Definição e análise de requisitos de qualidade em micro componentes em plástico

Abstract

A microinjecção tem vindo a assumir um papel preponderante no mundo da indústria no que diz respeito à obtenção de micro-peças a baixo custo. Esta dissertação aborda os conceitos inerentes à simulação numérica do processo de obtenção de micro-peças por injecção, por recurso a softwares comerciais. Para isso, procedeu-se a um estudo reológico que permitisse analisar o comportamento de fluxo de um determinado polímero no interior de uma microcavidade. O estudo foi suportado por informação extraída da literatura. Esse estudo reporta uma análise de enchimento de uma placa com cinco micro-pinos em polipropileno (PP). O caso de estudo seleccionado comparava os resultados obtidos experimentalmente com os resultados de simulação numérica por recurso ao software comercial, Moldflow Plastics Insight 6.2. No estudo aqui apresentado, efectua-se, na primeira fase o mesmo estudo mas recorrendo a um outro software comercial, Moldex3D e procede-se à exploração do potencial do mesmo para este tipo de análise. Assim, definiram-se condições de malha 3D (número de elementos) idênticas às do estudo suporte, bem como as mesmas condições de processamento. A análise dos resultados de simulação demonstra uma forte semelhança entre os estudos, no que respeita ao sobredimensionamento do comprimento de fluxo nos micro-pinos. Outros resultados de simulação revelam, também, a fraca aproximação da simulação numérica em microcavidades à realidade. Posteriormente, foi refinada a malha 3D com o intuito de validar a simulação numérica do Moldex3D relativamente aos resultados experimentais. Resultados de simulação demonstram uma maior aproximação aos resultados experimentais. Deve, no entanto, referirse que os mesmos são comprometidos quando se dá a comutação no processo de injecção. O comportamento de fluxo descrito pelo modelo de viscosidade Cross 3 é inapropriado, sobredimensionando o comportamento do polímero em microcavidades, evidenciando a enorme necessidade de proceder com mais investigação nesta temática.

Microinjection has been playing a key role in industry in what concerns to micro parts production at low cost. This study investigates the subjects bounded to numerical simulation of micro parts injection process, using commercial softwares. For that, a rheological study was accomplished that allow for the analysis of the flow behaviour of a certain polymer inside a micro cavity. The study was supported by information gathered from the literature. This study reports the filling of a thin rectangular plate with five micro pin features attached to in, polypropylene (PP). The selected study compares the experimental achieved results with the numerical ones obtained using the commercial software, Moldflow Plastics Insight 6.2. On the present work, the same study is conducted using another commercial software, Moldex3D, and it is explored the software’s potential for this type of analysis. Thus, it was defined a 3D mesh condition (number of elements) matching the one carried out in the support study, as well as the same processing conditions. Numerical results reveal a strong resemblance between studies, highlighting an over prediction of flow lengths on micro pins. Other numerical results also expose the weak approach between numerical results and reality. Afterward, the 3D mesh was improved in order to validate Moldex3D’s numerical simulation relating the results to the experimental obtained ones. Simulation results obtained through mesh refinement reveal a better approach to the experimental results. However, it must be referred that these ones are compromised when the switch V/P stage of injection process occurs. The filling behaviour described by Cross’s 3 viscosity model is inappropriate, over predicting the polymer’s behaviour inside micro cavities, highlighting the great need to further research into this field.