Desenvolvimento de produtos moldados por injeção

No início no século XX, os produtos só entravam em obsolescência muitos anos depois do seu lançamento no mercado e eram fabricados em larga escala, sem muitas variações no conceito. Em razão disso, o desenvolvimento podia ser um processo lento, baseado na tentativa e erro. A partir da segunda metade do mesmo século, a demanda por bens industrializados aumentou e a racionalização da produção impulsionou o desenvolvimento dos produtos fabricados em materiais poliméricos [1]. De acordo com Avery [2] uma das razões para o crescimento na utilização destes materiais em mercados tradicionalmente servidos por outros grupos (como, por exemplo, o dos metais) foi motivada pelo seu bom desempenho frente às mudanças ocorridas nas necessidades dos consumidores, pelo encurtamento do ciclo de desenvolvimento de produtos, pela busca contínua em reduzir os custos dos produtos e pela globalização dos mercados.

O desenvolvimento de produtos tem se tornado mais complexo, uma vez que os consumidores apresentam necessidades crescentes, sejam em volume ou variedade, e são cada vez mais seletos e exigentes [3]. Apesar de boa parte das necessidades serem as mesmas no plano mundial, os mercados são locais e apresentam características sociais, culturais e ambientais próprias que precisam ser compreendidas e consideradas na elaboração de um produto. Karapatis et al. [4] corroboram com esta opinião, visto que identificaram ser crescente a tendência ao desenvolvimento de produtos voltados para pequenos grupos de consumidores.

Segundo Bernsen [5], no processo atual de desenvolvimento, uma equipe de projeto necessita desenvolver um produto muito mais elaborado, dentro de um espaço de tempo cada vez mais reduzido, e isto, num ambiente em que os objetivos e os meios estão expostos a mudanças rápidas e contínuas. Frente à esta situação, Smith e Reinertsen [6] observaram que a empresa que introduz primeiro um produto novo no mercado, vivencia uma situação de exclusividade e tende a manter uma posição de liderança mesmo após a introdução de produtos similares por seus concorrentes. Logo, o caráter inovativo de seus produtos e a agilidade com que a empresa responde às ameaças ou às oportunidades é um fator de grande importância para se tornar competitiva.

Dentre os diversos processos de transformação de polímeros, a moldagem por injeção é considerada por Osswald et al. [7] como de maior importância, uma vez que é responsável pelo consumo de mais de um terço de todos os termoplásticos e utiliza mais da metade do

maquinário do setor. Como vantagens deste processo pode-se destacar a alta produtividade, o baixo custo por peça, pouca necessidade de operações de acabamento, as boas precisão e estabilidade dimensional, a possibilidade de produção de peças de grandes e pequenas dimensões e o bom acabamento superficial [8]. Além disso, pode ser destacada a grande liberdade de forma do produto admitida por este processo, que viabiliza a concepção de peças com características multifuncionais, ou seja, agregando várias funções de um sistema físico em uma única peça. Os aspectos restritivos do processo ficam por conta da sua aplicação a grandes volumes de produção, decorrentes dos custos elevados das instalações, do molde e da máquina injetora, bem como, dos demais equipamentos acessórios.

Os moldes para injeção são normalmente fabricados em ligas de aço por processos convencionais de usinagem [9, 10]. Além do já mencionado alto custo, o tempo requerido para a fabricação é bastante longo, sobretudo, daqueles produtos que apresentam alta complexidade geométrica. O tempo para a fabricação depende de diversos fatores, dentre os quais incluem-se: o know-how e a organização da equipe de projeto, a complexidade do molde, as especificações do projeto e as tecnologias empregadas na fabricação. Consoante a estes fatores, em condições normais, Hilton e Jacobs [11] admitiam que o tempo médio para a fabricação de um molde de produção, capaz de injetar entre mil e um milhão de peças, seria de 3 a 6 meses.

Diversos autores propuseram metodologias para o desenvolvimento de produtos de maneira geral e em plástico [12-17]. Com base no modelo de referência para o desenvolvimento integrado de componentes de plástico injetados proposto por Daré [18], após a definição da solução conceitual, inicia-se o Projeto Preliminar da Peça (figura 2). De acordo com o autor, nesta etapa já é possível iniciar conjuntamente o Projeto de Leiaute do Molde. Para conseguir reduzir o tempo de desenvolvimento, deve existir um ambiente integrado entre as equipes responsáveis pelo projeto da peça e do molde [19]. Desta maneira, as informações devem ser trocadas entre as equipes visando o desenvolvimento das atividades em paralelo, respeitando um conjunto de informações mínimas de entrada e saída para cada uma das atividades. As decisões tomadas entre as equipes devem considerar os aspectos relacionados com os requisitos de projeto e com o processo de moldagem, visando a minimização dos ciclos de reprojeto.

Folkestad e Johnson [20] ilustram a questão dos ciclos de reprojeto na figura 3. Os autores consideram a existência de dois marcos principais no desenvolvimento de produtos injetados: a autorização para fabricação do molde e o lançamento do produto. Imediatamente antes destes marcos é comum a realização de várias alterações de projeto (ciclos de reprojeto).

No momento da fabricação do molde, elas ocorrem de forma a garantir o desempenho necessário da peça e do molde. Entretanto, o curto espaço de tempo disponível para o desenvolvimento pode levar a equipe de projeto a tomar decisões sem levar em consideração aspectos relevantes do produto. Assim, após a fabricação do molde, e antes do lançamento do produto, não é incomum a realização de alterações para corrigir o molde devido às falhas no projeto.

Figura 2: Modelo de referência para o desenvolvimento integrado de componentes de plástico injetados, adap. [18].

Vários autores reportaram a relação dos custos de alteração e a fase no desenvolvimento em que são realizadas estas alterações. É consenso que os custos de alteração aumentam de forma exponencial conforme se avança no desenvolvimento, ou seja, quanto mais tarde é feita uma alteração no projeto, mais custosa ela se torna [6, 21, 22]. Em razão disto, cada vez mais se busca a incorporação de métodos e ferramentas de projeto que apóiem a tomada de decisões e que reduzam o tempo de desenvolvimento. Isto faz com que grande parte das alterações de projeto seja deslocada para fases anteriores do desenvolvimento nas quais o custo de alteração é relativamente menor. Neste sentido, é incontestável a utilização de ferramentas computacionais no design, projeto, simulação e análise de peças moldadas por injeção [19].

Por outro lado, os protótipos obtidos através da prototipagem rápida (rapid

prototyping) também se incluem como importantes ferramentas de projeto. Não apenas pelo

reduzido tempo de obtenção do objeto com características físicas, mas pela capacidade que têm como meio de comunicação, identificação de requisitos de projetos, estudos de montagem, ergonomia e usabilidade. Porém, os processos de prototipagem rápida, assim como os processos tradicionais de obtenção de protótipos, não produzem peças com características idênticas à peça moldada por injeção.

Segundo Malloy [16], as características químicas, mecânicas, elétricas, térmicas e dimensionais só poderão ser avaliadas na totalidade com o próprio componente moldado no material que será utilizado na produção final. Os protótipos obtidos por prototipagem rápida apoiam o projeto do produto e do molde, mas têm um impacto mínimo para avaliar as questões decorrentes do processo de moldagem por injeção. A fabricação rápida de um molde de baixo custo para a obtenção de protótipos moldados nos materiais finais é uma alternativa disponível para que a equipe de projeto possa identificar possíveis problemas e reduzir os riscos dos ciclos de reprojeto em moldes definitivos, pois permite avaliar antecipadamente a peça tanto no material, como no processo de fabricação definitivos [23, 24].

Segundo Folkestad e Johnson [20], o ganho com a combinação destas duas ferramentas de projeto (prototipagem rápida e fabricação rápida de moldes de baixo custo) é maior que o ganho individual de cada uma delas, uma vez que os conflitos entre projeto e manufatura dimiunuem a medida em que a integração destas áreas aumenta e é iniciada mais cedo no desenvolvimento do produto, conforme identificou Daré [18]. A integração das equipes resulta na minimização das alterações de projeto após a fabricação do molde definitivo, ilustrada na figura 4.

Figura 4: Alterações de projeto com a integração dos projetos da peça e molde, adap. [20].