iniciais para a máscara.
Após a discussão sobre as várias opções de design, a escolha recaiu sobre um dos modelos muito simples, mas que poderia ser reprojetado para adaptá-lo à nova necessidade e às condições específicas de uso. O novo projeto consistia em uma máscara de filtro intercambiável, com o filtro sendo fixado por um sistema de fixação de quatro pontos.
Modelo final.
"Da mesma forma, outras cavidades do molde foram adicionadas, juntamente com uma nova superfície para contato com o rosto do usuário e quatro anéis para prender uma alça na cabeça do usuário, em vez do sistema original, que envolvia a colocação de lâminas no molde", explica Muganes. O ponto de partida foi o modelo em formato STL mostrado na imagem 2.
Uma vez acordadas as alterações, as novas dimensões e a fixação, foi produzido um primeiro modelo de CAD para dar vida ao projeto. A plataforma usada foi o TopSolid'Design e o TopSolid'Mold, um modelador 3D ideal para projetar superfícies e formas irregulares, além do desenvolvimento de cavidades complexas e deformações não lineares.
Na primeira parte, a CIMCo forneceu a Robert Kühn o modelo 3D, o núcleo e a cavidade central da máscara.
Primeiro modelo CAD e metades superior e inferior do molde.
Usinagem sem supervisão.
"Depois que o projeto CAD do molde foi concluído, foi tomada a decisão de fazer uma alteração final, modificando a espessura da parede da máscara de 2 mm para 1 mm. Por fim, a vedação dos modelos foi verificada no TopSolid'Design para garantir que o modelo 3D pudesse ser importado com todas as suas características sólidas para qualquer plataforma CAD/CAM", explica Muganes.
O processo de design não parou por aí, pois, com o modelo CAD enviado à Langer Mexico, eles continuaram a trabalhar com o TopSolid'Mold para obter circuitos de resfriamento e, com o TopSolid, puderam identificar automaticamente quaisquer interferências entre os elementos e os acessórios. O resultado de todas as alterações, considerações e ajustes levou ao molde mostrado na imagem 4. Posteriormente, com a ajuda do TopSolid'Cam e dos modelos de usinagem desenvolvidos, a Langer realizou a usinagem sem necessidade de supervisão nas máquinas CNC Exeron.
Molde final.
"O TopSolid oferece uma vantagem competitiva porque é um software CAD/CAM escrito sobre um PDM. Isso significa que tudo o que projetamos com o software é vinculado em um banco de dados. Consequentemente, ao projetar um molde TopSolid ou qualquer outra peça, todos os elementos, processos e know-how da empresa são automaticamente vinculados e qualquer modificação afetará todas as fases: projeto, cavidades, circuitos de água, dissipador de calor, simulação de injeção, porta-molde, usinagem, biblioteca de componentes padrão, lista de materiais e até mesmo documentação eletrônica para a oficina", explica Muganes.
Produto final.
O TopSolid é um produto que lida com o projeto e a fabricação de todos os tipos de componentes, mas, para moldes, ele tem todas as ferramentas necessárias, como projeto com gerenciamento de versão e autorizações de projeto, projeto nos modos "remoto" e "colaborativo" envolvendo várias pessoas, geração do núcleo e da cavidade, produção de superfícies de escoamento, extração de eletrodos, análise de injeção plástica, cinemática de molde, revisão e rastreabilidade de modificações, geração de operações de usinagem de fresamento, torneamento e eletroerosão, BOM e documentação.
Fabricação de moldes
A CIMCo fornece informações com base nos requisitos de Robert Kühn, criando o molde em torno da peça em um único dia. Felizmente, as ferramentas e os materiais necessários para fazer o molde estavam disponíveis na oficina de Langer, o que ajudou a acelerar o processo de fabricação.
Eles começaram a fabricar o molde com a máscara em branco em uma máquina Trimill VC 1810, que tem um deslocamento de 18.000 mm x 1.000 mm e uma capacidade de mesa de até 10 toneladas. "Essa é uma das menores máquinas da empresa, mas é extremamente precisa. O eixo gira a até 12.000 rpm e é adequado para operações de desbaste e acabamento", explica Robert. 80% de todo o molde é feito nessa máquina, juntamente com 80% do acabamento da superfície, graças às propriedades da Trimill, uma máquina especializada em desbaste e acabamento com uma única configuração. A seleção dos processos sempre depende da forma a ser dada ao aço. No caso da máscara, muitas zonas exigem ferramentas menores que 0,8 mm com requisitos rigorosos. Portanto, para trabalhar em diferentes locais do molde, foram usadas altas velocidades de rotação para realizar o processo. "Obviamente, esse tipo de ferramenta não é muito longo, portanto, a ferramenta precisa ser trazida para muito perto da peça formada, o que não é possível com apenas 3 eixos, portanto, foi necessário usar a usinagem de 5 eixos", explica Kühn. A maioria das partes externas e internas do molde da máscara foi usinada dessa forma.
Esse foi o caso dos circuitos de resfriamento do molde, onde um centro de usinagem Exeron HSC 600 de 5 eixos teve que ser usado com uma velocidade de ferramenta de 42.000 rpm. "Nessa máquina, a usinagem foi extremamente rápida e fácil. Normalmente, levamos mais tempo para preparar as peças na máquina do que para a usinagem em si, mas, felizmente, temos processos automatizados de erosão e fresamento", explica Robert. Para todos os processos nas máquinas da oficina, a Langer usa sistemas de fixação de ponto zero da Erowa, bem como placas magnéticas que tornam a preparação extremamente rápida. "Geralmente, o processo de usinagem é mais rápido do que a instalação das peças", explica Robert Kühn.
Em seguida, realizaram o acabamento de 5 eixos nas superfícies complexas e, mais tarde, as cavidades do molde foram usinadas usando a usinagem de descarga elétrica para afundamento de matriz em uma máquina Exeron. "Essas EDMs são as máquinas mais rápidas do mercado mundial e, graças a essa tecnologia, conseguimos realizar a usinagem EDM das cavidades em um período de tempo excepcionalmente curto. Essas máquinas têm a última geração de programação e geradores, o que significa que conseguimos realizar a usinagem EDM duas vezes mais rápido do que qualquer outra marca no mundo. Essa tecnologia foi lançada no início de 2020 e pode atingir uma velocidade VDI 2 com cobre e VDI 7 com grafite em tempo recorde", explica Robert Kühn.
A injeção foi realizada pela empresa Dekosys, a 10 metros de distância das instalações da Langer. Essa empresa geralmente fabrica peças eletrônicas para o setor automotivo e tem uma capacidade de produção considerável com as mais modernas máquinas de injeção. A máscara como produto acabado sai das salas de montagem e embalagem, onde há um ambiente de superfície com pressão positiva. A limpeza nesses corredores é semelhante à de hospitais. Atualmente, estão sendo produzidas 5.800 máscaras por dia, graças ao design interno do molde e ao seu sistema de resfriamento. O ciclo completo de injeção leva menos de 15 segundos.
Essa máscara foi criada com o objetivo de ajudar. "O que estamos tentando fazer agora é vender o maior número possível para aqueles que realmente precisam, visando grandes empresas que precisam ou precisarão em breve fornecer proteção e segurança a seus funcionários, porque essa situação estará conosco não apenas por algumas semanas, mas por vários meses", explica Robert Kühn.
"Esse projeto é o resultado de uma união entre a Langer México e a CIM Concept, duas empresas comprometidas e responsáveis que trabalham com o povo mexicano nessa situação que afeta a todos. O projeto também é um símbolo do esforço técnico e dos recursos empenhados por ambas as partes, bem como da eficácia comprovada do uso de designs e elementos de molde existentes. Esperamos que esse produto seja útil e ajude a mitigar a escassez de máscaras no mercado", conclui Muganes Musharrafie.
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