O fluxo de fluido comporta-se de maneira diferente na micromoldagem do que na moldagem por injeção convencional, e muitas das ferramentas típicas de gerenciamento de fluxo utilizadas pelos processadores de plástico deixam de funcionar.
Como os componentes para dispositivos médicos e eletrônicos de consumo continuam a encolher, a micromoldagem está desempenhando um papel maior no mix de fabricação.
De modo geral, de acordo com a MTD Micro Moldagem de Charlton, MA, as peças se qualificam como “micro” se tiverem:
- Estoques de parede entre 0,002 e 0,004 in..;
- Relações de aspecto na faixa de 250:1;
- Um peso de peça acabada tão baixo que 520 peças podem ser feitas a partir de uma única pastilha de plástico.
No entanto, o MTD Micro Molding observa que “uma peça não precisa ser microscópica para ser considerada uma micropeça”. Dito isto, nesta escala, as escolhas de material e o entendimento do processo começam no nível molecular, explicou Patrick Haney, Engenheiro de P&D da MTD. A complexidade da aplicação de uma peça pode impulsionar essas considerações.
“Às vezes é necessário um material para realizar uma função básica e outras vezes o material é tão importante quanto outros critérios para funcionar em uma montagem”, explicou Haney. “Por exemplo, para uma aplicação de peça que é mecânica – como grampos, suturas ou parafusos – o que você tem que focalizar são as características mecânicas da peça como resistência, flexibilidade, etc. Você pode acrescentar na taxa de degradação se for uma aplicação implantável.
“Se você tiver uma aplicação específica, como um material que você sobremoldou na eletrônica para permitir que ela interaja com um dispositivo inteligente – coisas como propriedades isolantes, condutividade elétrica ou, em alguns casos, amortecimento ultrassônico – estas características são influenciadas pelas estruturas moleculares”.
O fluxo de fluidos, ou reologia, é uma questão crítica na produção de micropeças.
“Em micro, é realista que você atinja um limiar de desbaste máximo”, disse Haney. “Após esse ponto, a viscosidade do polímero deixa de diminuir com o aumento da pressão. Uma vez que isso acontece, muitos truques e ferramentas do ofício que um processador usa para encher paredes finas ou solucionar problemas não se aplicam mais. Após atingir esse limite, você está realmente trabalhando com um fluido não Newtoniano que age como um fluido Newtoniano. Há todo um novo conjunto de regras que você precisa seguir quando se trata de fluxo de fluido plástico”.
Antes que o plástico esfrie e solidifique, ele continuou, “a frente de fluxo se comporta de maneira diferente”. A capacidade de um material de preencher altos rácios de aspecto muda. Os materiais desenvolvem uma “personalidade alternativa” que precisa ser reaprendida à medida que as características de fluxo mudam. Estar familiarizado com o comportamento do fluxo de fluido a taxas tão altas e saber como manipular o fluxo plástico na região além do limiar de desbaste é a chave para o sucesso.
“Quando você molda nesta região, a microestrutura do material – especialmente se for cristalina – é muitas vezes completamente diferente do que seria de outra forma. Dependendo do material com o qual você está trabalhando, ele pode afetar qualquer coisa desde rigidez da peça e resistência química até coisas como encolhimento”.
À medida que o material esfria, a matriz polimérica sofre mudanças de fase. Nesse período, “estruturas cristalinas são formadas e as tensões internas são congeladas no lugar”, observou Haney. “Como você expôs o material a tais pressões excessivas e a taxas de ruptura, as microestruturas que se formam são totalmente diferentes do que se fossem expostas a taxas de ruptura e pressões ‘regulares’. Entender as repercussões das mudanças é igualmente importante quando se considera a aplicação da peça e como ela precisa funcionar, assim como quais características do material são importantes”.
No trabalho de moldagem de micropeças implantáveis da MTD, validar critérios de sucesso significa “monitorar coisas como viscosidade intrínseca e conteúdo residual de monômeros”, disse Haney, “portanto, a homogeneidade molecular de uma resina é fundamental para que a MTD desenvolva janelas de processo robustas”. Quando fazemos parcerias com fornecedores de materiais, nós os desafiamos a cumprir distribuições de peso molecular mais rigorosas de lote para lote, bem como a manter um padrão mais elevado de homogeneidade de material”.
A funcionalidade dos polímeros de alto desempenho deve ser rígida na micromoldagem porque quando as peças são tão pequenas, o aço do molde que envolve as cavidades atua como um rápido dissipador de calor, explicou Haney.
“Com essa rápida transferência de calor, a mudança de fase de cristalização nem sempre pode ser concluída antes que o material atinja a temperatura de ejeção. Para otimizar a cristalização, que influencia diretamente a rigidez da peça, sem estender o tempo de ciclo, é necessário manipular muitos parâmetros de moldagem por injeção e suas combinações. A menos que você entenda a combinação dos efeitos que os parâmetros de moldagem por injeção podem ter sobre a mecânica de cristalização de um material, você não será capaz de otimizar as propriedades do material dessa forma”.