Compreendendo a extrusão de materiais: o processo e as extrusões de alumínio explicados

材料挤压是一种关键的制造工艺，它能够在不同领域（例如使用 3D 打印机的领域）生产复杂的形状和零件。基本上，这种方法的工作原理是将材料（通常是热塑性塑料或金属）通过模具连续成型为具有精确横截面的型材。在众多挤压材料中，铝挤压材料因其重量轻、强度高、重量轻以及耐腐蚀性强而被认为是独一无二的。为了实现这些目标，我们将研究有关材料挤压的各个方面，包括挤压材料的运作方式、影响其质量和效率的因素,以及最重要的是,挤压材料的最佳应用领域以及它相对于制造业目前使用的其他系统的优势。这些知识将帮助我们更好地理解挤压技术在工业增长中的重要性，通过基于当前全球趋势的设计和创新的进步。

挤压工艺是怎样的？

挤压是如何进行的？

挤压工艺涉及多个阶段，以将原材料转化为所需形状。首先，在加热室中喂入原材料，原材料通常是颗粒或坯料，随后熔化或软化。然后，螺杆或柱塞将材料向前移动，同时通过施加压力将其推过选定的模具。使用空气或水浴等冷却方法，以固化并保持挤压物品的所需尺寸。在整个过程中，温度、压力和模具设计等变量极大地决定了最终产品的质量和性能。

讨论材料挤压的各个阶段。

1. 材料准备：选择颗粒或坯料形式的原材料并准备熔化或软化。
2. 加热：材料进入加热室，在那里达到可供加工的温度。
3. 运输：使用螺钉/柱塞的系统在受控的压缩力下逐渐推动软化的材料。
4. 成型模具：材料在通过模具时会呈现不同的形状，这取决于材料在这些装置出口处的横截面。
5. 冷却：此步骤涉及利用水/空气冷却挤压型材，从而使它们凝固成指定的尺寸，同时仍保持挤压所需的比例。
6. 切割：在此过程中生产的连续长度可能需要切割成所需的尺寸，然后才能进一步加工或用于其他地方。

哪些物质可以进行挤压？

Substâncias extrudáveis incluem termoplásticos (por exemplo, PVCs, polietilenos e poliestirenos), plásticos termoendurecíveis como epóxis e fenólicos; metais como alumínio e cobre; compósitos etc. Esses vários tipos de matéria são apropriados para serem extrudados, pois cada um tem suas próprias características especiais que permitem fácil tratamento térmico juntamente com a aplicação de pressão durante o processamento.

Quais são alguns materiais geralmente usados para extrudar plásticos?

O que significa termoplástico e por que ele é importante?

Quando aquecidos, eles se tornam flexíveis, moldáveis e endurecem ao resfriar. Por esse motivo, os termoplásticos são classificados como polímeros. Isso significa que suas propriedades não se deterioram significativamente, mesmo se forem remodelados ou remoldados muitas vezes. Os termoplásticos têm uma ampla gama de usos em diferentes setores devido à sua flexibilidade durante o processamento, bem como após a produção final, onde podem ser aplicados em materiais de embalagem e bens de consumo, entre outros, como componentes automotivos, apenas para mencionar alguns exemplos. Sua reciclabilidade também garante a conservação ambiental, pois isso apoia práticas de fabricação sustentáveis, mantendo bons níveis de desempenho no estágio de uso final.

O que é ABS?

Acrilonitrila butadieno estireno (ABS) é um tipo de plástico que pertence à família chamada termoplásticos, o que significa que pode ser derretido várias vezes sem perder nenhuma de suas propriedades. É um material resistente com grande impacto, resistência e durabilidade, então não é surpresa que as pessoas o usem com frequência. Os três monômeros dos quais o acrilonitrila butadieno estireno copolimeriza incluem acrilonitrila, que fornece resistência química, bem como estabilidade térmica, butadieno para melhoria da tenacidade, enquanto o estireno ajuda a tornar o ABS rígido o suficiente para fácil processamento também. Essas características combinadas permitem que este material encontre amplas aplicações que vão desde peças de automóveis até caixas eletrônicas até brinquedos, especialmente tijolos feitos pela LEGO Company, sem esquecer acessórios de encanamento, entre outros, que exigem um equilíbrio perfeito entre custo e desempenho. Outra coisa sobre esta substância é que você pode facilmente moldá-la e pintá-la também, aumentando assim sua versatilidade durante o processo de fabricação.

Qual o papel dos materiais compósitos em relação à extrusão de plástico?

Os materiais compósitos melhoram a resistência mecânica dos itens produzidos por extrusão de plásticos. Os compósitos são normalmente feitos de uma matriz que pode ser termoplástica reforçada com fibras ou partículas como vidro e carbono, entre outras naturais. Sua combinação leva a maior rigidez, bem como resistência, em comparação aos termoplásticos convencionais. Um agente de reforço é uniformemente disperso por todo o plástico durante a extrusão, dando origem a um produto que capitaliza os méritos de ambos os constituintes. Os compósitos encontram mais uso na extrusão de plástico dentro de uma indústria aeroespacial, onde o desempenho, a redução de peso e as taxas de utilização de material são mais importantes, juntamente com o setor automobilístico, que exige propriedades mecânicas aprimoradas juntamente com massa reduzida. Além disso, esses compósitos podem ser personalizados para aplicações específicas, tornando-os altamente adaptáveis durante o processo de fabricação.

O que torna a extrusão de alumínio diferente da extrusão de plástico?

Qual é a vantagem de usar liga de alumínio?

As ligas de alumínio têm muitos benefícios que as tornam populares em uma variedade de aplicações. Para começar, elas oferecem uma excelente relação resistência-peso, o que lhes dá uma resistência estrutural considerável, ao mesmo tempo em que são leves o suficiente para serem usadas em indústrias como aeroespacial e automotiva. Além disso, as ligas de alumínio exibem resistência excepcional à corrosão, melhorando assim a durabilidade e reduzindo os requisitos de manutenção na tecnologia de fabricação. Além disso, sua boa condutividade térmica e elétrica torna possível que esses materiais sejam usados em aplicações elétricas ou de calor. Também vale a pena mencionar que as ligas de alumínio são altamente maleáveis, então formas complexas podem ser obtidas facilmente por meio de soldagem por extrusão, fabricação, etc.; finalmente, o que mais contribui para a sustentabilidade é sua reciclabilidade, pois o alumínio pode ser reutilizado sem perder nenhuma de suas propriedades; portanto, tornando-o também ecologicamente correto.

Onde a extrusão de alumínio é usada?

1. Extrusões de alumínio encontram ampla utilização em vários setores devido à sua versatilidade combinada com características de desempenho que incluem jato de material para criar designs complexos.
2. Construção: Isso envolve caixilhos de janelas, caixilhos de portas, paredes de cortina e sistemas de cobertura.
3. Indústria automotiva: Aqui, componentes estruturais, trocadores de calor, estruturas leves, entre outros, são feitos deste metal com a ajuda de tecnologia de fabricação avançada.
4. Setor aeroespacial: Estruturas de aeronaves, componentes de fuselagem, peças de trem de pouso, etc., também podem ser fabricados por esses métodos.
5. Setor eletrônico: Estruturas de gabinetes de dissipadores de calor para dispositivos eletrônicos, entre outras coisas, podem ser feitas usando extrusões de alumínio porque são bons condutores de eletricidade e calor, melhorando assim os níveis de desempenho neste campo específico.
6. Categoria de produtos de consumo: Exemplos nesta seção podem incluir itens de mobiliário, artigos esportivos, utensílios de cozinha, eletrodomésticos, etc. Todos esses objetos geralmente exigem algum grau de maleabilidade durante seus estágios de produção, tornando o alumínio uma escolha ideal em termos de material.
7. Indústria ferroviária (ferroviária e de trânsito): Estruturas de carrocerias de trens, componentes de plataformas, sistemas de sinalização, etc. também podem se beneficiar muito dessas tecnologias, pois utilizam propriedades de alta resistência aliadas à natureza leve exibida pelas ligas de alumínio, que também são resistentes à corrosão, garantindo assim níveis ótimos de eficiência neste setor.

Essas aplicações aproveitam a leveza, a resistência e a resistência à ferrugem do alumínio para melhorar a eficiência e a produtividade.

Qual é o local onde a impressão 3D é usada na extrusão de materiais?

Como funciona a modelagem de deposição fundida?

A Modelagem por Deposição Fundida (FDM) é um processo de manufatura aditiva que fabrica objetos tridimensionais depositando materiais termoplásticos camada por camada. O método começa com um rolo de filamento alimentado por um bico de extrusão aquecido. O bico derrete o filamento para que ele possa ser extrudado em uma plataforma de construção em padrões precisos dispostos por um modelo de design auxiliado por computador (CAD). À medida que cada camada é depositada, ela esfria e endurece rapidamente, unindo-se à que está abaixo dela. Isso continua até que todo o objeto tenha sido construído; neste ponto, ele pode ser removido da plataforma de construção e pós-processado conforme necessário. Geometrias complexas são possíveis com FDM, tornando-o amplamente usado para prototipagem e produção de peças funcionais em muitos setores.

Quais são as vantagens da tecnologia de impressão 3D para extrusão de materiais?

Existem vários benefícios importantes associados ao uso da tecnologia de impressão 3D, especialmente quando se considera a manufatura aditiva de extrusão de material. Primeiro, a prototipagem rápida é possível, o que permite uma iteração rápida e econômica de designs por designers ou engenheiros, reduzindo assim o tempo de espera e permitindo a validação do conceito antes de se comprometer com processos de fabricação mais caros. Em segundo lugar, o suporte de geometria complexa juntamente com recursos de personalização facilita a criação de peças intrincadas que podem ser difíceis ou impossíveis por meio de métodos de fabricação tradicionais. Além disso, apenas as quantidades necessárias são usadas porque não há desperdício durante o processamento. Por último, mas não menos importante, a produção sob demanda reduz os custos de manutenção de estoque e, ao mesmo tempo, aumenta a capacidade de resposta da cadeia de suprimentos, melhorando assim a eficiência operacional geral em diferentes setores.

Quais materiais funcionam melhor com FDM?

A Modelagem por Deposição Fundida (FDM) pode funcionar com diferentes tipos de materiais termoplásticos utilizados em várias aplicações. O Ácido Polilático (PLA) é frequentemente escolhido devido à sua facilidade de uso e biodegradabilidade. O Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS), por outro lado, é apreciado por ser resistente e resistente a impactos. O Polietileno Tereftalato Glicol (PETG) combina propriedades do PLA e do ABS, mas também exibe boa transparência junto com flexibilidade. O Poliuretano Termoplástico (TPU) é conhecido por sua natureza elástica aliada a altos níveis de flexibilidade. Outros materiais especiais, como compostos de Nylon ou Fibra de Carbono, podem ser usados quando maior resistência, resistência ao calor ou características mecânicas específicas são necessárias.

Como podemos resolver problemas com extrusoras?

O que pode ser feito para corrigir problemas com a extrusora?

Vários problemas podem surgir no processo de extrusão, o que pode afetar a qualidade dos produtos e a eficiência da produção. Problemas comuns são os seguintes:

1. Atolamento de material: Isso acontece quando o filamento fica preso na extremidade quente ou no alimentador, causando extrusão inconsistente ou falha completa do processo.
2. Diâmetro inconsistente:Quando há variações no diâmetro dos filamentos, pode ocorrer um fluxo irregular de materiais, levando a uma altura de camada e acabamento de superfície inconsistentes.
3. Má adesão: A fraca ligação entre camadas pode causar empenamento ou delaminação, comprometendo assim a integridade estrutural das peças finais produzidas.
4. Superaquecimento: Temperaturas muito altas podem degradar propriedades do material, como descoloração, fragilidade ou perda de resistência.
5. Subextrusão: Se não houver material suficiente sendo fornecido pelo bico durante a impressão, aparecerão lacunas nas paredes do objeto impresso, tornando-o fraco nesses pontos.
6. Amarrando: Uma quantidade extra de filamento pode vazar enquanto a cabeça da impressora se move de um ponto a outro sem imprimir nada, criando assim fios indesejados no modelo finalizado.

O que devo fazer se minha extrusora apresentar algum problema?

1. Atolamento de material: Remova quaisquer bloqueios na extremidade quente ou no alimentador; garanta o carregamento correto e que não haja emaranhamento do filamento.
2. Diâmetro inconsistente: Meça a espessura do filamento usando um paquímetro e ajuste as configurações adequadamente; tente usar filamentos de alta qualidade que tenham menos variabilidade.
3. Má adesão: Aumente a temperatura da cama; altere a altura da camada; melhore a preparação da superfície, por exemplo, use cola em bastão em vez de spray para cabelo para obter melhores resultados, etc.
4. Superaquecimento: Monitore a temperatura na qual você está extrudando seus materiais plásticos; se estiver muito alta, reduza-a até que todos os requisitos definidos pelos fabricantes sejam atendidos. O resfriamento adequado deve ser garantido, especialmente durante impressões 3D maiores, onde mais calor é produzido em um curto período, afetando assim a qualidade negativamente.
5. Subextrusão: Aumente a vazão ou a temperatura do bico; limpe os entupimentos do conjunto da extrusora e garanta que o filamento seja alimentado suavemente.
6. Encordoamento: Ajuste as configurações de retração; aumente a velocidade de deslocamento entre as peças; limpe o bico regularmente para evitar acúmulo de excesso de materiais, etc.

Quais são algumas falhas possíveis em materiais extrudados?

1. Defeitos de Superfície: Esses defeitos podem aparecer como bolhas, furos ou pontos ásperos causados pelo aprisionamento de gás ou fluxo irregular.
2. Geometria distorcida: Isso pode se manifestar por meio de empenamento ou imprecisão dimensional devido ao estresse térmico e resfriamento insuficiente.
3. Má ligação entre camadas: Quando uma camada não está devidamente fixada à outra, ela pode se separar, levando à quebra de uma parte como um todo.
4. Descoloração: A qualidade estética pode ser afetada quando há alteração na cor resultante de superaquecimento ou contaminação.
5. Propriedades de filamentos não uniformes: A largura ou densidade dos filamentos varia, resultando em taxas inconsistentes de fluxo e perfis diferentes durante a extrusão.
6. Quebras: Essas são falhas estruturais que ocorrem porque um objeto se torna muito fraco mecanicamente ou foi usado por muito tempo, ficando fatigado, o que prejudica a durabilidade.

Quais avanços tecnológicos provavelmente definirão o futuro da extrusão de materiais?

O que está sendo feito nessa área?

1. Impressão multiestrutural: Isso envolve técnicas que permitem que vários materiais sejam impressos ao mesmo tempo, formando formas complexas com propriedades diferentes.
2. Altura da camada variável: São sistemas que alteram a espessura de cada camada durante a impressão, otimizando assim a velocidade e os detalhes quando necessário.
3. Monitoramento de processos baseado em IA em tempo real: Garantir qualidade constante por meio de detecção instantânea por meio de inteligência artificial (IA) enquanto a impressão continua e correção de quaisquer erros cometidos até o momento.
4. Bioimpressão: Isso se refere a aplicações avançadas para criação de tecidos vivos usando tecnologia de extrusão de materiais, o que tem grandes implicações para pesquisas em ciências médicas e medicina regenerativa, entre outras.
5. Materiais Inteligentes: Filamentos projetados com capacidade de resposta às mudanças ambientais, permitindo assim a produção de peças adaptáveis em diversos campos.

Como o material de impressão 3D está mudando?

Os materiais impressos em 3D estão evoluindo por meio de novos compostos e propriedades aprimoradas. Por exemplo, filamentos reforçados com fibra de carbono foram desenvolvidos com maior resistência à tração e rigidez do que outros tipos, o que os torna úteis para aplicações de suporte de carga. Além disso, elastômeros termoplásticos (TPEs) mais flexíveis estão agora disponíveis, os quais podem ser usados para produzir peças que precisam suportar desgaste. Outra área em que se está trabalhando são os filamentos de base biológica e recicláveis, de modo a promover a sustentabilidade dentro da indústria. Isso não é tudo; a integração com nanomateriais aumentou a condutividade térmica, entre outras coisas, aumentando assim sua condutividade elétrica e expandindo onde eles podem ser usados, como em eletrônicos ou no setor automotivo. Esses passos à frente significam funcionalizar a impressão 3D, mas também torná-la mais sustentável e, ao mesmo tempo, versátil o suficiente para uso em uma ampla gama de campos.

Quais são alguns possíveis usos futuros para extrusão de materiais em diversos setores?

Existem muitas aplicações possíveis para extrusão de materiais em diferentes setores daqui para frente, graças principalmente aos avanços feitos tecnologicamente juntamente com avanços científicos relacionados à ciência dos materiais também. Componentes críticos de peso exigidos pelo setor aeroespacial podem em breve se beneficiar de esforços de redução de peso associados à impressão 3D usando várias formas de filamento plástico, incluindo aqueles projetados especificamente para esse propósito por meio de técnicas avançadas como sinterização seletiva a laser (SLS). Da mesma forma, a prototipagem rápida pode ser alcançada na fabricação automotiva, levando não apenas ao aumento da eficiência, mas também a melhorias de desempenho, especialmente onde formas complexas como turbinas precisam de produção rápida porque cada uma precisa de seu molde exclusivo, o que leva tempo sob métodos tradicionais, afetando assim as quantidades de saída negativamente se adotadas mais cedo do que mais tarde, embora ainda haja vantagens obtidas mesmo se implementadas em qualquer ponto ao longo da linha do tempo.

Fontes de referência

Extrusão

Plástico

Metal

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O que é extrusão de material na manufatura aditiva?

A: O processo de extrusão de material na manufatura aditiva envolve a construção de objetos tridimensionais depositando materiais camada por camada. Esse método é tipicamente usado para moldar puxando-os através de um bico.

P: Quais são alguns exemplos comuns de tecnologia de extrusão de materiais?

R: Alguns exemplos típicos de tecnologia de extrusão de material incluem fabricação de filamentos fundidos (FFF) e impressão por extrusão, onde um bico aquecido é usado para depositar material fundido em padrões precisos para formar objetos.

P: Que variedade de materiais pode ser usada na extrusão de materiais?

R: A extrusão de materiais pode funcionar com diferentes tipos de materiais, como termoplásticos, metais e compostos, entre outras coisas. Ao decidir qual usar para uma aplicação específica durante a fabricação, geralmente se leva em consideração suas propriedades finais e uso pretendido.

问：挤压过程是如何进行的？

在挤压过程中，坯料被推入挤压机，在挤压机中被加热至液态，然后在压力下保持该温度。之后，熔融物质通过喷嘴，冷却并凝固成所需形状。

问：为什么制造业中普遍采用材料挤压？

答：制造业经常采用材料挤压，因为它们具有灵活性、成本效益以及在没有太多浪费的情况下创造复杂形状的能力，因此使其成为原型设计和大规模生产目的的理想选择。

问：使用熔丝制造技术有哪些好处？

答：熔融长丝制造具有许多优点，包括用户友好性、原料可用性广泛，以及能够产生复杂的设计，这在各种制造应用中非常有用。

问：项目中挤压材料的选择受哪些因素决定？

答：选择什么样的机械性能，耐热性，化学相容性等，主要取决于所制造的最终产品需要满足哪些具体要求。

问：材料挤压可以用于金属物体吗？

答：是的，可以使用某些类型的长丝对金属物体进行材料挤压，这些长丝经过配制，可以在通过挤压机加工时处理此类材料。

问：加热喷嘴在挤出过程中起什么作用？

挤压过程中加热喷嘴的作用是在材料沉积出来之前将其熔化。这有助于确保层间流动顺畅且粘合性良好，从而能够准确高效地实现所需的制造形状。