O que é sobremoldagem: processo, design e aplicações

Nas indústrias, muitas aplicações exigem diferentes propriedades de núcleo e superfície – um único material não consegue isso. Nesses casos, colocamos um material sobre o outro por meio de sobremoldagem. Mas o que é sobremoldagem? É flexível com combinações de materiais e com que eficácia esses materiais se integram?

Este artigo examina o processo de sobremoldagem de plástico, as considerações sobre o projeto do molde e as diversas aplicações que ele atende. Além disso, compara a sobremoldagem com outras técnicas semelhantes de moldagem por injeção.

O que é sobremoldagem?

A sobremoldagem é um processo híbrido de moldagem por injeção para fabricar peças a partir de dois ou mais materiais, geralmente termoplásticos e elastômeros. Envolve colocar em camadas ou envolver um material em cima de outro. Os dois polímeros podem fundir-se química ou mecanicamente para se tornarem um objeto sólido. Por exemplo, em cabos de ferramentas elétricas, a sobremoldagem nos permite criar um núcleo de plástico rígido, como o ABS, complementado por um cabo de borracha macio e tátil.

O processo de sobremoldagem se assemelha à moldagem por injeção tradicional, mas envolve múltiplas injeções para introduzir diferentes materiais.

Em um tipo, a sobremoldagem direta, o material inicial preenche o molde e esfria para assentar. Posteriormente, um segundo material é injetado para formar uma camada externa ou envelope ao redor do primeiro.

Já na sobremoldagem com inserto, uma peça rígida é preparada separadamente e colocada no molde, onde outro material (elastômero) é injetado sobre ela.

Processo de sobremoldagem passo a passo

A operação de sobremoldagem é concluída nestas etapas:

1. Seleção de Materiais

A seleção do material é a fase mais importante. Escolha materiais que atendam aos requisitos físicos internos e externos do produto. Considere o uso pretendido, como ergonomia, conforto ou amortecimento de vibrações, e se o produto precisa de resistência à água ou térmica. Os próprios materiais de sobremoldagem precisam se unir para evitar a separação após a moldagem.

2. Projeto e configuração do molde

O projeto do molde deve acomodar as propriedades e a espessura de ambos os materiais, o que requer considerações diferentes em comparação aos moldes padrão. A espessura da parede deve ser uniforme (não mais que 4 mm), sendo necessário que haja comportas onde a seção da parede for mais espessa. A taxa de fluxo precisa ficar abaixo de 150/L.

Assim como outros moldes de injeção, os sobremoldados são criados usando usinagem CNC e são feitos de metais duráveis ​​como aço ou alumínio para suportar as pressões e temperaturas do processo de moldagem por injeção.

3. Configuração de moldagem por injeção

A configuração é personalizada com base nos materiais e sua sequência de camadas. Para sobremoldagem de material duplo, as configurações podem usar múltiplas unidades de injeção. Estas unidades são configuradas para girar o molde, de modo que cada injetor possa depositar com precisão seu respectivo material.

Inicialmente, a unidade injeta um material de camada base. Ele esfria para formar um substrato rígido sobremoldado. Em seguida, outro injetor adiciona material por cima. Em alguns casos, o substrato é feito separadamente em uma unidade e depois injetado com uma camada de elastômero.  

4. Ejeção e Inspeção

Após o processo de moldagem, a peça é ejetada do molde. A peça passa por uma inspeção completa em busca de defeitos, como colagem incompleta, bolsas de ar ou imperfeições superficiais.

5. Pós-processamento

O processo retorna uma peça sólida, que é uma combinação de todos os materiais injetados. No entanto, pode ser necessário passar por alguns processos de pós-processamento. Por exemplo, aparar o excesso de material, polir para melhorar o acabamento superficial ou curar ainda mais para melhorar as propriedades do material. O objetivo é atingir as características estéticas e funcionais desejadas na peça sobremoldada.

Dicas de design de sobremoldagem

Muitas variáveis ​​estão envolvidas quando se trata de fazer um molde. Estas algumas dicas de design de sobremoldagem irão guiá-lo ao longo do caminho:

Compreenda as propriedades dos materiais

A ideia central da utilização da técnica de moldagem é projetar peças plásticas com as características desejadas. Então, a seleção do material deve ser baseada nisso. No entanto, considere a sua intercompatibilidade e propriedades físicas, tais como temperaturas de fusão e coeficientes de expansão.  

Como ambos os materiais são diferentes, as temperaturas de fusão e os coeficientes de expansão podem não ser semelhantes. Algumas das resinas encolhem ao sedimentar, causando empenamento. Para contrariar isso, é aconselhável utilizar um componente central (substrato) cujo módulo de flexão e temperatura de fusão sejam superiores aos do material secundário.

A espessura também é importante. Uma camada mais espessa de elastômero (TPE) proporcionará amortecimento de vibrações e suavidade. Em contraste, uma camada fina parece mais dura e é uma opção para fazer a estrutura das costelas.  

Otimize a geometria e o molde da peça

O projeto do molde deve acomodar múltiplas injeções, garantindo espessura de parede uniforme entre 2 a 4 mm. Evite nervuras profundas e cantos afiados para reduzir as concentrações de tensão e facilitar o fluxo do material fundido.

Os raios máximos em cantos vivos devem ser inferiores a 0.5 mm. Como regra geral, incorpore um ângulo de inclinação de 1 grau por polegada de profundidade para facilitar a ejeção da peça.

Melhorar a ligação

Os materiais devem idealmente misturar-se a nível molecular através de ligações químicas. Para uma adesão ideal, a temperatura de contato deve estar próxima do ponto de fusão dos materiais.

Onde a adesão química não for viável, empregue uma abordagem mecânica utilizando intertravamentos. Outra opção é texturizar o material do substrato para que a resina preencha as lacunas para proporcionar adesão.

A Tabela 1 mostra a compatibilidade de ligação dos materiais sobremoldados.

Design para Manufaturabilidade

Na fabricação, o objetivo é agilizar o processo, pois a produção, replicação e montagem de peças é fácil. Uma maneira é reduzir o número de subpeças para que as etapas de montagem sejam minimizadas.

Outra forma é o uso de ferramentas computacionais para refinar o projeto do molde e os parâmetros do processo antes do início da fabricação. Você pode usar simulações para identificar distribuição desigual de materiais, o que pode levar a fraquezas estruturais.

A escolha dos materiais é outro aspecto crucial. Escolha materiais que não apenas atendam aos requisitos funcionais, mas também se unam bem. Por exemplo, para o cabo de uma ferramenta elétrica que requer uma estrutura interna rígida com um punho macio. O design pode ter um núcleo de plástico rígido de ABS, para integridade estrutural, rodeado por um elastômero termoplástico (TPE) mais macio, para conforto e resistência ao deslizamento.

Plano para pós-processamento

Prepare-se para as etapas necessárias de pós-processamento, como corte, polimento ou pintura, para obter o acabamento superficial desejado. Com base na aplicação, adicione processos secundários, como estabilização UV ou tratamentos retardadores de chama.

Se você estiver interessado em saber mais, não perca nosso detalhado guia de design de sobremoldagem.

Tipos de Materiais de sobremoldagem

Os materiais sobremoldados se enquadram em duas categorias: termoplásticos e elastômeros.

Termoplásticos

Termoplásticos são materiais que se tornam moldáveis ​​quando aquecidos e endurecem quando resfriados. Você pode reutilizar esses materiais, derretendo-os e remodelando-os repetidamente sem qualquer alteração química. Algumas opções populares são:

Policarbonato (PC)

O PC possui extraordinária resistência ao impacto e clareza óptica. Suas aplicações comuns incluem janelas à prova de balas e equipamentos de proteção. Além de resistente, também resiste à descoloração. No entanto, o PC é propenso a arranhões e pode degradar-se sob exposição prolongada aos raios UV, ficando amarelo.

Polietileno (PE)

O PE encontra aplicações em tudo, desde sacos plásticos até recipientes de alta resistência. Na sobremoldagem, suas variantes, PEAD e PEBD, oferecem múltiplas opções que vão desde estruturas rígidas até peças flexíveis.

O HDPE possui alta resistência, durabilidade e resistência a produtos químicos. É comum a confecção de garrafas de armazenamento, brinquedos e qualquer item onde rigidez e durabilidade sejam requisitos. No entanto, é inflamável e tem baixa resistência aos raios UV.

O LDPE é mais macio e flexível que o HDPE, adequado para aplicações que exigem flexibilidade, como garrafas comprimíveis e filmes de embalagem. Sua resistência a ácidos, bases e óleos vegetais o torna a escolha ideal para embalagens de alimentos. Os principais desafios do LDPE incluem sua menor resistência à temperatura e suscetibilidade à perfuração.

Polipropileno (PP)

O PP também possui excelente resistência química e propriedades mecânicas. As aplicações comuns incluem peças automotivas, bens de consumo e dobradiças vivas, que exigem flexões repetidas. Sua resistividade química o torna ideal para aplicações de higiene. Contudo, a resistência do PP à luz UV é moderada e requer aditivos para estabilização em aplicações externas.

Acrilonitrila butadieno estireno (ABS)

ABS é um termoplástico resistente e versátil usado em vários setores. Oferece excelente resistência ao impacto, boa estabilidade ao calor e acabamento superficial liso. O ABS é fácil de moldar e pintar – um material ideal para aplicações estéticas. No entanto, não é resistente a produtos químicos.

Elastômeros

A principal característica dos elastômeros é sua elasticidade e textura macia – razão pela qual eles frequentemente formam a camada superior de produtos plásticos rígidos: Esses três elastômeros são comuns para sobremoldagem:

Poliuretano termoplástico (TPU)

O TPU é um material versátil que possui os melhores atributos da borracha e do plástico. É durável, flexível e resistente à abrasão, tornando-o ideal para aplicações que exigem um toque suave, como capas de telefone, vedações e juntas. É resistente a óleo e adere bem a plásticos como PC e ABS. No entanto, é caro.

Elastômero termoplástico (TPE)

Os TPEs são uma classe de copolímeros (uma mistura de polímeros, geralmente plástico e borracha) que combinam as propriedades mecânicas e térmicas dos termoplásticos com a elasticidade dos elastômeros. Eles são úteis em aplicações de sobremoldagem que exigem uma pegada suave, como cabos de escovas de dente, cabos de ferramentas e produtos de higiene pessoal.

Borracha de silicone

O silicone tem excelente resistência ao calor, flexibilidade e propriedades isolantes. Na sobremoldagem, o silicone é usado principalmente para criar vedações à prova d'água, cabos isolantes e caixas de proteção para eletrônicos. Adere bem a metais e certos plásticos – e é ideal para produtos médicos e utensílios de cozinha onde são necessárias altas temperaturas e capacidades de esterilização.

Compatibilidade de Material

Ao escolher materiais para sobremoldagem, leve em consideração a compatibilidade química dos materiais. Algumas combinações de materiais se misturam naturalmente e formam ligações químicas, enquanto outras requerem intertravamento mecânico para se fundirem. O Gráfico 1 mostra a compatibilidade dos diferentes pares de materiais.

Além disso, é importante considerar outras propriedades mecânicas, como coeficiente de expansão, coeficiente de atrito e módulo de flexão. As propriedades precisam se complementar. Por exemplo, se o substrato (núcleo) for um material com módulos de alta flexão, a resina/elastômero de topo deverá ter um valor um pouco menor.  

Aplicações de Sobremoldagem

Sobremoldagem é um processo popular de moldagem por injeção no qual o TPE é um sobremoldado comumente usado. O substrato utilizado no processo pode ser qualquer material, desde plástico até metais. Isso torna o processo de moldagem por injeção de sobremoldagem um importante processo industrial com muitas aplicações destacadas abaixo.

Benefícios da sobremoldagem

Os fabricantes que precisam de design, aderência e aparência elegante adoram o que o processo de sobremoldagem proporciona ao seu produto. O processo também não é tão caro, mas melhorou ao longo dos anos, levando à satisfação do cliente de alto nível. Abaixo estão as vantagens de usar sobremoldagem.

Maior durabilidade do produto

A sobremoldagem introduz um material secundário que protege o componente primário contra tensões mecânicas e fatores ambientais. Um exemplo são as vedações moldadas em câmeras à prova d’água que protegem os componentes internos contra sujeira e água.

Estética e Ergonomia Melhoradas

Ele pode aprimorar o design ergonômico dos produtos adicionando contornos e alças suaves adaptadas à interação do usuário. Utensílios de cozinha, por exemplo, liquidificadores, possuem cabos moldados que melhoram a aderência e o conforto.

Eficiência Material

A fusão de dois materiais em um molde cria uma única peça. Projetar cada um separadamente exigiria mais material e a usinagem adicional teria causado mais desperdício.

Integração Funcional

Os controles remotos utilizam moldagem para integrar botões flexíveis que respondem e são confortáveis ​​de pressionar. Da mesma forma, as ferramentas elétricas apresentam áreas de fixação de plástico robustas que facilitam o manuseio e o uso dessas ferramentas.

Desempenho aprimorado

A sobremoldagem pode combinar materiais para criar peças compostas com melhor desempenho do que suas contrapartes de material único. Os componentes internos, como os controles do painel, são moldados com plásticos macios que não apenas melhoram o feedback tátil, mas também melhoram a resistência ao desgaste.

Limitações da sobremoldagem

O processo brilha em muitos aspectos, mas também existem algumas limitações:

Problemas de penteabilidade de materiais

Nem todos os materiais são compatíveis com a colagem. Se unidos, levam a ligações inadequadas entre as camadas. O produto final pode falhar sob tensão devido à fraca adesão.

Maior complexidade de fabricação

A sobremoldagem envolve múltiplas etapas de injeção e possivelmente materiais diferentes, exigindo designs de ferramentas complexos. Essa complexidade leva a tempos de ciclo mais longos e à necessidade de maquinário especializado.

Custos iniciais mais altos

Os custos iniciais do processo são mais elevados devido à necessidade de múltiplos estoques de materiais e ferramentas de sobremoldagem especializadas para cada material. Consequentemente, o custo de produção por unidade também aumenta.

Restrições de Design

A sobremoldagem impõe limitações na geometria das peças e nas escolhas de materiais; certas formas complexas ou combinações de materiais podem não ser viáveis ​​devido a diferenças nas temperaturas de fusão e nas propriedades mecânicas.

Moldagem por Inserção vs Sobremoldagem

Embora a sobremoldagem e a moldagem por inserção compartilhem algumas semelhanças com os processos de moldagem híbridos, são técnicas fundamentalmente diferentes.

Ambos os processos permitem a criação de peças com variadas combinações plásticas, potencializando as propriedades mecânicas, estéticas e táteis dos produtos. Como resultado, suas aplicações muitas vezes se sobrepõem em setores como bens de consumo, automotivo e eletrônico.

A sobremoldagem é um processo de duas etapas onde o primeiro material é injetado em um molde, seguido por uma segunda camada de material por cima. A moldagem por inserção, por outro lado, envolve a moldagem de plástico sobre um substrato pré-fabricado (inserção), como uma peça de metal, parafuso ou pino.

Uma diferença fundamental está na preparação: a moldagem por inserção requer configurações separadas para as duas peças de material, o que aumenta o tempo e o custo. A sobremoldagem, no entanto, utiliza o mesmo equipamento tanto para a preparação da base quanto para o processo de estratificação, tornando-a mais econômica e em termos de tempo e custo.

Além disso, a sobremoldagem normalmente envolve plásticos e elastômeros, enquanto a moldagem por inserção geralmente incorpora inserções de metal.

Para uma comparação mais profunda, confira nosso abrangente sobremoldagem vs moldagem por inserção guia.

Moldagem 2K vs Sobremoldagem

A moldagem em dois disparos envolve a injeção de dois materiais diferentes no mesmo molde durante um único ciclo de moldagem. O processo começa com a injeção do primeiro material, que faz parte do produto. O molde então gira para uma nova posição para o segundo material ser injetado.

Em contraste, a sobremoldagem normalmente requer dois ciclos de moldagem separados. O primeiro material é moldado em um formato básico que, após resfriamento e endurecimento, é colocado em um novo molde onde o segundo material é injetado sobre ou ao redor dele.

Uma distinção importante entre os dois processos reside no uso de materiais e na flexibilidade do design. Na sobremoldagem, o substrato ou material de base é geralmente rígido, com um material mais macio aplicado como segunda camada. A moldagem em duas etapas, entretanto, não requer um substrato rígido e pode combinar quaisquer dois materiais plásticos.

A sobremoldagem é frequentemente usada para criar produtos com melhorias funcionais e estéticas, moldando vários materiais. A moldagem em dois disparos, por outro lado, é projetada especificamente para combinar exatamente dois materiais, tornando-a ideal para adicionar tons duplos ou camadas funcionais ao produto final.

Para entender as distinções entre esses métodos, dê uma olhada em nosso sobremoldagem vs moldagem em dois disparos guia.

Co-moldagem vs Sobremoldagem

A co-moldagem é um método subconjunto de sobremoldagem, tendo as mesmas características e aplicações. O processo requer que os materiais tenham temperaturas de fusão e propriedades de ligação compatíveis, uma vez que são moldados juntos ao mesmo tempo.

Normalmente, a combinação é um substrato duro de plástico e sobre uma camada de borracha. No entanto, dois materiais semelhantes também podem ser co-moldados.

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