WO2016092505A1 - Método de obtenção de um produto multimaterial injectado, seus artigos e usos - Google Patents

Método de obtenção de um produto multimaterial injectado, seus artigos e usos Download PDF

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WO2016092505A1
WO2016092505A1 PCT/IB2015/059520 IB2015059520W WO2016092505A1 WO 2016092505 A1 WO2016092505 A1 WO 2016092505A1 IB 2015059520 W IB2015059520 W IB 2015059520W WO 2016092505 A1 WO2016092505 A1 WO 2016092505A1
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mold
laser
injection
plastic material
polyolefin
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PCT/IB2015/059520
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António José VILELA PONTES
Rui Miguel DE AZEVEDO MAGALHÃES
Nélson DUARTE MENDES OLIVEIRA
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Universidade Do Minho
Piep - Pólo De Inovação Em Engenharia De Polímeros
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    • B29C45/16—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C2045/1693—Making multilayered or multicoloured articles shaping the first molding material before injecting the second molding material, e.g. by cutting, folding

Definitions

  • This disclosure relates to the field of polymers, more specifically to the production of polymeric injection products comprising more than one type of material, in particular an electronic element and a plastic material.
  • the system and process for obtaining the present disclosure may be applied to obtain injected articles, in particular articles injected with electronic components, and may be applied to lighting or decorative articles, namely lamps.
  • the laser diode Nd: YAG and C0 2.
  • the first two lasers are preferably used for welding plastics while more C0 2 is used for cutting. This differentiation is due to the wavelength emitted by the respective lasers.
  • the diode laser emits a beam with a wavelength of 980 nm.
  • the Nd: YAG laser emits a laser beam with a wavelength of 1060 nm. Both lasers emit a beam in the near infrared spectrum allowing the beam to be transparent to most polymers.
  • additives with the ability to absorb the laser beam are used.
  • the C0 2 laser emits a beam with a wavelength of 11600 nm.
  • This wavelength is absorbed by all polymers and as such is used for direct welding and cutting in different assembly processes. Note that due to the different interactions between laser and matter, it is possible with the same laser to cut and weld the same material.
  • One such example is obtained by using a diode / Nd: YAG laser where transmission welding can be directly and cut. In the case of C0 2, it is only possible to cut and weld directly.
  • the CO 2 laser is a laser that can be used to perform the technique since its beam is absorbed by all polymers.
  • the present disclosure describes a component production system composed of one or more materials and their method, which allows the production of a multimaterial product.
  • a product comprising more than one type of material
  • the laser ablation process and the conventional injection process are combined. With this combination of processes, it is possible to produce, in a single mold, a product comprising more than one type of material.
  • the use of the laser ablation process achieves low thermal and mechanical stresses in welding, flexibility in geometry to be performed, elimination of contamination of other materials and ease of control.
  • the conventional injection process provides advantages such as eliminating inventories between processes, avoiding the need to use multiple molds and presses, enables the correct alignment of different components, reduces overall production time when compared. with the time required to inject each material and further reduces the cost of the process. More specifically, with this new method of obtaining a multimaterial injection product and system, low voltages derive from laser beam focusing, ie the area that will fuse is just the area in contact with the laser and not the component.
  • One aspect of the present disclosure relates to a method for obtaining a multimaterial product by injection into a mold comprising: injecting a first plastic material into the mold;
  • the first plastics material is a polymeric material, preferably selected from the following list: polyolefin, polypropylene, polyethylene or combinations thereof, among others.
  • the second plastics material is electrically conductive, preferably the second electrically conductive material comprises a metal or alloy or carbon nanotubes or graphene nanotubes or combinations thereof; even more preferably the second material is a combination of a polyolefin and a metal, or a polyolefin and a metal alloy, or a polyolefin and carbon nanotubes, or a polyolefin and graphene nanotubes.
  • the metal or alloy may be selected from the following list: steel, iron, copper, tin, lead, titanium, gold, silver and combinations thereof.
  • the method previously comprises the step of inserting an electronic component at a predetermined location in the cavity of said mold.
  • the electronic component is a light emitting diode, an electroluminescent lamp, resistor or a combination thereof, among others.
  • injection of the first plastics material occurs at a temperature between 100-400 ° C and / or injection of the second plastics material occurs at a temperature between 100-400 ° C.
  • the waste is removed, in particular by compressed air.
  • the laser amplifying material may be selected from a solid, a liquid or a gas.
  • the solid solid leisure amplifier material is ND: YAG or diode; or the gaseous solid leisure amplifier material is C0 2 .
  • the laser beam comprises a wavelength between 800 - 1200 nm.
  • the laser power is between 10 - 1000 Watts.
  • the method may comprise: a. inserting the granules or powder of the polymeric material into a hopper;
  • the present invention relates to a molded article obtainable by the method described in the present disclosure.
  • the molded article can be a lamp, or a lighting piece, among others.
  • it discloses a system and method that allows the production of a multimaterial component using a conventional mold and a laser head coupled to a robot.
  • the Robot will be connected via the control unit to the injection machine as shown in Figure 1.
  • the combination of the two equipments is achieved through the robot control unit and / or the injection machine.
  • the system thus requires an injection unit with one or more plasticizing unit, a mold temperature control unit, a robot, a laser and its head, a compressed air unit for cleaning ablated material. and a mold with one or more cavities.
  • a laser should be used wherein the amplifier material is solid / liquid or gaseous, such as diode or Nd: YAG or C0 2 . Removal can be done directly, ie The laser beam passes through the ablation zone and removes the desired amount of material to subsequently inject a second material.
  • One of the objectives of the present disclosure is the removal / ablation of part of the main component feedstock during the injection process, with subsequent injection of a second material, in the area of the removed material.
  • an injection molding machine with one or more plasticizing units and a conventional or multi-cavity mold is required.
  • the injection unit there is a robot, a laser unit, a laser head with its accessories, a gauge that connects the laser head to the robot, a cooling unit to keep the mold at the desired temperature and a compressed air cleaning system.
  • the robot it may be necessary to integrate the robot, the injection unit and the laser. Integration should be done via the robot control unit. With the integration of the indicated equipment, it is possible to control the entire process in the same equipment, that is, the injection of the plastic material to the path that will follow the laser so that the ablation process can be performed and the removal of the molten material. by controlling a compressed air system that removes the same material.
  • Figure 3 shows the core of an example mold which can be used to apply the welding process.
  • the following numbers represent:
  • Figure 5 is an example of how material removal can be performed. In this particular process, it is done by vaporizing the polymeric material. Vaporization is achieved by increasing the energy emitted by the laser head.
  • Figure 6 represents lighting product, consisting of two materials one of which is electric conductor.
  • This disclosure relates to a multi-material product / component production system.
  • a method of obtaining a multimaterial polymeric product and the system thereof consists of combining the ablation process with the injection process in a system consisting of a conventional mold, an injection machine, a robot and a laser system.
  • materials may be added by the gravimetric feeder to feed to the injection unit.
  • the mold opens and the laser removes the material part of the main component regardless of the geometry to be removed. After removing this part of the component, the mold closes and new material is injected.
  • the production of the multimaterial component / article is effected by combining two technologies, more specifically the conventional injection process and the laser material removal technology.
  • the technique presented It will make it possible to produce multi-material components easily and at a low cost as it reduces the complexity of the mold and its final cost.
  • Laser technology will allow you to create injection channels for a second, third, or more materials, and the same laser can also be used to create holes in the part during the process of producing a multimaterial component. These holes can be drilled by increasing the laser beam time in the area where the hole will be produced and without having to change the mold.
  • a robot (1) which will guide a laser, and its holder (s), such as the laser head (9) and laser head holder (10).
  • a laser and its holder (s), such as the laser head (9) and laser head holder (10).
  • the laser head (9) and laser head holder (10) As mentioned before there are several lasers that allow the removal of the material.
  • the key element is the laser.
  • the laser (9) to be applied in this technique must have the power needed to fuse the materials used, ie between 10 Watts and 1000 Watts.
  • the use of overmoldings on non-polymeric elements such as metals should also be taken into consideration when using this technique.
  • polymers and additives such as amorphous, semicrystalline polymers, rubbers and additives to promote laser absorption are added via gravimetric or other dosers.
  • the materials are added by the respective dispenser to feed the respective injection unit.
  • the sequence as each component will be injected should be optimized according to the final component.
  • the mold opens and the laser removes the material part of the main component regardless of the geometry to be removed. It is important to note that the laser that performs the final removal on the main component may be the same, which performs intermediate tasks, namely the opening of holes.
  • the opening of the holes can be done either by increasing the laser power or by increasing the laser residence time in the area where the hole is to be opened.
  • the material production process consists of: a. Insertion of the granules or powder of the raw material into the hopper;
  • Mold opening through the injection unit hydraulic system and. Removal / ablation of the polymeric material from the main component by using the laser beam emitted by the laser head and simultaneously removing the ablated material through the compressed air system attached to the robot head; f. Mold closure through the injection unit hydraulic system; g. Plasticization of a new plastic material at a temperature ranging from 100 ° C to 400 ° C;
  • a Light Emitting Diode (LED) is included in the mold cavity where the component will be produced. This LED will be responsible for the emission of light.
  • the raw material that will form the final components in this particular case is a polyolefin consisting of PP (polypropylene), is introduced into the injection machine hoppers at the same time or sequentially depending on the materials. Subsequently, the process of mixing, plasticizing, pressurizing at the same time or sequentially of the raw material is carried out using the temperatures indicated by the raw material supplier.
  • PP polypropylene
  • the main component is injected into the mold where its LED is located.
  • the injection unit opens the mold and the laser removes part of the main component that will be removed, in this case using a gaseous CO2, liquid or solid diode or Nd: Yag laser.
  • the mold is closed and the second material is injected, which in this case is a conductive material. More specifically a PP with CNT (carbon nano tubes)
  • a lighting product may be obtained comprising a light source, a polyolefin polymeric material and a conductive material.

Abstract

A presente divulgação insere-se na área de polímeros, mais especificamente na produção de produtos poliméricos por injeção que compreendem mais do que um tipo de material, em particular um elemento eletrónico e um material plástico. O sistema e processo de obtenção da presente divulgação pode ser aplicado na obtenção de artigos injetados, em particular artigos injetados com componentes eletrónicos e pode ser aplicado em artigos de iluminação ou decorativos, nomeadamente candeeiros. Para obter um produto injetado que compreende mais do que um tipo de material, combina-se o processo de ablação por laser e o processo de injeção convencional num único molde.

Description

D E S C R I Ç Ã O
MÉTODO DE OBTENÇÃO DE UM PRODUTO MULTIMATERIAL INJECTADO, SEUS ARTIGOS E
USOS
Domínio técnico
[0001] A presente divulgação insere-se na área de polímeros, mais especificamente na produção de produtos poliméricos por injeção que compreendem mais do que um tipo de material, em particular um elemento eletrónico e um material plástico.
[0002] O sistema e processo de obtenção da presente divulgação pode ser aplicado na obtenção de artigos injetados, em particular artigos injetados com componentes eletronicos e pode ser aplicado em artigos de iluminação ou decorativos, nomeadamente candeeiros.
Antecedentes
[0003] A indústria automóvel e consequentemente os outros ramos industriais têm vindo a implementar o modelo de produção Toyota, ou seja, têm vindo aplicar os conceitos de Lean manufacturing, ou seja, processos que reduzam o desperdício. Neste sentido, as empresas tem vindo a otimizar os processos de produção, através da redução do tempo do ciclo, número de tarefas, tempos de transporte e até otimizações do design de forma a reduzir a quantidade de material necessário para produzir o mesmo componente. Além disso, as empresas estão cada vez mais preocupadas com a sua pegada de carbono.
[0004] Para se conseguir a otimização de um processo e redução dos chamados tempos mortos, várias tecnologias tem vindo a ser implementadas ao longo dos últimos anos. São exemplo destas tecnologias, os lasers, robots e até a clássica passadeira rolante. No que respeita à indústria dos plásticos, a otimização tem vindo a ser conseguida através de utilização de máquinas capazes de injetar pelo menos dois materiais no mesmo ciclo produtivo. Este processo é demasiado dispendioso uma vez que exige o desenvolvimento de moldes extremamente complexos capazes de efetuar a montagem dos diferentes componentes e a integração de robots. [0005] Para além das tecnologias apresentadas anteriormente é ainda utilizado e integrada no processo de produção a tecnologia de soldadura/corte a laser. O uso de laser para soldar/cortar materiais de origem polimérica, é não só muito recente, como tem vindo a ser aplicada para unir/cortar diferentes componentes em diversos processos de montagem industriais. Para realizar as tarefas anteriormente referidas existem no mercado diferentes tipos de laser, os mais comuns são os laser de díodo, Nd:YAG e o de C02. Os dois primeiros lasers são preferencialmente utilizados para soldar plásticos enquanto o de C02 é mais utilizado para o corte. Esta diferenciação deve-se ao comprimento de onda emitido pelos respetivos lasers. O laser de díodo emite um feixe com um comprimento de onda de 980 nm. O laser de Nd:YAG emite um feixe de laser com um comprimento de onda de 1060 nm. Os dois lasers emitem um feixe no espetro do infravermelho próximo o que permite que o feixe seja transparente à maioria dos polímeros. Tipicamente, para ultrapassar este problema, são utilizados aditivos com a capacidade de absorver o feixe de laser. O laser de C02 emite um feixe com comprimento de onda de 11600 nm. Este comprimento de onda é absorvido por todos os polímeros e como tal é utilizado para soldadura direta e para corte nos diferentes processos montagem. É necessário ter em conta que devido às diferentes interações existentes entre o laser e a matéria, é possível com o mesmo laser, cortar e soldar o mesmo material. Um desses exemplos é obtido com utilização de um laser de díodo/Nd:YAG onde se consegue soldar por transmissão, diretamente e cortar. Já no caso do C02 apenas é possível cortar e soldar diretamente.
[0006] Anteriormente foi referido que os polímeros tornam-se transparentes ao feixe quanto é emitido sobre eles um feixe com o comprimento de onda na zona do infravermelho próximo, ou seja, no intervalo de comprimentos de onda compreendido entre 800 e 1200 nm. Este comportamento pode tornar-se uma desvantagem, pois impede o processo de ablação, isto é o corte. Para que o mesmo ocorra é necessário adicionar negro de fumo, ou aditivos especiais capazes de absorber o feixe de laser. O laser de C02 é um laser que pode ser utilizado para a realização da técnica uma vez que o seu feixe é absorvido por todos os polímeros.
[0007] Nos últimos anos, a tecnologia de injeção multimaterial tem vindo a ganhar cota de mercado, principalmente pela forma como consegue aliar as propriedades de diferentes materiais num só componente. Para que este processo seja conseguido é necessário pelo menos duas ou mais unidades de injeção. Além do equipamento de injeção as empresas produtoras de moldes têm desenvolvido uma enorme variedade de técnicas, nomeadamente moldes com cavidades rotativas e com movimentos deslizantes, até moldes com múltiplas linhas de partição. Estas inovações têm permitindo inovar o processo, utilizando máquinas de injeção convencionais. É do conhecimento do estado da técnica, a existência de máquinas com pratos rotativos que permitem alterar a configuração da cavidade entre injeções de material. No mercado existem também empresas que já utilizam robots ou soluções similares, mas apenas para efetuar a transferência de componentes entre as diferentes cavidades ou máquinas. Esta solução apresenta como principal vantagem a eliminação dos inventários entre processos, assegura o alinhamento correto das diferentes peças e permite produzir componentes com características cujo custo seria proibitivo ou impossível de produzir através de meios convencionais.
[0008] Estes documentos ilustram o problema técnico a resolver pela presente solução.
Descrição geral
[0009] A presente divulgação descreve um sistema de produção de componentes compostos por um ou mais materiais e respetivo método, que permite a produção de um produto multimaterial. Para obter o resultado final desejado, isto é, um produto que compreende mais do que um tipo de material, combina-se o processo de ablação por laser e o processo de injeção convencional. Com esta combinação de processos, consegue-se a produção, num único molde, de um produto que compreende mais do que um tipo de material.
[0010] A utilização do processo de ablação por laser permite obter baixas tensões térmicas e mecânicas na soldadura, flexibilidade na geometria a realizar, eliminação de contaminação de outros materiais e facilidade de controlo.
[0011] Por sua vez, o processo de injeção convencional permite obter vantagens tais como a eliminação dos inventários entre processos, evitar a necessidade de utilizar vários moldes e prensas, possibilita o alinhamento correto dos diferentes componentes, reduz o tempo total de produção quando comparado com o tempo necessário para injetar cada material e ainda reduz o custo do processo. [0012] Mais especificamente, com este novo método de obtenção de um produto multimaterial por injeção e sistema, as baixas tensões derivam da focalização do feixe de laser, ou seja, a área que irá fundir é apenas a área em contacto com o laser e não o componente.
[0013] A inexistência de contaminação, flexibilidade e facilidade de controlo é resultado do elevado nível de integração conseguido pela combinação das duas tecnologias.
[0014] Em termos práticos, o evitar a necessidade de utilizar vários moldes e prensas, o alinhamento correto dos diferentes componentes e a redução do tempo total de produção quando comparado com o tempo necessário para injetar cada componente em moldes separados e posteriormente efetuar a sua montagem, são vantagens que advém da utilização do processo de utilizar apenas um único molde, com uma consequente redução de custos de produção.
[0015] Um aspeto da presente divulgação refere-se a um método para a obtenção de um produto multimaterial por injeção num molde que compreende: injetar um primeiro material plástico no molde;
moldar o referido material plástico no molde;
abrir parcial ou totalmente o molde;
retirar por ablação laser na cavidade do molde uma parte do material plástico moldado; injetar um segundo material plástico no molde de forma ao segundo material aderir à superfície ablada;
extração do produto moldado.
[0016] Numa realização, o primeiro material plástico é um material polimérico, de preferência selecionado da seguinte lista: poliolefina, polipropileno, polietileno ou suas combinações, entre outros.
[0017] Numa realização, o segundo material plástico é condutor elétrico, de preferência o segundo material condutor elétrico compreende um metal ou liga metálica ou nanotubos de carbono ou nanotubos de grafeno ou suas combinações; ainda mais de preferência o segundo material é uma combinação de uma poliolefina e um metal, ou uma poliolefina e uma liga metálica, ou uma poliolefina e nanotubos de carbono, ou uma poliolefina e nanotubos de grafeno.
[0018] Numa forma de realização, o metal ou liga metálica pode ser seleccionado da seguinte lista: aço, ferro, cobre, estanho, chumbo, titânio, ouro, prata e suas combinações.
[0019] Numa realização, o método compreende previamente o passo de inserção de um componente eletronico num local pré-determinado da cavidade do referido molde.
[0020] Numa realização, o componente eletronico é um díodo emissor de luz, uma lâmpada eletroluminescente, resistência ou uma combinação destes, entre outros.
[0021] Numa realização, a injeção do primeiro material plástico ocorre a uma temperatura entre 100-400 °C e/ou a injeção do segundo material plástico ocorre a uma temperatura entre 100-400 °C.
[0022] Numa realização, após a remoção/ablação do material moldado os resíduos são removidos, em particular através de ar comprimido.
[0023] Numa realização, o material amplificador do laser pode ser selecionado de entre um sólido, um líquido ou um gás. De preferência, o material amplificador sólido do lazer solido é ND:YAG ou díodo; ou o material amplificador sólido do lazer gasoso é C02.
[0024] Numa realização, em que o feixe de laser compreende um comprimento de onda entre os 800 - 1200 nm.
[0025] Numa realização, a potência da laser esta compreendida entre os 10 - 1000 Watts. [0026] Numa realização, o método pode compreender: a. inserção dos grânulos ou pó do material polimérico numa tremonha;
b. plastificação do material polimérico a uma temperatura entre os ÍOO^C e os 4002C;
c. injeção do material polimérico principal no molde;
d. abertura do molde, através do sistema hidráulico da unidade de injeção; e. remoção/ablação do material polimérico do componente principal, através da utilização do laser e simultaneamente proceder à remoção do material ablado através de ar comprimido;
f. fecho do molde, em particular através do sistema hidráulico da unidade de injeção;
g. plasticização de um segundo material plástico, a uma temperatura que varia entre os ÍOO^C e os 400^C; injeção do segundo material plástico nos locais do material ablado;
h. repetição dos passos d, e, f, g e h consoante o número de materiais poliméricos a adicionar ao componente;
i. extração do componente final, através do sistema hidráulico da unidade de injeção.
[0027] Um outro aspeto da presente invenção diz respeito a um artigo moldado obtenível pelo método descrito na presente divulgação. O artigo moldado pode ser um candeeiro, ou uma peça de iluminação, entre outros.
[0028] Numa realização, apresenta um sistema e um método que permite a produção de um componente multimaterial utilizando um molde convencional e uma cabeça de laser acoplada a um robot. O Robot estará conectado através da unidade de controlo à máquina de injeção, conforme indicado na Figura 1.
[0029] Numa realização, a combinação dos dois equipamentos (laser e máquina de injeção) é conseguida através da unidade de controlo do robot e/ou da máquina de injeção.
[0030] Numa realização, o sistema requer assim uma unidade de injeção com uma ou mais unidade de plasticização, uma unidade de controlo de temperatura do molde, um robot, um laser e respetiva cabeça, uma unidade de ar comprimido para limpeza do material ablado e um molde com uma ou mais cavidades.
[0031] Numa realização, para efetuar a ablação do material do componente principal deverá ser utilizado um laser em que o material amplificador é solido/liquido ou gasoso, como por exemplo díodo ou Nd:YAG ou C02. A remoção poderá ser efetuada de forma direta, ou seja, o feixe laser passa na zona a efetuar a ablação e remove a quantidade de material pretendida para posteriormente injetar um segundo material.
[0032] Um dos objetivos da presente divulgação é a remoção/ablação de parte da matéria- prima do componente principal durante o processo de injeção, com posterior injeção, de um segundo material, na zona do material removido. De forma a executar este processo, é necessário a existência de uma máquina que injeção, com uma ou mais unidades de plasticização e um molde convencional ou com múltiplas cavidades. Além da unidade de injeção é necessário a existência de um robot, uma unidade laser, cabeça do laser com os respetivos acessórios, um gabari que conecte a cabeça do laser ao robot, uma unidade de refrigeração que permita manter o molde à temperatura pretendida e um sistema de limpeza por ar comprimido.
[0033] Numa realização, pode ser necessário integrar o robot, com a unidade de injeção e com o laser. A integração deverá ser feita através da unidade de controlo do robot. Com a integração dos equipamentos indicados torna-se possível controlar, no mesmo equipamento, todo o processo, isto é, a injeção da matéria plástica até ao caminho que seguirá o laser para que se consiga efetuar o processo de ablação e a remoção do material fundido através do controlo de um sistema de ar comprimido que retira esse mesmo material.
[0034] Ao longo da descrição e reivindicações a palavra "compreende" e variações da palavra, não têm intenções de excluir outras características técnicas, como outros componentes, ou passos. Objetos adicionais, vantagens e características da divulgação irão tornar-se evidentes para os peritos na técnica após o exame da descrição ou podem ser aprendidos pela prática da divulgação. Os seguintes exemplos e figuras são fornecidos como forma de ilustrar, e não têm a intenção de serem limitativos da presente divulgação. Além disso, a presente divulgação abrange todas as possíveis combinações de formas de realização particulares ou preferenciais aqui descritas. Breve descrição das figuras
[0035] Para uma mais fácil compreensão da presente divulgação juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto da presente divulgação.
[0036] Devido ao elevado número de robots existentes no mercado, que poderão vir a ser utilizados nesta invenção e devido às infinitas versões que se podem encontrar de moldes, as figuras apresentadas de seguida têm como objetivo apenas ilustrar as ferramentas que poderão ser usadas para efetuar a construção do componente.
[0037] Figura 1 - representação do molde, máquina principal de injeção se encontra m posicionados, em que os números seguintes fazem referência a:
1. Unidade de injeção
2. Robot
[0038] Figura 2 - encontra-se descrito um exemplo de molde, que pode ser utilizado para aplicar o processo. Os números apresentados em seguida representam:
3. Molde
[0039] Figura 3 - encontra-se apresentado o macho de um exemplo de molde, que pode ser utilizado para aplicar o processo de soldadura. Os números apresentados em seguida representam:
3. Molde
4. Cavidade
5. Zona de ablação
[0040] Na figura 4 encontra-se representado um exemplo do robot com a cabeça de soldadura acoplada. O acoplamento entre ambos os equipamentos é efetuado através de um gabari, que deverá ser desenvolvido especificamente para esta união.
2. Robot
6. Cabeça do laser para ablação 7. Suporte da cabeça do laser
[0041] Na figura 5 encontra-se um exemplo de como se pode efetuar a remoção do material. Neste processo, em específico, é feito através da vaporização do material polimérico. A vaporização é conseguida pelo aumento da energia emitida pela cabeça do laser.
2. Robot
6. Cabeça do laser para ablação
7. Suporte da cabeça do laser
8. Material com capacidade de absorver o laser.
[0042] A figura 6 representa produto de iluminação, composto por dois materiais sendo um deles condutor de elétrico.
Descrição de formas de realização
[0043] A presente divulgação diz respeito a um sistema de produção de um produto/componente multimaterial.
[0044] Numa realização, num método de obtenção de um produto polimérico multimaterial e o respetivo sistema. O método consiste na combinação do processo de ablação com o processo de injeção, num sistema composto por um molde convencional, uma máquina de injeção, um robot e um sistema laser.
[0045] Numa realização do método divulgado, os materiais podem ser adicionados pelo doseador gravimétricos de forma a alimentar à unidade de injeção. Após a injeção do componente principal, o molde abre e o laser remove a parte do material do componente principal independentemente da geometria, que se pretende retirar. Após a remoção dessa parte do componente, o molde encerra e é injetado novo material.
[0046] Numa realização, a produção do componente/artigo multimaterial é efetuada através da combinação de duas tecnologias, mais especificamente o processo de injeção convencional e a tecnologia de remoção de material por laser. A técnica apresentada permitirá efetuar a produção de componentes multimaterial de uma forma fácil e com um custo reduzido uma vez que diminui a complexidade do molde e o seu custo final. A tecnologia laser permitirá criar os canais para injeção de um segundo, terceiro, ou mais materiais sendo que o mesmo laser poderá também ser utilizado para criar furos na peça durante o processo de produção de um componente multimaterial. Estes furos podem ser feitos através do aumento de tempo do feixe laser na área onde se produzirá o furo e sem necessidade de alterar o molde
[0047] Para efetuar o processo de ablação será necessário um robot (1), que guiará um laser, e respetivo suporte ou suportes, como por exemplo a cabeça do laser (9) e suporte da cabeça de laser (10). Como referido anteriormente existem vários lasers que permitem efetuar a remoção do material.
[0048] Uma vez que são injetados vários materiais durante o processo será necessário utilizar uma máquina de injeção em que estejam acopladas mais do que uma unidade de injeção. Poderá ser considerada para efeitos da compreensão desta tecnologia a utilização de uma máquina de injeção apenas com uma unidade de plasticização. A referência a este equipamento deve-se ao facto de ser através dele que se irá efetuar o processamento da matéria-prima para construir o componente multimaterial.
[0049] Apesar de todos os equipamentos apresentados anteriormente serem extremamente importantes para a tecnologia descrita neste documento, o elemento chave é o laser. O laser (9) para que possa ser aplicado nesta técnica deverá possuir a potência necessária para fundir os materiais utilizados, ou seja, entre os 10 Watts e os 1000 watts. A utilização de sobremoldações sobre elementos não poliméricos como é o caso de metais deverá ser tida também em consideração, na utilização desta técnica.
[0050] No processo para a obtenção do componente, os polímeros e aditivos, como por exemplo polímeros amorfos, semicristalinos, borrachas e aditivos para promover a absorção do laser são adicionados através de doseadores gravimétricos ou outros. Os materiais são adicionados pelo respetivo doseador de forma alimentar à respetiva unidade de injeção. A sequência como cada componente será injetado deverá ser otimizado de acordo com o componente final. [0051] Após a injeção do componente principal, o molde abre e o laser remove a parte do material do componente principal independentemente da geometria, que se pretende retirar. É importante referir que o laser que efetua a remoção definitiva no componente principal poderá ser o mesmo, que efetua tarefas intermédias, nomeadamente a abertura de orifícios. A abertura dos orifícios poderá ser efetuada quer pelo aumento da potência do laser ou através do aumento do tempo de residência do laser na área onde se pretende abrir o orifício.
[0052] Numa realização, o processo de produção material consiste em: a. Inserção dos grânulos ou pó da matéria-prima na tremonha;
b. Plasticização do material polimérico correspondente à matéria-prima, a uma temperatura entre os ÍOO^C e os 400^C;
c. Injeção do material polimérico principal no molde;
d. Abertura do molde, através do sistema hidráulico da unidade de injeção; e. Remoção/ablação do material polimérico do componente principal, através da utilização do feixe de laser emitido pela cabeça de laser e simultaneamente proceder à remoção do material ablado através do sistema de ar comprimido que se encontra acoplado à cabeça do robot; f. Fecho do molde, através do sistema hidráulico da unidade de injeção; g. Plasticização de um novo material plástico, a uma temperatura que varia entre os ÍOO^C e os 400^C;
h. Injeção do novo material locais onde o laser removeu o material; i. Repetição dos passos d, e, f, g e h consoante o número de materiais poliméricos a adicionar ao componente;
j. Extração do componente final, através do sistema hidráulico da unidade de injeção;
k. Início de um novo ciclo de produção.
Exemplo
[0053] Seguidamente será apresentado um exemplo de produção de um produto multimaterial que não pretende limitar o âmbito de proteção da presente invenção. [0054] A tecnologia apresentada neste documento refere-se a uma nova abordagem de como produzir um componente multimaterial. Este processo tem os requisitos necessários e as competências e capacidades adequadas para substituir os atuais processos como o de resolver os problemas identificados anteriormente.
[0055] De seguida será exemplificado uma forma de obtenção de um componente multimaterial, mais especificamente um candeeiro de iluminação com a respetiva emissão de luz (Figura 6):
• Num primeiro passo, inclui-se um LED (Light Emitting Diode - Díodo emissor de luz) na cavidade do molde onde o componente será produzido. Este LED será o responsável pela emissão de luz.
• Seguidamente, a matéria-prima que dará forma aos componentes finais, neste caso específico é uma poliolefina que consiste no PP (polipropileno), é introduzida nas tremonhas da máquina de injeção ao mesmo tempo ou sequencialmente, dependendo dos materiais. Seguidamente é efetuado o processo de mistura, plasticização, pressurização, ao mesmo tempo ou sequencial da matéria-prima, usando as temperaturas indicadas pelo fornecedor da matéria-prima.
• Após os passos indicados anteriormente, é injetado o componente principal no molde onde se encontra o respetivo LED.
• Seguidamente a unidade de injeção abre o molde e o laser remove parte do componente principal que será para retirar, usando, neste caso, um laser gasoso de C02, liquido ou solido tipo díodo ou Nd:Yag.
• Posteriormente o molde é fechado e é injetado o segundo material, que neste caso é um material condutor. Mais especificamente um PP com CNT (nano tubos de carbono)
• Por fim, e após o arrefecimento, o produto/componente final é extraído através dos extratores já existentes no molde, manualmente ou com ajuda de um robot.
[0056] Numa realização, pode obter-se um produto de iluminação, que compreende uma fonte de iluminação, um material polimérico poliolefina e um material condutor. [0057] Ainda que na presente divulgação se tenham somente representado e descrito realizações particulares da mesma, o perito na matéria saberá introduzir modificações e substituir umas características técnicas por outras equivalentes, dependendo dos requisitos de cada situação, sem sair do âmbito de proteção definido pelas reivindicações anexas.
[0058] As realizações apresentadas são combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Método para a obtenção de um produto multimaterial por injeção num molde que compreende: injetar um primeiro material plástico no molde;
moldar o referido material plástico no molde;
abrir parcial ou totalmente o molde;
retirar por ablação laser na cavidade do molde uma parte do material plástico moldado;
injetar um segundo material plástico no molde de forma ao segundo material aderir à superfície ablada;
extração do produto moldado.
2. Método de acordo com a reivindicação anterior em que o primeiro material plástico é um material polimérico.
3. Método de acordo com a reivindicação anterior em que o material polimérico é selecionado da seguinte lista: poliolefina, polipropileno, polietileno ou suas combinações.
4. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o segundo material plástico é condutor elétrico.
5. Método de acordo com a reivindicação anterior em que o segundo material condutor elétrico compreende um metal, ou liga metálica, ou nano tubos de carbono, ou nanotubos de grafeno ou suas combinações.
6. Método de acordo com as reivindicações 4-5 em que o segundo material é uma combinação de uma poliolefina e um metal, ou uma poliolefina e uma liga metálica, ou uma poliolefina e nano tubos de carbono, ou uma poliolefina e nanotubos de grafeno.
7. Método de acordo com as reivindicações 5-6 em que o metal ou liga metálica é selecionado da seguinte lista: aço, ferro, cobre, estanho, chumbo, titânio, ouro, prata e suas combinações.
8. Método de acordo com as reivindicações anteriores que compreende previamente a inserção de um componente eletrónico num local pré-determinado da cavidade do referido molde.
9. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o componente eletrónico é um díodo emissor de luz, uma lâmpada eletroluminescente, uma resistência ou uma combinação destes.
10. Método de acordo com a reivindicação anterior em que a injeção do primeiro material plástico ocorre a uma temperatura entre 100-400 °C.
11. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que a injeção do segundo material plástico ocorre a uma temperatura entre 100-400 °C.
12. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que após a remoção/ablação do material moldado os resíduos são removidos, em particular através de ar comprimido.
13. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o material amplificador do laser é selecionado de entre um sólido, um líquido ou um gás.
14. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o material amplificador sólido do lazer sólido é ND:YAG ou díodo.
15. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o material amplificador sólido do lazer gasoso é C02.
16. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que o laser compreende um comprimento de onda entre os 800 - 1200 nm.
17. Método de acordo com as reivindicações anteriores em que a potência do laser está compreendida entre os 10 - 1000 Watts.
18. Método de acordo com as reivindicações anteriores que compreende a repetição dos passos de abertura do molde: retirar por ablação laser na cavidade do molde uma parte do material plástico moldado; injetar um terceiro ou mais material plástico no molde de forma ao segundo material aderir à superfície ablada; extração do produto moldado.
19. Artigo moldado obtenível pelo método descrito em qualquer uma das reivindicações anteriores.
20. Artigo moldado em que o artigo é um candeeiro ou uma peça de iluminação.
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