IN-MOLD DECORATION , UMA REVISÃO DE PROCESSO E TECNOLOGIA

2019-01-08

por Harry Kao, Yomura Technologies Inc.

In-mold decoration (IMD) também conhecido como moldagem de inserção de filme, é similar ao processo In-Mold Label, sendo esse último uma melhor descrição para peças não decorativas, usado principalmente para decorar recipientes, copos e vasos (de uma maneira geral descartáveis). A técnica basicamente é o processo de decoração de uma peça moldada por injeção com um filme decorado (através do processo de impressão). O filme torna-se uma parte integrante do produto final, a criação de um produto completamente decorado na superfície visual ou parcialmente como um rótulo em um recipiente. neste processo, uma etiqueta pré-impressa ou filme decorado é inserida no molde de injeção de plástico e mantida no lugar mecanicamente, eletrostaticamente, gravidade ou vácuo. Quando o molde é fechado, a resina plástica é injetada na parte traseira do filme encapsulando permanentemente dentro da peça acabada. Antes do advento do IMD, havia duas opções básicas para decorar peças moldadas, serigrafia ou rótulos/etiquetas. Ambas estas técnicas não podem igualar a flexibilidade e a durabilidade do IMD. A técnica permite designs mais imaginativos, que não apenas melhoram a decoração, mas também fornecem funcionalidade. A técnica presta-se prontamente a superfícies inteligentes, teclas táteis, produtos resistentes água, circuitos eletrônicos e até mesmo componentes ópticos, que podem ser integrados de uma forma rentável. A maioria dos filmes tem a impressão na superfície secundária, já que a impressão sobre a superfície primária é menos durável. A impressão da superfície secundária pode ser uma cor única muito simples até padrões muito complexos de passagem múltipla que simulam superfícies de mármore e incluem filtros ópticos funcionais. A impressão na superfície secundária contribui grandemente para a durabilidade do produto e é um fator importante na seleção do IMD. A peça pode ser passiva ou ativa, com traços e superfícies eletroluminescentes incluídas no filme, frente morta, enchimentos, sobre-moldagem e galvanoplastia seletiva, também são opções de design.

O processo de IMD essencialmente tem 4 etapas, 1. Impressão, 2. Termoformagem, 3. Corte e 4. moldagem por injeção. Já o processo de In-Mold Label tem normalmente 2 etapas, uma vez que o filme é plano e pressionado contra o molde.

Impressão - Serigrafia é o método mais comum para impressão de filmes, ao contrário dos digitais e offset, que são menos comuns. A impressão digital UV está rapidamente ganhando mais espaço e cumprirá a promessa de ser capaz de ter um desenho diferente em cada peça moldada sem qualquer aumento significativo no custo. A impressão foi muito além dos gráficos impressos em tela simples que imitam os designs de etiquetas existentes, estão com padrões complexos que fornecem uma representação razoavelmente boa de superfícies de fibra de carbono e mármore, que agora são comumente produzidos. Com a nova geração de tintas condutoras, tem a capacidade de imprimir os componentes eletrônicos 3D como um processo altamente desejado, mas muito dispendiosa de usar, se tornará comum num futuro próximo.

Tintas - O processo IMD requer tintas especiais, aquelas que se não forem especialmente formuladas irão rachar e amarelar quando processadas. Elas devem ser flexíveis e resistentes à lavagem quando esticadas. A impressão não é uniforme ao longo do filme, frequentemente é necessário imprimir várias camadas em áreas de alta elasticidade onde a resina colide com o filme à medida que ele sai do gate. A última camada a ser impressa é o revestimento anti-lavagem, dependendo da localização do gate e da pressão de injeção, várias camadas de anti-lavagem podem ser necessárias para evitar que a tinta seja removida da superfície da película. Novos desenvolvimentos na tecnologia de tinta condutora permitirão que eles suportem os rigores do processamento in-mold e ainda mantenham suas propriedades dielétricas. Os painéis de toque tornaram-se o método preferido de entrada de dados para um dispositivo e o nível de integração aumentará com a melhoria na impressão de filmes IMD. Há mais duas etapas necessárias depois que os desenhos são impressos, uma camada anti-lavagem é adicionada para ajudar a evitar que as tintas sejam removidas durante o processo de injeção. A camada final a ser impressa é um promotor de adesão, a resina injetada na maioria dos casos não formará naturalmente uma ligação ao filme impresso. A colagem é criticamente importante, uma vez que a delaminação é possível ao longo de um período de tempo se o filme for exposto a ciclos térmicos ou contato. Os adesivos utilizados para esta aplicação são termicamente ativados e requerem energia térmica suficiente para que o adesivo atinja a temperatura de transição vítrea. Alguma experimentação com a peça e a colagem adesiva é necessária para assegurar que a aderência seja satisfatória. A temperatura do molde, o tempo de permanência e a temperatura do material de injeção desempenham um papel crítico na garantia de que a aderência do filme com a resina plástica seja satisfatória.

Filmes - Há várias opções de filmes, dependendo da aplicação específica para a qual o produto está sendo projetado.

Filme de PA (poliamida) - possuem excelente resistência química, alta transparência, boa durabilidade mecânica e alta temperatura de deflexão térmica. Eles são adequados para uso com ABS, PC / ABS, PC e materiais de substrato similares.

Filme de PC (policarbonato) - tem ótimas propriedades ópticas, pode ser facilmente termoformada, tem alta resistência ao impacto e boa resistência ao calor. O policarbonato é amorfo e possui baixa resistência química.

Filme de ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno) - têm uma resistência ao impacto muito boa e são naturalmente translúcidos, eles oferecem uma boa relação preço-desempenho, também como PC eles têm baixa resistência química
Filme de PP (Polipropileno) - têm uma excelente relação preço-desempenho e excelente resistência química. Eles são usados com mais frequência na rotulagem de recipientes com IML

Filme de PMMA (Polimetilmetacrilato) - Tem excelente resistência a arranhões, superior a PA e PC quando não revestido. É altamente transparente e adequado para aplicações ópticas quando comparado ao PC e PA, o nível de desempenho mecânico é menor.

Filme de PET (Polietileno tereftalato) - Possui excelente estabilidade térmica, boas propriedades mecânicas, alta resistência, boa estabilidade dimensional e claridade ótica. Esses filmes são os mais utilizados em produtos de consumo de alto volume.

Tratamentos de superfície em filmes como revestimento duro, anti-reflexo, anti-embaçante, acetinado e acabamento fosco estão disponíveis nos fornecedores. Deve-se ter cuidado para evitar bordas afiadas ao projetar uma peça que utilizará filme com revestimento rígido. O hardcoat tende a rachar quando formado em torno de um raio pequeno, sendo necessário um revestimento mais duro e um raio maior para não rachar.

Termoformagem - O filme impresso é então termoformado tipicamente para o processo IMD por pressão de formação térmica. O filme impresso é aquecido e depois forçado para baixo em um molde fêmea através de vácuo. O material toma então a forma do molde, permitindo que mais detalhes sejam formados na peça do que a tradicional formação de vácuo. O processo de formação provoca um estiramento no material que pode resultar em gráficos deformados ou deslocados. Para entender a quantidade de alongamento que o filme está passando, um rótulo impresso com um padrão de grade é processado. As variações no padrão de grade após o processamento podem ser prontamente vistas. Isso permite que o designer gráfico ajuste o desenho que pode ser afetado pelo trecho. A profundidade de empate é limitada pela configuração da peça e, aparentemente, pela capacidade de processamento do moldador com um bom processador, as profundidades de extração de 25 mm são possíveis. As tintas também são um fator na quantidade de deformação que pode ser tolerada no processo de formação térmica. As tintas UV modernas são muito mais resistentes ao alongamento criado pelo processo de modelagem, e ficam sujeitas a alterações na densidade da cor se forem levadas além de suas limitações.

Corte - A peça moldada precisa ser aparada, isso é feito antes da inserção no molde ou após a injeção ser faseada. O corte não pode ser feito com precisão com um molde de aço, uma ferramenta de placa de alta qualidade deve ser criada para aparar o filme com precisão. Para produção de alto volume, o filme pode ser alimentado na estação de termoformagem em forma de papel e pós-aparado. Em algumas aplicações, a geometria formada pode ser realizada por um processo de conformação a frio da mesma maneira que uma peça de metal estampada é produzida. Todo o processo de impressão do papel, estampagem, injeção e corte é totalmente automatizado. O processo do IMD está se tornando mais automatizado com a impressão em lote, o ajuste automático e a injeção traseira sendo feitos pela robótica. O processo deve sempre ocorrer em salas limpas, sujeira no filme ou no molde pode causar perda significativa de rendimento.

Operações secundárias.

Operações de pós-processamento, como moldagem, revestimento seletivo e impressão, são facilmente realizadas. Abaixo estão as Figuras 1,2 e 3. Aqui está uma breve descrição do processo que alcança os resultados como mostrado

 

Figura 1 - É um bezel para um celular. À primeira vista, parece ser uma parte relativamente simples de fabricar. O primeiro processo é o IMD contendo o visor (área transparente) e o fundo preto, o material selecionado para a peça é Policarbonato. O filme é então inserido no molde e moldado em ABS platinado (borda brilhante na imagem). O processo de revestimento de ABS é bem conhecido. Para laminar o ABS, sua superfície deve ser modificada com uma solução de gravação. A solução de gravação é baseada em ácido crômico e não vai gravar o policarbonato. Após a gravação, a superfície é então ativada ou iniciada com uma solução contendo sais de estanho e paládio. A superfície do ABS é então revestida com níquel ou cobre. O passo final é galvanoplastia usando tecnologia convencional. Como o PC não foi gravado, ele não pode ser banhado, em suma, é o processo de revestimento seletivo.

Figura 2 - A imagem abaixo é familiar para quem já viajou em um avião. Ela mostra a parte traseira do luminoso que indica os avisos de não fumar e manter os cintos afivelados. A parte frontal da peça denominamos de "painel frontal morto", onde os desenhos não podem ser vistos até que o sinal seja iluminado. A superfície frontal é tela impressa em uma cor que combina com a estrutura do avião e é translúcida. O verso é uma tela impressa com os desenhos que são translúcidos. O fundo preto é impresso para evitar a transmissão de luz. A filme é então injetado com policarbonato transparente para formar a peça acabada.

O processo de IMD, que era uma opção cara para designers de produtos, vem se tornando uma opção muito eficaz e com preços razoáveis. A qualidade é muito superior à de uma peça moldada que é decorada por impressão em tela ou com etiqueta adesiva colada a uma superfície plana. O processo agora pode fornecer opções complexas a serem consideradas pelo projetista. Eles podem adicionar um alto nível de funcionalidade, desenhos complexos, funções ótica, mecânica e elétrica em uma montagem independente. Melhorias em filmes, tintas, adesivos e eletrônicos continuam a ser feitas. O futuro do processo do IMD é brilhante com a introdução da tecnologia de superfície inteligente.