HM21

Resumo

O projeto Hybridmould 21, para o desenvolvimento de uma soluçãode engenharia para peças plásticas de grandes dimensões em pe-quenas séries, visa consolidar os conhecimentos desenvolvidosdurante a última década no domínio dosmoldes híbridos, e adqui-rir novos conhecimentos para aumentar a competitividade das em-presas envolvidas. O projeto tem em vista indústrias que produzem

HYBRIDMOULD 21 - PASSAR DE UMCONCEITO DE MOLDE PARA A REALIDADEHYBRIDMOULD 21 – FROM A MOULD CONCEPT TO REALITY

Abstract

The Hybridmould 21 project was devised to develop an engineering so-

lution for large plastic parts in small series, aiming at to consolidat-

ing the knowledge developed during the last decade in the field of

hybrid moulds. Furthermore it was expected to acquire new knowl-

edge to enhance the competitiveness of the companies involved. The

project is aimed at industries that produce large parts, such as Auto-

motive, Aeronautics, Urban Furniture, among others. The project con-

sortium has 3Dtech as the promoter, the Moliporex as the

co-promoter, and the University of Minho and Centimfe as partners of

the National Scientific and Technological System. Each partner plays

a role related to their competences. Among the planned activities are

the study and development of moulds andmoulding blocks, study and

A.S. Pouzada(1), P.G. Martinho(2), A.M. Brito(1),P.Gago(3), R. Soares(4)(1) IPC – Instituto de Polímeros e Compósitos/I3n, Universidade do Minho,4800-058 Guimarães

(2) ESTG – Instituto Politécnico de Leiria, Morro do Lena, Alto do Vieiro,2411-901 Leiria

(3) Moliporex, Estrada de Leiria Nº 208, Embra, 2431-967 Marinha Grande(4) Centimfe, Rua de Espanha, Zona Industrial, 2431-904 Marinha Grande

INOVAÇÃO INNOVATION O MOLDE N93 04.2012 29

characterization of new materials, processes and in-strumentationproducts, prototyping through additive manufacturing techniques,CAE and simulation studies, introduction of new materials in soft-ware databases, among others. The start of the work was in June2010 and it will run until November 2012. This communication pres-ents the results and technological advances in the field of hybridmoulds. The project Hybridmould 21 and all its developments and re-lated activities can be found at the project website in http://www.hy-bridmould21.com/.

1 Introduction

In 2002 Moliporex with the University of Minho, IPLEI and Centimfestarted the project 'Hibridmolde' for industrial development intohybrid moulds. With this project it was tried to optimize the struc-

tural and thermal behaviour of hybrid mould; explore the applicabilityof conventional technological processes to the new epoxy resins usedin metal RPT, and develop conceptual solutions and design method-ologies for hybrid moulds (Pontes, Gago et al. 2005). The developmentof the project 'Hibridmolde', exploring three production chains for rapidprototyping and tooling tools (RPT): resin casting, metal spray deposi-tion, and selective metal sinter-ing of metallic powders, demonstratedthe feasibility of the solution.

The hybrid mould concept was announced as a new alternative for themould industry faced with the need to develop tools for small series oflarge dimension parts (Saraiva, Lima et al. 1999).

Since then the investigation of aspects related to the implementation ofhybrid moulds has been intense and showing that it is possible to passto the phase of industrial implementation (Pouzada 2009).

The Hybridmould 21 project for 'Development of an engineering solu-tion for large plastics parts in small se-ries' aims to consolidate theknowledge developed during the last decade in the field of hybridmouldsas well as the acquisition of new knowledge in order to increase the com-petitiveness of the companies involved. This project is aimed at indus-tries that produce large parts, such as Automotive, Aeronautics, UrbanFurniture, among others. It is being developed by 3DTech as the pro-moter, the Moliporex as co-promoter, and the Uni-versity of Minho andCentimfe as the other partners. Each partner plays a role related to theirvalences.

Among the planned activities there are the study and development ofmoulds andmoulding blocks, the study and characterization of newma-terials, processes and product instrumentation, rapid prototyping throughAdditiveManufacturing, CAE and simulation studies, introduction of newmaterials in software databases, among others. The project was startedin June 2010 and its completion is planned for November 2012. At thisstage, there are already results and technological advances in the fieldof hybrid moulds. The project Hybrid-mould 21 and all its developmentsand related activities can be found at the project website http://www.hy-brid mould21.com/.

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peças de grandes dimensões, tais como a Indústria Automóvel,Aeronáutica, de Mobiliário Urbano, entre outras. O consórcio doprojeto tem a 3Dtech como entidade promotora, a Moliporex, comoentidade copromotora, e a Universidade do Minho e o Centimfe,como parceiros do Sistema Científico e Tecnológico nacional. Cadaparceiro desempenha um papel relacionado com as suas valên-cias. Entre as atividades desenvolvidas estão o estudo e desenvol-vimento de blocosmoldantes emoldações, estudo e caracterizaçãode novosmateriais, instrumentação de processos e produtos, rea-lização de protótipos através de técnicas de Fabrico Aditivo (Addi-tiveManufacturing), estudos e simulações CAE, introdução de novosmateriais em base de dados, entre outras. O arranque dos traba-lhos foi em Junho de 2010 e decorrerão até Novembro de 2012.Nesta comunicação são apresentados os resultados e os avançostecnológicos no campo dosmoldes híbridos. O projetoHybridmould21 e todos os seus desenvolvimentos e atividades relacionadas po-dem ser consultadas no website do projeto em http://www.hy-bridmould21.com/.

1 Introdução

Em 2002 a Moliporex com a Universidade do Minho, o IPLEI e oCentimfe iniciaram o projeto ‘Hibridmolde’ para investigaçãono domínio de moldes híbridos. Com este projeto procurou-

se otimizar o comportamento estrutural e térmico demoldes híbri-dos; explorar a aplicabilidade de processos tecnológicosconvencionais às novas resinas epoxídicas utilizadas em RPT; e de-senvolver soluções conceptuais e de metodologias de projeto paramoldes híbridos (Pontes, Gago et al. 2005). O desenvolvimento do pro-jeto ‘Hibridmolde’, explorando três cadeias de produção de fabricorápido de ferramentas (RPT): resinas vazadas, deposição por jactometálico e sinterização seletiva de pósmetálicos, demonstrou a via-bilidade da solução.

O conceito de molde híbrido fora anunciado como uma alternativanova para a indústria demoldes confronta-da com a necessidade dedesenvolver ferramentas para pequenas séries de peças de grandesdimensões (Saraiva, Lima et al. 1999).

Desde então a investigação dos aspetos relacionados com a imple-mentação de moldes híbridos tem sido inten-sa e demonstrativa deque é que possível passar-se à fase de implementação industrial(Pouzada 2009).

O projeto Hybridmould 21 para o ‘Desenvolvimento de uma soluçãode engenharia para peças plásticas de grandes dimensões em pe-quenas séries’ visa consolidar os conhecimentos desenvolvidos du-rante a última década no domínio dosmoldes híbridos, assim comoa aquisição de novos conhecimentos de forma a aumentar a com-petitividade das empresas envolvidas. Este projeto destina-se a in-dústrias que produzem peças de grandes dimensões, tais como aIndústria Automóvel, Aeronáutica, deMobiliário Urbano, entre outras.Este projeto está a ser desenvolvido pela 3DTech como entidade pro-motora, a Moliporex, como entidade copromo-tora e a UniversidadedoMinho e o Centimfe, como restantes parceiros. Cada parceiro de-sempenha umpapel relacionado com as suas valências. Entre as ati-

O MOLDE N93 04.2012 INOVAÇÃO INNOVATION

2Theproject

2.1Thescientificandtechnologicalcontext

Rapid Prototyping and Tooling

The hybrid mould concept appeared associated with the availability ofrapid prototyping processes that, since their emergence, have been ap-plied to the rapidmanufacture of tools (Karapatis, Griethuysen et al. 1998).In this project are being explored theHigh SpeedMachining (HSM), whichis a subtractive manufacturing proc-ess, and layer additive manufactur-ing technologies: Selective Laser Sintering (SLS), FusedDepositionModel-ing (FDM) ormoulding bymaterial deposition, and the technology PolyJet(Polymer Jetting technology).

HSM was applied using a machining centre Makino V55 to produce themaster to manufacture a silicone mould (Fig. 1). This master will serveto produce amoulding block in epoxy composite for preliminary stud-ies.

The subtractive techniques are frequently used for making models ofproducts in development, but also and increasingly for the production ofsmall series (Bernard and Fischer 2002).

The use of the variousRP processes depends largely on the required sur-face quality of parts. In Figure 2 it is illustrates the effect of these processesapplied to one of the parts of this project.

Structural foams

A hybrid mould is only economically competitive if substantially lighterthan a conventional mould. In conventional moulds, its robustness and

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vidades desenvolvidas estão o estudo e desenvolvimento de blocosmoldantes e moldações, estudo e caracterização de novos mate-riais, instrumentação de processos e produtos, realização de protó-tipos através de técnicas de Fabrico Aditivo (Additive Manufacturing),estudos e simulações CAE, introdução de novos materiais em basede dados, entre outras. O projeto teve arranque em Junho de 2010 etem como término o mês de Novembro de 2012. Nesta fase, serãoapresentados os resultados e os avanços tecnológicos no campodos moldes híbridos. O projeto Hybridmould 21 e todos os seus de-senvolvimentos e atividades relacionadas podem ser consultadasno website do projeto http://www.hybridmould21.com/.

2Oprojeto

2.1Enquadramentocientífico-tecnológico

Rapid Prototyping and Tooling

O conceito de molde híbrido apareceu associado à disponibilidade deprocessos de prototipagem rápida que foram, desde a sua emergên-cia, aplicados ao fabrico rápido de ferramentas (Karapatis, Griethuy-sen et al. 1998). Neste projeto são exploradas a Maquinação a AltaVelocidade (HSM), que é um processo de fabrico subtrativo, e tecno-logias de fabrico aditivo por camadas: Selective Laser Sintering (SLS)- Sinterização Seletiva por Laser; FusedDepositionModeling (FDM) ouMoldação por Deposição de Material e a tecnologia de Polyjet (Poly-mer Jetting Technology).

O MOLDE N93 04.2012INOVAÇÃO INNOVATION

F1 –Maquinação domasterMachining of themaster

F2–EfeitodoprocessodeprototipagemrápidanarugosidadedaspeçasEffect of the rapid prototyping process in the roughness

FDMRugosidade elevadaHigh roughness

SLSRugosidademédiaAverage roughness

PolyjetRugosidade baixaLow rougness

HSMSem rugosidade significativaWithout significant roughness

the materials that are used typically are adequate to the pressures as-soci-ated with the injectionmould operation, and involve the use of alloysteels, which have important cost and machining implications. If themoulding process develops with reduced pressures it will be possible tocon-sider lightermould solutions, as the hybridsmoulds. A variant of theinjectionmoulding process that satisfies these requirements is themould-ing of structural foams, known since the 70s. The structural foam is ob-tained by injection moulding at low pressure and typically develops intoa complex structure with three layers: two solid skins and a cellular core(Tovar-Cisneros, González-Nunez et al. 2008). The formation of struc-tural foams results from the dispersion of a gaseous phase, which derivesfrom the blowing agent which is mixed with the polymer.

In the moulding foams structural the pressure that develops in the im-pression varies between 1.4 to 4MPa (compared to 40MPa in conventionalinjectionmoulding). This process is well suited to thick parts, between 4and 9mm (Malloy 1994), and allows obtaining lighter parts between 5 and30% (Rosato, Rosato et al. 2000). The skin / porous core structure is idealfor the operation of parts in flexion and allows the reduction of the levelof residual stresses that are a problem in large thick pieces (Tovar-Cis-neros, González-Núñez et al. 2008). This scenario points to the struc-tural foams as an interesting solution for products with bending stiffness,reduced weight/stiffness ratio, reduced production cost, dimensionalstability and low tendency towarp. There are problems such as increasedcycle time, worse surface finish or gas emissions during processing,which should be considered in the development of product design Barze-gari and Rodrigue 2009).

In this project, the use of structural foam is being developed for the pro-duction of a large component of urban furniture.

Concept of the mould

What characterize a hybrid is its lightweight structure and the set ofmoulding blocks (core and cavity) which are obtained by rapid manufac-turing techniques. In this project themouldwill incorporate a solution thatwill allow it to function with moulding blocks for various parts, and thepossibility of operation with a conven-tional injectionmouldingmachineor a press to which an injection unit can be attached (Fig. 4).

Technological implications

In spite of its economic interest the use of structural foams with the

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HSM foi aplicada usando um centro de maquinação Makino V55 paraproduzir o master para a execução de ummolde em silicone (Fig. 1).Este molde servirá para produzir o bloco moldante de ummolde emresina epoxídica para estudos preliminares.

As técnicas subtrativas sãomais frequentemente usadas para a exe-cução demodelos de peças emdesenvolvimento,mas tambéme cadavez mais para a produção de pequenas séries (Bernard and Fischer2002).

A utilização dos vários processos de RP depende muito da quali-dade superficial das peças que se deseja obter. Na Fig. 2 exempli-fica-se o efeito destes processos aplicado a uma das peças desteprojeto.

Espumas estruturais

Ummolde híbrido só será competitivo economicamente se for subs-tancialmente mais ligeiro que um molde convencional. Nestes mol-des, a sua robustez e os materiais que são usados resultam daspressões associadas normalmente ao funcionamento dosmoldes deinjeção, e implicam a utilização de aços de liga, que têm custo e im-plicações de maquinação importantes. Se o processo de moldaçãose desenvolver compressões reduzidas será possível equacionar so-luções aligeiradas, coma dosmoldes híbridos. Uma das variantes doprocesso demoldação por injeção que satisfaz estes requisitos é amol-dação de espumas estruturais, conhecida desde os anos 70. As es-pumas estruturais são obtidas por moldação por injeção a baixapressão e normalmente apresentam uma estrutura complexa comtrês camadas: duas cascas sólidas e um núcleo celular (Tovar-Cis-neros, González-Núñez et al. 2008). A formação das espumas estru-turais resulta da fase gasosa dispersa que deriva do agente expansorque se mistura com o polímero.

Namoldação de espumas estruturais desenvolve-se uma pressão naimpressão que varia entre 1.4 to 4 MPa (contra os 40 MPa da mol-dação por injeção convencional). Este processo adequa-se bem apeças espessas, entre 4 e 9mm (Malloy 1994), e permite a obtençãode peçasmais leves entre 5 e 30% (Rosato, Rosato et al. 2000). A es-trutura casca/núcleo poroso é ideal para o funcionamento das peçasem flexão e permite a redução do nível de tensões residuais que sãoum problema em peças espessas de grandes dimensões (Tovar-Cis-neros, González-Núñez et al. 2008). Este cenário aponta para as es-


F5 – Blocomoldante para oestudo damorfologia deespumas estruturaisMoulding block for the study ofthe structural foammorphology

F3 – Peça emdesenvolvimento comespumas estruturaisPart being designedwith structural foams

F4 – Conceito demolde híbridopara espumas estruturaisConcept of hybridmould tostructural foams

injection moulding process, has not been the object of development topermit predicting the injection process with simulators as Moldflow, forexample. Nor is there information available that allows the predictionof pressures that develop in the foam expan-sion phase after the in-jection into the mould, as it happens already with a proprietary type ofcellular mouldings, MuCell (Martinez, Aznar et al. 2011). This infor-mation is important for the mechanical design of the mould in orderto ensure its structural integrity in use. Therefore, in this project is con-templated a develop-ment phase for assessing the effect of addingthe blowing agent in the melt and the evolution of pressure dur-ing theinjection cycle.

2.2Plannedactivities

The project Hybridmould 21 extends from the definition of the productionchain to the study of the businessmodel for a production unit of large partswith hybridmoulds. During the project that will last about three years, itis planned to develop themould concept, defining the shape geometriesto bemoulded, analysing the economic viability of PR techniques for theproduction of moulding blocks, and choosing the instrumentation to beattached to monitor and guarantee the safety of the moulds. Also thereare planned studies for materials suitable for moulding blocks, and therheological characterization of structural foam for implementation inthe Moldflow software. The technological aspects that develop in themoulding of structural foams will be exam-ined with a laboratory scalemouldwith instrumentation for the assessment of temperature, pressureand forces which develop during the expansion. In order to evaluate theproduction of a typical part (Fig. 2) it will be developed a production pro-totype mould for implementation with a pilot unit, which will produceparts for mechanical and dimensional evaluation.

3Someresults

The project is being developed by resorting to the technical staff of thecompanies in the consortium and to research fellows at the Masterslevel to be appointed in the scope of the project.

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pumas estruturais como uma solução interessante para produtoscom rigidez em flexão, reduzida relação peso/rigidez, reduzido custode produção, estabilidade dimensional e pequena tendência para oempenamento. Existem problemas como o maior tempo de ciclo,pior acabamento superficial ou a emissão de gases durante o pro-cessamento, que devem ser considerados no desenvolvimento doprojeto do produto (Barzegari and Rodrigue 2009).

Neste projeto, a aplicação de espumas estruturais está a ser desen-volvida para a produção de uma peça grande de mobiliário urbano.

Conceito de molde

O que caracteriza um molde híbrido é a sua estrutura aligeirada e oconjunto de blocosmoldantes (bucha e cavidade) que são obtidos portécnicas de fabrico rápido. Neste projeto o molde vai incorporar umasolução que irá permitir o seu funcionamento com blocosmoldantespara várias peças, alémda possibilidade de funcionamento quer numainjetora convencional, quer numa prensa a que se poderá acoplaruma unidade de injeção (Fig. 4).

Implicações tecnológicas

A utilização de espumas estruturais com o processo demoldação deinjeção, apesar do seu interesse económico, não tem sido objeto dedesenvolvimento que permita a previsão do funcionamento do pro-cesso em simuladores de injeção, como o Moldflow, por exemplo.Tambémnão existe informação disponível que permita a previsão daspressões que se desenvolverão na fase de expansão da espuma apósa injeção no molde. Esta informação é importante para o projetomecânico do molde de forma a garantir a sua integridade estrutu-ral em funcionamento. Por isso, neste projeto é contemplada umafase de desenvolvimento em que se avalie a influência da adição doagente expansor no fundido e a evolução da pressão durante o ciclode injeção.

2.2Atividadesprevistas

O projeto Hybridmould 21 desenvolve-se desde a definição da cadeia


F6 – Blocomoldante para o estudo damoldabilidade de espumasestruturaisMoulding block for the study of the mouldability of structuralfoams

F7 –Molde laboratorial, a) lado da extração; b) lado da injeçãoLaboratorymould, a) extraction side b) injection side

movableplate

Interchangedmoud insert

INOVAÇÃO INNOVATION

3.1Mouldcharacterization

The study of morphological and physical characteristics of mouldedstructural foam parts, as well as the technological aspects of the oper-ation of the hybridmoulds ismadewith two injectionmoulds usingmould-ing blocks for the production of discs that allow the detailed observationof the development of the cellular struc-ture (Fig. 5) aswell as themould-ability of parts with geometric details and features that are incorporatedin the prototype part to be produced in the pilot plant (Fig. 6)

The laboratory mould to study themouldability of structural foams (Fig.7) incorporates unique technological solutions enabling to measure theforce of expansion and pressures developed during the process.

3.2Scientificandtechnologicaldevelopments

The work so far has allowed having a better perception of howmorphol-ogy develops and as structural foam is affected by processing conditions(Esteves, Pouzada et al. 2011). An example is shown in Figure 8 whichshows the microstructure of a disk moulded in polypropylene with themoulding block of Fig 5.

It has also been possible to notice that the critical pressure in themould-ing of structural foams is the maxi-mum reached during the injectionphase, as observed in studies with themould formouldability studies. InFigure 9 it is shown an example of and pressure expansion force traceswhen moulding of PP structural foam (Nogueira, Martinho et al. 2011).

Another aspect that has been studied was the production of prototypesby additive manufacturing, such as SLS, using equipment with capacitylower than the size of the object and seeking to minimize the surfaceporosity. The solution involves gluing section of the part which were ob-tained with a SinterStation 2500 ma-chine (Figure 10) and subjected tosubsequent painting.

3.3Scientificproduction

The scientific impact of this project is already associated with the pres-ence at international conferences such as the ‘VRAP 2011’, Leiria, or the‘Materials 2011’, in Guimarães, but also the conclusion of two master'stheses at the University of Minho, a reference institution in Polymer En-gineering. In addition, it is projected to present more results in the in-

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de produção até ao estudo do modelo de negócio para uma unidadede produção de peças de grandes dimensões com moldes híbridos.Durante o proje-to que durará cerca de 3 anos estão previstos o de-senvolvimento do conceito de molde, a definição das geometrias amoldar, a análise de técnicas de PR economicamente viáveis para aprodução de blocos moldantes, e a instrumentação a associar aosmoldes para controlo e segurança demoldes. Também se estudarãomateriais adequados para blocos moldantes, será feita a caracteri-zação de espumas estruturais com vista à implementação emMold-flow. Os aspetos tecnológicos que se desenvolvem na moldação deespumas estruturais serão analisados com um molde à escala la-boratorial com instrumentação para a avaliação de temperaturas,pressões e forças que se desenvolvemdurante a expansão. Com vistaà avaliação da produção de uma peça tipo (Fig. 2) vai ser desenvol-vido ummolde-protótipo de produção para implementação comumaunidade piloto de produção, que produzirá peças para avaliação di-mensional e mecânica.

3Algunsresultados

O projeto está a desenvolver-se com recurso aos quadros do con-sórciomas também a bolseiros de investigação ao nível demestrado.

3.1Moldesdecaracterização

O estudo das características morfológicas e físicas de peças molda-das em espumas estruturais e dos aspetos tecnológicos associadosao funcionamento de moldes híbridos com espumas estruturais éfeito com dois moldes de injeção que usam blocos moldantes para aprodução de discos que permitem a observação detalhada do desen-volvimento da estrutura celular (Fig. 5) e da moldabilidade de peçascom detalhes geométricos e características que estão incorporadasna peça a produzir com omolde-piloto (Fig. 6).

O molde laboratorial para o estudo da moldabilidade de espumasestruturais (Fig. 7) incorpora soluções tecnológicas únicas que per-mitem amedição da força de expansão e das pressões desenvolvidasdurante o processo.

F 8 – Efeito da percentagemde agente expansor namorfologia de uma espuma estrutural de PP emmolde híbridoEffect of the percentage of blowing agent on themorphology of a PP structural foamusing a hybridmould

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3.2Desenvolvimentoscientífico-tecnológicos

Os trabalhos desenvolvidos permitiram já ter uma melhor perceçãoda forma como se desenvolve amorfologia de uma espuma estrutu-ral e como é afetada pelas condições de processamento (Esteves,Pouzada et al. 2011). Um exemplo é o da Figura 8 que mostra a mi-croestrutura de umdiscomoldado como blocomoldante da Fig. 5 empolipropileno.

Também foi já possível perceber que a pressão crítica na moldaçãode espumas estruturais é a que se atinge na fase de injeção, como seobservou em estudos com o molde para os estudos de moldabili-dade. Na Figura 9mostra-se um exemplo dos sinais de pressão e deforça de expansão durante a moldação de espuma estrutural de PP(Nogueira, Martinho et al. 2011).

Outro aspeto que foi estudado foi a obtenção de protótipos por tec-nologias aditivas, como a SLS, em equipamentos com capacidade in-ferir à dimensão do objeto e de forma a minimizar a porosidadesuperficial. A solução passa pela colagem de secções obtidas numamáquina SinterStation 2500 (Figura 10) e posterior pintura.

3.3Produçãocientífica

O impacto científico deste projeto está desde já associado à presençaem conferências internacionais como a VRAP 2011, em Leiria, ou aMateriais 2011, emGuimarães,mas tambémà conclusão de duas te-ses demestrado na Universidade doMinho, instituição de referênciana Engenharia de Polímeros. Para além disto, projeta-se a apresen-tação demais resultados em conferências internacionais como a PMI2012, emGhent, Bélgica e a estruturação de publicações demaior fô-lego a submeter a revistas científicas de prestígio.

4 Inovação industrial

4.1 Umproduto desafiador

O caso de estudo do projetoHybridmould 21 está associado a um con-ceito totalmente diferenciador e inovador, ultrapassando a forma-função e vigorizando a importância das emoções e da relação das


ternational conferences ‘PMI 2012’, Ghent, Belgium, and the preparationof publications of greater importance to be submitted to prestigious sci-entific journals.

4 Industrial Innovation

4.1Achallengingproduct

The case-study in the project Hybridmould 21 is associated with a totallydifferent and innovative concept, beyond the form-function and energiz-ing the importance of emotions and relationship between people andobjects.

Inspired by nature and its elements, the concept transports the audi-ence to environments that recovers its lost connection and closenesswith the environment. A return to origins, supported by the revival ofthe interest for natural things, a vital need in this growing urban con-text, fast and technical but also a fun side which needs to be recoveredin our lives, more and more serious, full of rules, schedules and con-cerns.

In the project Hybridmould 21 products without direct competition will bedeveloped because they differ from existing products on the market innon-plastic materials, but for their aesthetic and formal characteristicswith the same function.

This differentiation is achieved by the application of new processes andmaterials that enable the production of small batches of pieces ofmedium/large size, thick-walled and characterized by lightness and re-sistance characteristics according to the application.

The flexibility in the selection of materials, technologies and innovativemanufacturing methods, drive the design methodology to a wide rangeof possibilities and new interpretations that result in new and challeng-ing products, now and in the future.

4.2Howto implementahybridmouldsolution

For the specifications of this project solutions have been explored that leadeither to the rapid manufacturing of the tools or prototypes. In this con-text, it was developed a solution framed in the concept of hybrid moulds

F9 – Evolução da pressão na impressão e da força de expansão namoldação de uma espuma estrutural de PP.Evolution of pressure in the impression and expanding force inmoulding PP structural foam

F10 – Etapas de colagemda peçaSteps in the part gluing

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pessoas com os objetos.

Inspirado na natureza e nos seus elementos, transporta o público-alvo para ambientes que recuperama sua ligação e proximidade per-dida com o meio ambiente. Um regresso às origens, suportado pelorenascer do interesse por motivos naturais, uma necessidade vital,neste crescente contexto urbano, rápido e tecnológico mas também,um lado fun que urge recuperar nas nossas vidas, cada vez mais sé-rias, cheias de regras, horários e preocupações.

No projeto Hybridmould 21 serão desenvolvidos produtos sem con-corrência direta uma vez que se diferen-ciam de produtos existentesnomercado emmateriais não plásticos, mas, pelas suas caracterís-ticas estético-formais com amesma função.

Esta diferenciação é conseguida pela aplicação de novos processosemateriais que viabilizam a produção de pequenas séries de peçasde média/grande dimensão, de paredes espessas porém, caracte-rizadas pela leveza e por padrões de resistência de acordo com aaplicação.

A flexibilidade de seleção de materiais, tecnologias e métodos de fa-brico inovadores, encaminham a metodologia de design para umavasta gama de possibilidades e novas interpretações que resultamem novos e desafiadores produtos, agora e no futuro.

4.2Comoimplementarumasoluçãodemoldeshíbridos

Para os requisitos deste projeto têm-se explorado soluções que con-duzemquer a construção rápida das ferramentas quer dos protótipos.Neste contexto, desenvolveu-se uma solução enquadrada no conceitode molde híbrido para peças de grandes dimensões ( ≥ 1 m2 de áreaprojetada), baseada fundamentalmente em:- estrutura standard e flexível, que permita uma troca rápida dos blo-cos moldantes;- blocosmoldantes produzidos emmateriais alternativos e por técni-cas de fabrico rápido;-moldedotadode sistemas funcionais adequados àproduçãodepeçasem espumas estruturais.

É importante a identificaçãoda tipologia domoldenadefiniçãodos sis-temas funcionais como a injeção, o arrefecimento e a ejeção. No ladoda extração, são relevantes as especificações dos movimentos para aextração das peças.

O desenvolvimento da solução final terá ainda por base a implementa-ção de procedimentos e conhecimentos adquiridos nos estudos efe-tuados nomolde à escala laboratorial e a preparação e adaptação doselementosmoldantes à estrutura.

4.3Ummodelodenegóciocommoldeshíbridos

A agressividade concorrencial e procuras crescentes de artigos per-sonalizados, associados à redução do time-to-market e do ciclo devida do produto, têm obrigado a indústria portuguesa de moldes aaproximar-se de um paradigma de produção em pequenas séries.Este novo paradigma, orientado para o cliente, traz desafios e exigesoluções inovadoras à indústria, quer ao nível de organização do pro-cesso produtivo e das tecnologias, quer ao nível de sistemas de pla-neamento e controlo da produção.


for large size parts (≥1 m2 of projected area), based primarily on:

- Standard and flexible structure, allowing a rapid exchange of mould-ing blocks;

- Moulding blocks produced in alternative materials and using rapidmanufacturing techniques;

- Tool with functional systems suitable for the production of structuralfoam parts.

It is important to identify the type of the mould in the definition of func-tional systems such as the injection, cooling and ejection. In the extrac-tion side, the specifications of themovements for the extraction of partsare relevant.

The development of the final solution will still be based on the imple-mentation of procedures and knowledge gained from studies conductedat the laboratory scale, and the preparation and adaptation of themould-ing blocks to the structure.

4.3Abusinessmodelwithhybridmoulds

The aggressive competition and growing demands for personalized items,associated with reduced time-to-market and product life cycle, haveforced the Portuguesemould industry approaching a paradigm of smallseries production. This new customer-oriented paradigm poses chal-lenges to and requires innovative solutions by the industry, both in termsof the organization of production processes and technologies, and ofplanning systems and production control.

The development and substantiation of new business models fully dif-ferentiated and supported in new scenar-ios of industrialization, is as-sumed fundamental.

In this project a Business Model adjusted to this new reality is being de-veloped. Themodel will be rigorously tested in the context of the project,andwould provide awide range of guidelines and industrial and businessformats.

Conclusions

The project Hybridmould 21 can be seen as a challenge that the Por-tuguese industry in collaboration with the National scientific and tech-nological system are facing in order to find solutions for the productionof precise and large size plastics parts, at competitive prices. This proj-ect is underway with the support of the QREN programme and strongcommitment of a research centre of excellence, the Institute for PolymersandCompos-ites, University ofMinho. Its completion is scheduled for late2012 with the holding of a symposium open to industrial and scientificcommunities. •

Referências|References

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O desenvolvimento e consubstanciação de novos modelos de negó-cio, totalmente diferenciados e suportados em novos cenários de in-dustrialização, assume-se fundamental.

Neste projeto está a ser desenvolvido umModelo deNegócio ajustadoa esta nova realidade. O modelo vai ser rigorosamente testado noâmbito do projeto, estando previsto um vasto conjunto de orienta-ções e de formatações industriais e empresariais.

Conclusões

O projeto Hybridmould 21 pode ser visto como um desafio que a in-dústria portuguesa, em colaboração com o sistema científico e tec-nológico nacional, estão a enfrentar no sentido de encontrarsoluções para a produção de peças em plástico, com precisão e dedimensões grandes, a preços competitivos. Este projeto está a de-correr com o apoio do programa QREN e forte empenhamento de umcentro de investigação de excelência, o Instituto de Polímeros eCompósitos da Universidade doMinho. A sua conclusão está previstapara o fim de 2012 com a realização de um Simpósio aberto às co-munidades industrial e científica. •


lene structural foam for large parts. 6th Int Materials Symposium - 15º Enc. Soc. Port. Mat.Guimarães, Portugal.

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