Uma representação comum da usinagem CNC, na maioria das vezes, envolve o trabalho com uma peça metálica. No entanto, a usinagem CNC não é apenas amplamente aplicável a plásticos, mas também é um dos processos de usinagem comuns em diversos setores.
A aceitação da usinagem de plásticos como processo de fabricação se deve à ampla gama de materiais CNC disponíveis para plásticos. Além disso, com a introdução do controle numérico computadorizado (CNC), o processo se torna mais preciso, rápido e adequado para a fabricação de peças com tolerâncias rigorosas. Quanto você sabe sobre usinagem CNC de plásticos? Este artigo discute os materiais compatíveis com o processo, as técnicas disponíveis e outros aspectos que podem auxiliar seu projeto.
Plásticos para usinagem CNC
Muitos plásticos usináveis são adequados para a fabricação de peças e produtos fabricados por diversas indústrias. Seu uso depende de suas propriedades, sendo que alguns plásticos usináveis, como o náilon, apresentam excelentes propriedades mecânicas que lhes permitem substituir metais. Abaixo estão os plásticos mais comuns para usinagem personalizada de plásticos:
ABS:
Acrilonitrila Butadieno Estireno, ou ABS, é um material CNC leve, conhecido por sua resistência ao impacto, força e alta usinabilidade. Embora apresente boas propriedades mecânicas, sua baixa estabilidade química é evidente em sua suscetibilidade a graxas, álcoois e outros solventes químicos. Além disso, a estabilidade térmica do ABS puro (ou seja, ABS sem aditivos) é baixa, pois o polímero plástico queima mesmo após a remoção da chama.
Prós
É leve sem perder sua resistência mecânica.
O polímero plástico é altamente usinável, o que o torna um material muito popular para prototipagem rápida.
O ABS tem um ponto de fusão baixo, adequado (isso é importante para outros processos de prototipagem rápida, como impressão 3D e moldagem por injeção).
Possui alta resistência à tração.
O ABS tem alta durabilidade, o que significa uma vida útil mais longa.
É acessível.
Contras
Ele libera vapores plásticos quentes quando submetido ao calor.
Você precisa de ventilação adequada para evitar o acúmulo desses gases.
Possui baixo ponto de fusão, o que pode causar deformação devido ao calor gerado pela máquina CNC.
Aplicações
O ABS é um termoplástico de engenharia muito popular, utilizado por muitos serviços de prototipagem rápida na fabricação de produtos devido às suas excelentes propriedades e preço acessível. É aplicável nas indústrias elétrica e automotiva na fabricação de peças como capas de teclado, gabinetes eletrônicos e componentes para painéis de automóveis.
Nylon
Nylon ou poliamida é um polímero plástico de baixo atrito com alta resistência a impactos, produtos químicos e abrasão. Suas excelentes propriedades mecânicas, como resistência mecânica (76 mPa), durabilidade e dureza (116 R), o tornam altamente adequado para usinagem CNC e aprimoram ainda mais sua aplicação nas indústrias automotiva e de fabricação de peças médicas.
Prós
Excelentes propriedades mecânicas.
Possui alta resistência à tração.
Custo-benefício.
É um polímero leve.
É resistente ao calor e a produtos químicos.
Contras
Possui baixa estabilidade dimensional.
O nylon absorve umidade facilmente.
É suscetível a ácidos minerais fortes.
Aplicações
O nylon é um termoplástico de engenharia de alto desempenho, aplicável à prototipagem e à fabricação de peças reais nas indústrias médica e automotiva. Os componentes fabricados com este material CNC incluem rolamentos, arruelas e tubos.
Acrílico
Acrílico ou PMMA (Polimetilmetacrilato) é popular na usinagem CNC de plásticos devido às suas propriedades ópticas. O polímero plástico é translúcido e resistente a riscos, daí suas aplicações em indústrias que exigem tais propriedades. Além disso, possui excelentes propriedades mecânicas, evidentes em sua tenacidade e resistência ao impacto. Com seu baixo custo, a usinagem CNC de acrílico tornou-se uma alternativa a polímeros plásticos como policarbonato e vidro.
Prós
É leve.
O acrílico é altamente resistente a produtos químicos e UV.
Possui alta usinabilidade.
O acrílico tem alta resistência química.
Contras
Não é tão resistente ao calor, impacto e abrasão.
Pode rachar sob carga pesada.
Não é resistente a substâncias orgânicas cloradas/aromáticas.
Aplicações
O acrílico é aplicável na substituição de materiais como policarbonato e vidro. Consequentemente, é aplicável na indústria automotiva para a fabricação de tubos de luz e tampas de luzes indicadoras de direção de automóveis, e em outras indústrias para a fabricação de painéis solares, coberturas para estufas, etc.
POM
POM ou Delrin (nome comercial) é um material plástico CNC altamente usinável, escolhido por muitos serviços de usinagem CNC por sua alta resistência e resistência ao calor, produtos químicos e desgaste. Existem vários tipos de Delrin, mas a maioria das indústrias confia nos Delrin 150 e 570, pois são dimensionalmente estáveis.
Prós
Eles são os mais usináveis de todos os materiais plásticos CNC.
Possuem excelente resistência química.
Possuem alta estabilidade dimensional.
Possui alta resistência à tração e durabilidade, garantindo maior vida útil.
Contras
Possui baixa resistência a ácidos.
Aplicações
O POM encontra aplicação em diversos setores. Por exemplo, no setor automotivo, é utilizado na fabricação de componentes para cintos de segurança. A indústria de equipamentos médicos o utiliza na produção de canetas de insulina, enquanto o setor de bens de consumo utiliza o POM para fabricar cigarros eletrônicos e hidrômetros.
PEAD
O polietileno de alta densidade é um termoplástico com alta resistência a tensões e produtos químicos corrosivos. Ele oferece excelentes propriedades mecânicas, como resistência à tração (4000 PSI) e dureza (R65), em comparação ao seu equivalente, o PEBD, substituindo-o em aplicações com tais requisitos.
Prós
É um plástico flexível e usinável.
É altamente resistente ao estresse e aos produtos químicos.
Possui excelentes propriedades mecânicas.
O ABS tem alta durabilidade, o que significa uma vida útil mais longa.
Contras
Possui baixa resistência aos raios UV.
Aplicações
PEAD: Possui uma variedade de aplicações, incluindo prototipagem, criação de engrenagens, rolamentos, embalagens, isolamento elétrico e equipamentos médicos. É ideal para prototipagem, pois pode ser usinado de forma rápida e fácil, e seu baixo custo o torna ideal para a criação de múltiplas iterações. Além disso, é um bom material para engrenagens, devido ao seu baixo coeficiente de atrito e alta resistência ao desgaste, e para rolamentos, por ser autolubrificante e quimicamente resistente.
PEBD
O PEBD é um polímero plástico resistente e flexível, com boa resistência química e baixa temperatura. É amplamente utilizado na indústria de fabricação de peças médicas para a fabricação de próteses e órteses.
Prós
É resistente e flexível.
É altamente resistente à corrosão.
É fácil selar usando técnicas de calor, como soldagem.
Contras
Não é adequado para peças que exigem resistência a altas temperaturas.
Possui baixa rigidez e resistência estrutural.
Aplicações
O PEBD é frequentemente utilizado na produção de engrenagens e componentes mecânicos personalizados, componentes elétricos como isoladores e invólucros para dispositivos eletrônicos, além de peças com aparência polida ou brilhante. Além disso, seu baixo coeficiente de atrito, alta resistência ao isolamento e durabilidade o tornam um material ideal para aplicações de alto desempenho.
Policarbonato
O PC é um polímero plástico resistente, porém leve, com propriedades de retardamento de calor e isolamento elétrico. Assim como o acrílico, pode substituir o vidro devido à sua transparência natural.
Prós
É mais eficiente que a maioria dos termoplásticos de engenharia.
É naturalmente transparente e pode transmitir luz.
Ela absorve muito bem a cor.
Possui alta resistência à tração e durabilidade.
O PC é resistente a ácidos diluídos, óleos e graxas.
Contras
Ele se degrada após exposição prolongada à água acima de 60°C.
É suscetível ao desgaste por hidrocarbonetos.
Com o tempo, ele ficará amarelado após exposição prolongada aos raios UV.
Aplicações
Devido às suas propriedades leves, o policarbonato pode substituir o vidro. Por isso, é utilizado na fabricação de óculos de segurança e CDs/DVDs. Além disso, é adequado para a fabricação de instrumentos cirúrgicos e disjuntores.
Métodos de usinagem CNC de plástico
A usinagem CNC de peças plásticas envolve o uso de uma máquina controlada por computador para remover parte do polímero plástico e formar o produto desejado. O processo de manufatura subtrativa pode criar uma infinidade de peças com tolerância, uniformidade e precisão rigorosas, utilizando os seguintes métodos.
Torneamento CNC
O torneamento CNC é uma técnica de usinagem que envolve segurar a peça em um torno e girá-la contra a ferramenta de corte por meio de rotação ou torneamento. Existem também vários tipos de torneamento CNC, incluindo:
O torneamento CNC reto ou cilíndrico é adequado para cortes grandes.
O torneamento CNC cônico é adequado para criar peças com formatos cônicos.
Existem várias diretrizes que você pode usar em torneamento CNC de plástico, incluindo:
Certifique-se de que as lâminas de corte tenham uma inclinação negativa para minimizar o atrito.
As arestas de corte devem ter um ótimo ângulo de alívio.
Polir a superfície da peça de trabalho para obter um melhor acabamento e reduzir o acúmulo de material.
Reduza a taxa de avanço para melhorar a precisão dos cortes finais (use uma taxa de avanço de 0,015 IPR para cortes brutos e 0,005 IPR para cortes precisos).
Adapte os ângulos de folga, laterais e de inclinação ao material plástico.
Fresamento CNC
A fresagem CNC envolve o uso de uma fresa para remover material da peça de trabalho e obter a peça necessária. Existem diferentes fresadoras CNC, divididas em fresas de 3 eixos e fresas multieixos.
Por um lado, uma fresadora CNC de 3 eixos pode se mover em três eixos lineares (da esquerda para a direita, para frente e para trás, para cima e para baixo). Como resultado, é adequada para a criação de peças com designs simples. Por outro lado, fresadoras multieixos podem se mover em mais de três eixos. Como resultado, são adequadas para usinagem CNC de peças plásticas com geometrias complexas.
Existem várias diretrizes que você pode usar na fresagem CNC de plástico, incluindo:
Usine um termoplástico reforçado com carbono ou vidro com ferramentas de carbono.
Aumente a velocidade do fuso usando grampos.
Reduza a concentração de estresse criando cantos internos arredondados.
Resfriamento diretamente no roteador para dispersar o calor.
Escolha a velocidade de rotação.
Rebarbe as peças plásticas após a fresagem para melhorar o acabamento da superfície.
Perfuração CNC
A furação CNC para plástico envolve a criação de um furo em uma peça de plástico usando uma furadeira acoplada a uma broca. O tamanho e o formato da broca determinam o tamanho do furo. Além disso, ela também desempenha um papel na evacuação de cavacos. Os tipos de furadeira de bancada que você pode usar incluem furadeira de bancada, furadeira vertical e furadeira radial.
Existem várias diretrizes que você pode usar na perfuração CNC de plástico, incluindo:
Certifique-se de usar brocas CNC afiadas para evitar colocar pressão na peça de plástico.
Use a broca correta. Por exemplo, uma broca de 90 a 118° com um ângulo de inclinação de 9 a 15° é adequada para a maioria dos termoplásticos (para acrílico, use uma inclinação de 0°).
Garanta uma fácil ejeção dos cavacos escolhendo a broca correta.
Utilize um sistema de resfriamento para aliviar a geração de calor durante o processo de usinagem.
Para remover a broca CNC sem danos, certifique-se de que a profundidade da perfuração seja inferior a três ou quatro vezes o diâmetro da broca. Além disso, reduza a taxa de avanço quando a broca estiver quase saindo do material.
Alternativas à usinagem de plástico
Além da usinagem CNC de peças plásticas, outros processos de prototipagem rápida podem servir como alternativas. Os mais comuns incluem:
Moldagem por injeção
Este é um processo popular de produção em massa para trabalhar com peças de plástico. A moldagem por injeção envolve a criação de um molde de alumínio ou aço, dependendo de fatores como a durabilidade. Em seguida, o plástico derretido é injetado na cavidade do molde, esfria e adquire o formato desejado.
A moldagem por injeção de plástico é adequada tanto para prototipagem quanto para fabricação de peças reais. Além disso, é um método econômico, adequado para peças com designs complexos e simples. Além disso, peças moldadas por injeção praticamente não requerem trabalho adicional ou tratamento de superfície.
Impressão 3D
A impressão 3D é o método de prototipagem mais comum usado em pequenas empresas. O processo de manufatura aditiva é uma ferramenta de prototipagem rápida que abrange tecnologias como Estereolitografia (SLA), Modelagem por Deposição Fundida (FDM) e Sinterização Seletiva a Laser (SLS), usadas para trabalhar com termoplásticos como nylon, PLA, ABS e ULTEM.
Cada tecnologia envolve a criação de modelos digitais 3D e a construção das peças desejadas camada por camada. Isso é semelhante à usinagem CNC de plástico, embora gere menos desperdício de material, ao contrário desta última. Além disso, elimina a necessidade de ferramentas e é mais adequada para a fabricação de peças com designs complexos.
Fundição a vácuo
A fundição a vácuo ou fundição de poliuretano/uretano envolve moldes de silicone e resinas para produzir uma cópia de um molde mestre. O processo de prototipagem rápida é adequado para a criação de plástico de alta qualidade. Além disso, as cópias são úteis para visualizar ideias ou solucionar falhas de projeto.
Aplicações industriais de usinagem CNC de plástico
A usinagem CNC de plásticos é amplamente aplicável devido a benefícios como precisão, exatidão e tolerância rigorosa. Aplicações industriais comuns do processo incluem:
Indústria Médica
A usinagem CNC de plásticos é atualmente aplicável na fabricação de peças usinadas para uso médico, como próteses de membros e corações artificiais. Seu alto grau de precisão e repetibilidade permite atender aos rigorosos padrões de segurança exigidos pela indústria. Além disso, há uma infinidade de opções de materiais e a usinagem produz formas complexas.
Componentes automotivos
Tanto designers quanto engenheiros automotivos utilizam a usinagem CNC de plástico para produzir componentes e protótipos automotivos em tempo real. O plástico é amplamente utilizado na indústria na fabricação de peças plásticas CNC personalizadas, como painéis, devido à sua leveza, que reduz o consumo de combustível. Além disso, o plástico é resistente à corrosão e ao desgaste, características que a maioria dos componentes automotivos sofre. Além disso, o plástico é facilmente moldável em formas complexas.
Peças aeroespaciais
A fabricação de peças aeroespaciais exige um método de fabricação de alta precisão e tolerâncias rigorosas. Como resultado, a indústria opta pela usinagem CNC para projetar, testar e construir diferentes peças usinadas aeroespaciais. Os materiais plásticos são aplicáveis devido à sua adequação a formas complexas, resistência, leveza, alta resistência química e ao calor.
Indústria Eletrônica
A indústria eletrônica também favorece a usinagem de plástico CNC devido à sua alta precisão e repetibilidade. Atualmente, o processo é usado para fabricar peças eletrônicas de plástico usinadas em CNC, como gabinetes de fios, teclados de dispositivos e telas de LCD.
Quando escolher a usinagem CNC de plástico
Escolher entre os diversos processos de fabricação de plástico discutidos acima pode ser desafiador. Por isso, abaixo estão algumas considerações que podem ajudá-lo a decidir se a usinagem CNC de plástico é o melhor processo para o seu projeto:
Se o projeto do protótipo de plástico com tolerância rigorosa
A usinagem CNC de plástico é o melhor método para fabricar peças com designs que exigem tolerâncias rigorosas. Uma fresadora CNC convencional pode atingir uma tolerância rigorosa de cerca de 4 μm.
Se o protótipo de plástico requer acabamento de superfície de qualidade
A máquina CNC oferece um acabamento superficial de alta qualidade, tornando-a adequada caso o seu projeto não necessite de um processo adicional de acabamento superficial. Isso é diferente da impressão 3D, que deixa marcas nas camadas durante a impressão.
Se o protótipo de plástico requer materiais especiais
A usinagem CNC de plásticos pode ser usada para produzir peças de uma ampla gama de materiais plásticos, incluindo aqueles com propriedades especiais, como resistência a altas temperaturas, alta resistência mecânica ou alta resistência química. Isso a torna uma escolha ideal para a criação de protótipos com requisitos específicos.
Se seus produtos estão em fase de testes
A usinagem CNC utiliza modelos 3D, que são fáceis de modificar. Como a fase de testes exige modificações constantes, a usinagem CNC permite que projetistas e fabricantes criem protótipos plásticos funcionais para testar e solucionar falhas de projeto.
· Se você precisa de uma opção econômica
Assim como outros métodos de fabricação, a usinagem CNC de plásticos é adequada para a fabricação de peças de forma econômica. Os plásticos são mais baratos do que metais e outros materiais, como compósitos. Além disso, o controle numérico computadorizado (CNC) é mais preciso e o processo é adequado para projetos complexos.
Conclusão
A usinagem CNC de plásticos é um processo amplamente aceito industrialmente devido à sua precisão, velocidade e adequação para a fabricação de peças com tolerâncias rigorosas. Este artigo aborda os diferentes materiais de usinagem CNC compatíveis com o processo, as técnicas disponíveis e outros aspectos que podem auxiliar no seu projeto.
Escolher a técnica de usinagem correta pode ser bastante desafiador, exigindo a terceirização de serviços de CNC para plástico. Na GuanSheng, oferecemos serviços personalizados de usinagem CNC para plástico e podemos ajudá-lo a fabricar diferentes peças para prototipagem ou uso em tempo real, de acordo com suas necessidades.
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Horário da publicação: 13/11/2023