(73) Requerente(s): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

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1 (11) Número de Publicação: PT A (51) Classificação Internacional: B29C 45/17 (2006) (12) PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Requerente(s): INSTITUTO POLITÉCNICO DE LEIRIA RUA GENERAL NORTON DE MATOS, APARTADO 4133 LEIRIA LEIRIA (72) Inventor(es): DAVID SANTOS OLIVEIRA RUI MANUEL FERREIRA DA SILVA ARTUR JORGE DOS SANTOS MATEUS TELMO MACHADO SILVA MOLEIRO (74) Mandatário: PATRÍCIA ALEXANDRA CORREIA MARQUES IDDNET - INCUBADORA D. DINIS, RUA DA CARVALHA, N.º 570, SALA 14.2 LEIRIA LEIRIA PT (54) Epígrafe: MÉTODO DE INJEÇÃO ASSISTIDA POR ÁGUA, GÁS OU POR OUTRO FLUIDO PARA PRODUÇÃO DE COMPONENTES POLIMÉRICOS COM UMA SECÇÃO VAZADA (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM MÉTODO DE INJEÇÃO ASSISTIDA POR ÁGUA, GÁS OU POR OUTRO FLUIDO PARA PRODUÇÃO DE COMPONENTES POLIMÉRICO COM UMA SECÇÃO VAZADA, E CONSISTE NA COMBINAÇÃO DE UM SOFTWARE DE CÁLCULO E CONTROLO COM UM SISTEMA/ELEMENTOS MECÂNICOS INSERIDO NO INTERIOR DO MOLDE. PERMITE O CONTROLO DA PRODUÇÃO DE PEÇAS DE TIPOLOGIA TUBULAR E APRESENTA VANTAGENS, POR EXEMPLO NO CASO DA PRODUÇÃO DE PEÇAS TUBULARES COM VÁRIOS CANAIS RAMIFICADOS NUM SÓ CICLO DE INJEÇÃO. A PRESENTE INVENÇÃO, CONSISTE NA APLICAÇÃO DE INJETORES PARA JATO DE FLUIDO EM QUE ESTES SERÃO CANALISADOS PARA AS RESPETIVAS RAMIFICAÇÕES POR VAZAR; OU A APLICAÇÃO DE INJETORES INTEGRADOS NO INTERIOR DO MOLDE PARA CADA RESPETIVA RAMIFICAÇÃO E O CANAL PRINCIPAL. OS VÁRIOS FLUXOS DE FLUIDO PROVENIENTES DAS RAMIFICAÇÕES INTERCETAM-SE SIMULTANEAMENTE NAS BIFURCAÇÕES, SIGNIFICANDO QUE CADA CORRENTE DE FLUIDO PROVENIENTE DE CADA CANAL RAMIFICADO SE INTERCETA SIMULTANEAMENTE (10) COM A CORRENTE DE FLUIDO DO CANAL PRINCIPAL.

2 RESUMO "MÉTODO DE INJEÇÃO ASSISTIDA POR ÁGUA, GÁS OU POR OUTRO FLUIDO PARA PRODUÇÃO DE COMPONENTES POLIMÉRICOS COM UMA SECÇÃO VAZADA" A presente invenção diz respeito a um método de injeção assistida por água, gás ou por outro fluido para produção de componentes polimérico com uma secção vazada, e consiste na combinação de um software de cálculo e controlo com um sistema/elementos mecânicos inserido no interior do molde. Permite o controlo da produção de peças de tipologia tubular e apresenta vantagens, por exemplo no caso da produção de peças tubulares com vários canais ramificados num só ciclo de injeção. A presente invenção, consiste na aplicação de injetores para jato de fluido em que estes serão canalisados para as respetivas ramificações por vazar; ou a aplicação de injetores integrados no interior do molde para cada respetiva ramificação e o canal principal. Os vários fluxos de fluido provenientes das ramificações intercetam-se simultaneamente nas bifurcações, significando que cada corrente de fluido proveniente de cada canal ramificado se interceta simultaneamente (10) com a corrente de fluido do canal principal.

3 - 1 - DESCRIÇÃO "MÉTODO DE INJEÇÃO ASSISTIDA POR ÁGUA, GÁS OU POR OUTRO FLUIDO PARA PRODUÇÃO DE COMPONENTES POLIMÉRICOS COM UMA SECÇÃO VAZADA" A presente invenção diz respeito a um método de injeção assistida por água, gás ou por outro fluido para produção de componentes polimérico com uma secção vazada e com um exterior sólido, como paredes sólidas (2), isto é, componentes de tipologia tubular. O proposto processo funciona em simultaneidade com um sistema de injeção assistida por fluido (periférico de outro fornecedor) e consiste na combinação de um software de cálculo e controlo com um sistema/elementos mecânicos inserido no interior do molde. Este sistema permite o controlo da produção de peças de tipologia tubular. Apresenta com vantagens relativamente aos processos atuais, no que diz respeito por exemplo ao caso da produção de peças tubulares com vários canais ramificados (9) num só ciclo de injeção, eliminando-se assim processos subsequentes como o corte ajustamento e montagem de múltiplas peças que consitituiriam a montagem global com ramificações. A presente invenção, consiste na aplicação de injetores (1) para jato de fluido em que estes serão canalisados para as respetivas ramificações (9) por vazar; ou a aplicação de injetores (1) integrados no

4 - 2 - interior do molde para cada respetiva ramificação (9) e o canal principal (8). Os vários fluxos de fluido provenientes das ramificações (9) intercetam-se simultaneamente nas bifurcações (6), significando isto que cada corrente de fluido proveniente de cada canal ramificado tem de se intercetar simultaneamente com a corrente de fluido do canal principal (8). Este é um aspecto chave para que a interligação da ramificação efetivamente seja produzida. Enquadramento e estado da técnica da invenção A tecnologia de injeção assistida por água/gás pode ser implementada por injeção direta de água/gás ou injeção de água/gás assistida com projétil. Dentro destas vertentes existe uma limitação em comum, a impossibilidade de produzir peças vazadas com canais bifurcados. No entanto, existe a possibilidade de criar estas ramificações, mas com a limitação de não poderem ser geometricamente complexas e/ou serem extensas. Nestes casos as ramificações são criadas com postiços dentro do molde, significando que estará sempre limitado pelo postiço moldante e não controlado pelo jato de água/gás. Esta limitação da existência de um postiço que funcional como mandril, obriga a que este seja rectilineo e sem variações de seção de forma a proporcionar a desmoldação. Para os casos onde é desejado a adição de

5 - 3 - ramificações extensas têm de ser submetido a processos subsequentes, isto é, as extensões são inseridas posteriormente à injeção do canal vazado principal, trazendo assim um passo adicional na produção deste tipo de peças, influenciando o tempo global da produção. Isto é, cada uma das ramificações é produzida num molde individual ou em injeções individuais que depois são montadas uma na outra. Uma das ramificações conterá a conduta principal assim como engates lineares nos quais serão montadas posteriormente as condutas secundárias. É de notar que os canais de ramificação inseridos em processos subsequentes têm de ser produzidos em moldes independentes, o que significa que para produzir esta tipologia de peças é necessário o fabrico de moldes extra para cada ramificação desejada. Este novo método possibilita a produção de peças poliméricas de tipologia tubular, com vários canais ramificados e extensas, num só ciclo de injeção, evitando assim as referidas montagens subsequentes. A principal vantagem, ao comparar com os processos convencionais, será a possibilidade de fazer tudo num só ciclo de injeção, que significa a eliminação dos processos posteriores e da necessidade de fabricar moldes para cada ramificação a produzir. Por consequência, outras possíveis vantagens ocorrem na criação deste novo processo. Como no processo de injeção de fluido a criação da secção vazada depende

6 - 4 - essencialmente da reologia do polímero injetado, significa que é possível variar e controlar as espessuras das paredes (2) da geometria vazada manipulando com a temperatura do molde, polímero e com tempo de arrefecimento do molde. Esta caracteristica também permite a possibilidade de controlar individualmente e de forma diferenciada cada espessura das paredes sólidas (2) das respetivas ramificações, aplicando zonas de aquecimento controláveis nas secções respectivas das ramificações. Descrição da invenção A presente invenção diz respeito a um método de injeção assistida por água, gás ou por outro fluido para produção de componentes polimérico com uma secção vazada e com um exterior sólido, como paredes sólidas (2), isto é, componentes tubulares. A presente invenção funciona com a associação de um sistema convencional de injeção assistida por fluido (sistema periférico de outro fabricante ou fornecedor). Esta invenção consiste na combinação de uma aplicação de cálculo (software) e controlo com um sistema/elementos mecânicos inserido no interior do molde (sensores, válvulas, atuadores, etc). Este sistema permite o controlo para a produção de peças de tipologia tubular, com vantagens relativamente aos processos atuais, como o caso da produção de peças tubulares com vários canais

7 - 5 - ramificados num só ciclo de injeção, eliminado assim processos subsequentes. A presente invenção, consiste na aplicação de vários injetores para jato de fluido. Estes serão canalisados para as respetivas ramificações por vazar (fase inicial), ou a aplicação de injetores integrados no interior do molde para cada respetiva ramificação. Para que esta metodologia seja viável, os vários fluxos de fluido provenientes das várias ramificações têm de se intercetar simultaneamente (10) nas bifurcações (6). Isto significa que cada corrente de fluido proveniente de cada canal ramificado tem de se intercetar simultaneamente (10) com a corrente de fluido do canal vazado principal (8). No caso destes fluxos não se intercetem simultaneamente, as fronteiras das paredes das várias ramificações podem solidificar, impedindo assim o escape do fluxo de polímero levando a obstruções no vazamento das peça. Esta falta de interceção com simultaneidade pode levar à danificação do equipamento. Para que seja possível esta interseção simultânea (10) é necessário manipular os tempos de injeção dos jatos de fluido de cada ramificação. Como as ramificações podem variar de geometria (seção) e comprimento, é necessário implementar atrasos ou avanços (temporização dos fluxos) nos fluxos de fluido nos canais de ramificação (9), de modo a garantir uma interceção nas bifurcações (10). Por conseguinte, o sistema proposto tem uma componente de

8 - 6 - controlo numérico (aplicação de calculo ) que se junta com um sistema/elementos mecânicos inserido no molde (válvulas, sensores, atuadores, etc), para ser possível o controlo destes fluxos. O controlo destes fluxos consiste numa otimização previamente prevista e atualizada (calculada) em tempo real através da leitura dos sinais dos sensores (temperatura, pressão, etc) inseridos nas zonas moldantes que estarão em contato com o polímero, fluido e elementos mecânicos. Com estas leituras e utilizando pressupostos de mecânica dos fluidos, serão impostos os retardamento (atrasos) ou avanços para a abertura e fecho das válvulas (4). Após o envio dos sinais para os elementos mecânicos segue-se a injeção do jato de fluido (7) (pelos injetores estrategicamente posicionados) e o controlo das aberturas das portas (4). Este controlo será sincronizado e otimizado pela aplicação de controlo. O sistema de controlo terá uma vertente de analise da geometria da peça a vazar (diâmetro, comprimento, numero de canais, tipo de polímero, etc.) permitindo isso o calculo prévio do volume a expelir do núcleo numa determinado percurso. Após estes cálculos, são determinados os tempos necessários para a abertura/fecho das portas (4), enviando informação para um controlador para acionar os atuadores, de modo a garantir uma interceção simultânea (10) dos jatos nas bifurcações (6).

9 - 7 - Com o resultado destas análises e cálculos, são enviados sinais para os componentes mecânicos (válvulas) com o tempo de atraso necessário a implementar nas válvulas/portas (4) para garantir a interceção simultânea (10) dos vários fluxos. O controlo e otimização desta caracteristica é realizado a partir de um conjunto de algoritmos (equações matemáticas com base em pressupostos físicos) que interpretam e respondem em tempo real a ações a implementar durante o processo a dinâmica do método proposto. A junção dos vários algoritmos permite: Calcular o volume de polímero necessário a expulsar, pela análise da geometria da peça a ser vazada; Calcular o comportamento dos fluxo de fluido (7) tendo em consideração a força imposta pelo polímero viscoso (3); Calcular o comportamento da realogia entre o polímero, fluido e a superfície (usualememte de metal) da zona moldante; Calculo do tempo necessário para a expulsão de um determinado volume de material (normalmente fluido ) numa determinada distância tendo por base a variação de seção; Entre outras. A implementação destes algoritmos baseia-se em casos de estudo experimentais, em estudos e simulações relativas ao comportamento desta dinâmica dos fluidos

10 - 8 - (fluido (7) e polímero viscoso (3)), que permitem calcular o tempo e a temperatura necessária para que o fluxo de fluido (7) percorra uma determinada distância e expulse um determinado volume de polímero viscoso (3). Os diversos módulos de calculo criam um ficheiro com dados de controlo e outros que são recebidos em tempo real dos sensores de pressão e de temperatura instalados. Um computador ou um controlodador PLC farão a interação com os elementos mecânicos do sistema implementado no molde, adaptando à metodologia do novo proposto processo de produção de peças tubulares. Estes elementos mecânicos são atuadores (portas (4)) que controlam a abertura e o fecho da entrada do fluxo de fluido (7), permitindo assim controlar os atrasos ou avanços ao fluxo de fluido (7) necessários para ocorrer uma interceção simultânea (10) nas zonas de bifurcações. Cada uma destas portas (4) mecânicas encontram-se em canais independentes na zona moldante, onde cada uma estará ligada à respetiva ramificação a vazar (9). Estes canais poderão ser características do molde ou por outro lado, podem ser tubagens metálicas (externas). Estes canais têm de garantir o isolamentos dos fluxos a injetar (7) (água, gás ou outro fluido). Descrição das figuras Indicação dos nºs de referência:

11 - 9 - (1) Injetor; (2) Exterior sólido; (3) Polímero viscoso por expulsar; (4) Porta (válvula); (5) Canais maquinados na chapa do molde; (6) Zonas de bifurcação; (7) Fluxo de fluido em alta pressão; (8) Canal principal; (9) Ramificações; (10) Interseções simultâneas. As figuras ilustram um esboço simplificado de uma abordagem do sistema para o processo proposto, numa chapa de um molde, onde neste caso a peça desejada a injetar é um tubo com duas ramificado (9). Na figura 1 apresentam-se dois injetores (1) de fluido, um para o canal principal (8) e outro para um canal em forma de V para encaminhar o jato de fluido pelas respetivas ramificações (9). Nas figuras 2 e 3 demonstra-se a primeira fase do processo em que o injetor (1) projeta fluido (7) pelos canais para as suas respetivas ramificações (9). É de notar que na figura 2, só uma porta (4) se abre, permitindo o fluxo entrar por uma ramificação previamente à entrada do fluxo de fluido no canal principal (8). Como mencionado anteriormente, é necessário que ocorra a interceção

12 simultânea (10) dos fluxos nas zonas de bifurcação (6). Como a ramificação (9) apresenta um comprimento maior ao canal principal (8) até a zona de bifurcação (6), aplica-se um atraso na injeção do jato de fluido (7) pelo canal principal (8). Na figura 3 ilustra-se a passagem do fluxo de fluido pelo canal principal (8) e a abertura da porta (4) referente à segunda ramificação, garantindo assim os atrasos necessários para uma intersecção simultânea (10) na zona de bifurcação, como se pode ver nas figura 4 e 5. Após as interceções, o fluxo de fluido continua o seu percurso pelo canal principal (8) até à expulsão de todo polímero viscoso (3) do núcleo. Com a expulsão total do material viscoso interior (3), o fluido residual do interior do tubo é aspirado por vácuo, permitindo a reutilização da mesma. Leiria, 22 de maio de 2017

13 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Método de injeção assistida por água, gás ou por outro fluido para produção de componentes uma secção vazada caracterizado por: poliméricos com a) preparar os tempos de injeção dos jatos de fluido (7)de cada ramificação (9) com o canal principal (8); b) leitura dos sinais dos sensores inseridos nas zonas moldantes que estarão em contato com o polímero, fluido e elementos mecânicos; c) definição adequada dos atrasos para a abertura e fecho das válvulas (4); d) envio dos sinais para os elementos mecânicos; e) injeção do jato de fluido (7) e o controlo das aberturas das válvulas (4); f) interseção simultânea (10) nas bifurcações (6). 2. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por ainda apresentar as etapas: a) analise da geometria da peça a vazar; b) calculo do volume a expelir do núcleo numa determinado percurso; c) calculo dos tempos necessários para a abertura/fecho das válvulas (4); d) envio da informação para um controlador; e) acionar os válvulas (4); f) enviar sinais para os componentes mecânicos com o

14 - 2 - tempo de atraso adequado. 3. Sistema de injeção assistida por fluido que implementa o método das reivindicações anteriores caracterizado por apresentar: a) aplicação de cálculo e controlo; b) elementos mecânicos inseridos no interior do molde; c) pelo menos um injetor (1) para jato de fluido, canalisavél para as respetivas ramificações a vazar, ou pelo menos um injetor (1) integrado no interior do molde para cada ramificação; d) pelo menos uma válvula (4) nos canais independentes (5) na zona moldante, onde cada uma estará ligada à respetiva ramificação (9) a vazar. 4. Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por canais (5) com configuração de tubagens metálicas ou podem serem canais internos no molde. Leiria, 22 de maio de 2017

15 1/3 Figura 1 Figura 2

16 2/3 Figura 3

17 3/3 Figura 4 Figura 5