O que é sobremoldado?

Comecei a moldar há cerca de doze anos, quando um cliente deixou cair uma caixa de cabos de chave de fenda na minha mesa. As alças de TPE estavam descascando como pele morta. "Conserte isso", disse ele. Essa foi minha introdução ao processo.

A sobremoldagem coloca um plástico sobre o outro. Geralmente suave sobre duro. Uma camada de TPE ou TPU envolve um núcleo rígido de ABS ou náilon. A alça da furadeira sem fio, a parte macia do cabo da escova de dentes, o protetor da capa do telefone. Tudo sobremoldado.

O conceito parece simples. A execução não é.

O problema do vínculo

Aqui está o que ninguém lhe diz antecipadamente. Os dois materiais têm que gostar um do outro. Quimicamente. Se a polaridade não corresponder, você receberá o que aquele cliente deixou cair na minha mesa. Peças que parecem boas saindo da impressora e que se desfazem três semanas depois, quando alguém realmente as usa.

PP trabalha com SEBS. Eles têm estrutura molecular semelhante. ABS e PC precisam de TPU ou de um TPE especialmente formulado. O náilon é um pesadelo. Tenho observado engenheiros passarem meses tentando fazer com que o TPE grude no náilon 66 com enchimento de vidro. Os estabilizadores de calor no náilon matam a ligação. Você acha que já marcou, envia cinquenta mil peças e recebe uma ligação dois meses depois informando que as garras estão escorregando.

Tivemos um programa de ferramentas elétricas que deu errado porque alguém mudou de fornecedor de náilon sem avisar ninguém. Mesma especificação no papel. Pacote de aditivos diferente. O novo material teve mais modificador de impacto. A força do vínculo caiu quarenta por cento.

As folhas de dados de materiais não informam isso. A única maneira de saber é executar a combinação e testá-la.

Duas maneiras de fazer isso

A maioria das lojas executa a sobremoldagem de duas maneiras.

Escolher-e{1}}localizar é a opção barata. Você molda o substrato em uma prensa, puxa as peças, coloca-as em caixas, leva-as para outra prensa, carrega-as em uma segunda ferramenta, dispara a sobremoldagem. Ferramentas simples. Prensas padrão. Mas você precisa de um operador carregando peças o dia todo. E o substrato está frio quando você filma o segundo material. Isso prejudica o vínculo.

Tínhamos um programa de atendimento médico em execução-e-local. Funcionou bem no verão. O inverno chegou, o chão de fábrica caiu para 60 graus, as peças começaram a falhar nos testes de remoção. O substrato frio não dava às moléculas de TPE nada em que se agarrar. Tive que adicionar uma estação de pré-aquecimento. Mais um passo, mais uma coisa que pode dar errado.

Two{0}}shot usa uma placa rotativa ou um sistema de transferência para mover o substrato da cavidade A para a cavidade B enquanto ainda está quente. Uma máquina, um ciclo, melhor união. Mas a ferramenta custa três vezes mais e você precisa de equipamento especializado. Temos um Engel de 400 toneladas com placa rotativa. Essa máquina ficou parada por oito meses antes de encontrarmos volume suficiente para justificar seu funcionamento.

O ponto de cruzamento depende da sua taxa de mão de obra e do seu volume anual. Já vi programas passarem de escolha-e{2}}para duas-tomadas e vice-versa quando o cliente revisou sua previsão.

Quando o aperto descasca

Um peel-off de TPE-é o modo de falha mais comum. O material macio se solta do substrato. Às vezes isso acontece gradualmente nas bordas. Às vezes, todo o punho desliza inteiro.

Causas:

Umidade no substrato. O nylon é higroscópico. Ele tira a água do ar. Se você não secar antes da moldagem, forma-se vapor na interface durante a segunda injeção. Esse vapor impede a ligação molecular. Já vi corridas inteiras sendo descartadas porque alguém deixou um Gaylord de náilon aberto no fim de semana.

Contaminação. Qualquer resíduo de óleo, poeira ou desmoldante na superfície do substrato mata a ligação. Tínhamos um técnico de ferramentas que gostava de atingir os núcleos com spray de silicone. Facilitou a ejeção das peças. Também fez o overmold descascar. Levamos duas semanas para descobrir o que estava acontecendo.

Temperatura errada. O TPE possui uma janela ideal para colagem. Muito frio e não flui para a superfície do substrato. Muito quente e você começa a degradar o material. Cada combinação de materiais tem um ponto ideal diferente. A folha de dados fornece um ponto de partida. Você disca a partir daí.

Materiais incompatíveis. Veja acima. Este geralmente é um problema de design que aparece tarde.

O teste

Retiramos as peças da linha e as testamos. Teste de descascamento de acordo com ASTM D6862. Você prende o substrato, agarra o TPE com um acessório, puxa 90 graus, mede a força para separá-los.

Acima de 15 libras por polegada é bom. Abaixo de 10 é um problema. Entre 10 e 15 é onde você discute com seu cliente se as especificações são realistas.

Existem dois modos de falha. A falha adesiva significa que o TPE se solta perfeitamente do substrato. O vínculo se desfez. Falha coesiva significa que o TPE se rompe antes de se separar. O vínculo foi mantido, mas o material não. Falha coesa é realmente o que você deseja. Isso significa que a junta é mais forte que o próprio material.

Tive clientes que insistiram em 20 lbf/in quando o próprio TPE só testa aos 18. Você não pode colar mais forte do que o material. A física não se importa com as especificações de impressão.

Detalhes do projeto da ferramenta

A ferramenta deve vedar o substrato para evitar rebarbas. O flash sobremoldado é particularmente irritante porque o TPE é emborrachado e difícil de aparar de maneira limpa. As superfícies de vedação da ferramenta desgastam-se com o tempo. O que funciona limpo com 10.000 fotos pode piscar com 100.000.

A localização do portão é importante. O TPE deve fluir através da superfície do substrato sem reter ar. Ar retido significa vazios na interface. Vazios significam pontos fracos. Tínhamos uma peça com uma grande área plana de sobremoldagem. O portão estava em uma extremidade. O material fluiu e empurrou o ar para o canto mais distante. Não há ventilação lá. Bond falhou naquela esquina em todos os aspectos. Adicionado um pino de ventilação, problema resolvido.

A temperatura do molde afeta o tempo do ciclo e a resistência da união de maneiras opostas. O molde mais quente proporciona uma melhor ligação, mas um resfriamento mais prolongado. Você encontra o equilíbrio que atende às suas especificações de qualidade sem reduzir seus custos.

A textura do substrato ajuda. Uma superfície polida dá ao TPE menos aderência. Textura leve, talvez SPI C-2 ou C-3, proporciona intertravamento mecânico no topo da ligação química. Executamos superfícies de substrato texturizadas como prática padrão agora.

Números reais

O custo da ferramenta para uma configuração simples de escolha-e{1}}local varia entre US$ 15.000 e US$ 25.000 por cavidade para a ferramenta de substrato, semelhante à ferramenta de sobremoldagem. Duas{7}}ferramentas para a mesma peça podem custar entre US$ 80.000 e US$ 120.000, dependendo da complexidade.

O tempo de ciclo para seleção-e{1}}local é o que ambas as ferramentas executam mais o tempo de transferência. Figura 30 segundos para o substrato, 25 para a sobremoldagem, 10 segundos para o operador carregar e descarregar. Espere 65 segundos, andar a andar, se tudo correr bem.

Dois-disparos eliminam a transferência, mas a ferramenta alterna os dois disparos juntos. Você termina cerca de 35 a 45 segundos normalmente. Mais peças por hora, mas maior custo de capital.

O custo do material varia muito. A commodity PP custa um dólar por libra-peso. O TPE especial formulado para colagem de náilon pode custar seis ou oito dólares. A camada de sobremoldagem geralmente é fina, por isso não domina o custo da peça, mas aumenta em programas de alto volume.

Onde usamos

As ferramentas elétricas são o aplicativo de maior volume que vejo. Cada furadeira, chave de impacto e cabo de serra possui alças sobremoldadas em TPE. O material macio absorve vibrações, melhora a aderência quando suas mãos estão suadas ou oleosas e é melhor do que o plástico puro.

Os dispositivos médicos utilizam sobremoldagem para ergonomia e vedação. Os instrumentos cirúrgicos precisam de pegas-antiderrapantes. O equipamento de manuseio de fluidos precisa de juntas e vedações moldadas no lugar. O overmold cria uma superfície que pode ser esterilizada sem prender bactérias nas juntas de montagem.

Os interiores automotivos são enormes. Inserções no volante, botões de mudança, maçanetas, botões e interruptores. Hoje em dia, tudo o que o motorista toca tem sobremoldagem-de toque suave.

Os produtos eletrônicos de consumo o utilizam em estojos e capas. A capa do seu telefone com o amortecedor macio ao redor da borda é moldada. As almofadas macias na parte inferior do seu laptop são moldadas.

O que dá errado

Além do fracasso dos títulos, existem outras maneiras de bagunçar tudo.

Pisca na linha de partição ou ao redor de recursos-desligados. O TPE é espremido sempre que a ferramenta não veda perfeitamente. Você pode apará-lo, mas isso acrescenta trabalho e a marca de corte nunca parece tão limpa quanto uma borda devidamente moldada.

Fotos curtas onde o TPE não preenche completamente. Geralmente um problema de bloqueio ou ventilação. Ou você está tentando empurrar o material longe demais em uma seção fina.

Deformação do substrato durante o segundo disparo. O TPE chega quente. Se a parede do substrato for fina, ela poderá distorcer. Então não cabe na montagem.

Marcas de afundamento onde a seção de TPE é muito espessa. O mesmo problema da moldagem-única. Mantenha a espessura da parede uniforme.

Delaminação ao longo do tempo. Isso é diferente da falha imediata do título. As peças passam nos testes, entram em serviço e começam a falhar meses depois. Geralmente causado por exposição ambiental, ataque químico ou estresse cíclico que eventualmente quebra a interface. Tínhamos um programa de ferramentas externas onde a exposição aos raios UV degradou a superfície do TPE e eventualmente causou separação. Foram necessários dezoito meses em campo para ver isso.

Fazendo funcionar

A seleção do material vem em primeiro lugar. Combine o substrato e o TPE antecipadamente. Faça testes de descascamento em placas de amostra antes de cortar aço. Traga seu fornecedor de material para a conversa com antecedência. Eles possuem tabelas de compatibilidade e podem recomendar notas específicas.

Projete o substrato para sobremoldagem desde o início. Texturize as superfícies de colagem. Adicione intertravamentos mecânicos onde o TPE possa envolver recursos ou fluir através de furos. Obtenha mais adesão do que você acha que precisa, porque o processo de produção nunca será tão limpo quanto o protótipo.

Controle seu inventário de substrato. Mantenha-o seco. Mantenha-o limpo. Se você estiver usando náilon, esse material vai da secadora para a prensa e em nenhum outro lugar. Construímos uma área de preparação dedicada próxima à nossa máquina de duas{4}} doses para que ninguém pudesse contaminar os substratos enquanto aguardava o carregamento.

Valide o processo com ferramentas de produção, materiais de produção e operadores de produção. As peças do protótipo feitas por seu melhor técnico em um sábado não dizem o que acontecerá em uma tarde de terça-feira, quando o turno B- estiver funcionando.

Então experimente. Medir. Ajustar. Amostra novamente. A sobremoldagem é menos tolerante do que o trabalho de{4}impressão única. Mas quando você acerta, você acaba com peças que seriam impossíveis de fazer de outra forma.

Aquele cliente com os cabos da chave de fenda descascando? Nós o trocamos para um tipo de TPE diferente, adicionamos textura aos núcleos do substrato e aumentamos a temperatura de fusão em 15 graus. As peças estão funcionando há nove anos sem um único retorno em campo.