Projeto de Prensa Injetora

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
ESCOLA POLITÉCNICA
PROJETO DE PRODUTO
ENGENHARIA MECÂNICA
PRENSA INJETORA MANUAL
Itajaí/2024
BRUNO YOSHIKAZU SEITO SATO
JULIANO DE SOUZA MOTTA CHAVES
LUCAS ZACHET P. C. DE AZEVEDO
MATEUS LUAN REGINATO FÜCHTER
VITOR CORDEIRO
INTRODUÇÃO
Industria de modelagem por injeção
Demanda de mercado com novas tecnologias e materiais
Associação Brasileira da Indústria do Plástico(ABIPLAST,2022)
o processo de injeção representa cerca de 25% do mercado de transformados plásticos
Santa Catarina é o terceiro estado com maior número de empresas transformadoras de plástico, representando cerca de 10% do cenário nacional
gerando empregos e impacta diretamente a economia brasileira
operação que utiliza a fusão de polímeros ou outros materiais, e injeção em moldes de diversos tamanhos com alta precisão, se demonstra eficiente, rápida e sustentável
INTRODUÇÃO
Moldagem por injeção
Prensa Injetora
projeto Open Source da Precious Plastic
Utiliza disciplinas tais como: desenho técnico, resistência dos materiais, elementos de máquinas I, elementos de máquinas II, desenho mecânico, entre outras
dispositivos de baixo custo e de fácil acesso
disponibiliza arquivos e estudos sobre a construção e desenvolvimento de máquinas
Setor industrial
Investimento financeiro
desenvolver uma prensa injetora que use força mecânica humana de forma mais simples e de baixo custo
Sem conhecimento técnico avançado dando possibilidade de fazer a sua montagem e operação
PROBLEMATIZAÇÃO
WWF (Fundo Mundial da Natureza):
Poluição Plástica
O Brasil é o quarto país do mundo que mais gera lixo plástico.
11,3 milhões de toneladas de lixo plástico gerado pelo país, em relação a produção e reciclagem.
apenas 1,28% (145 mil toneladas) de lixo efetivamente reciclado.
“O plástico não é inerentemente nocivo. É uma invenção criada pelo homem que gerou benefícios significativos para a sociedade”
75% de todo o plástico já produzido já foi descartado
As industrias, o governo e a sociedade o converteram em uma conveniência descartável de uso único transformou esta inovação em um desastre ambiental mundial.
PROBLEMATIZAÇÃO
Impacto Ambiental
Desenvolvimento do Projeto
Industria Brasileira
Enfrenta o desafio de sustentabilidade com a prática de cadeia circular de valor ao plástico
Envolve a produção, consumo, descarte, tratamento e reuso adequado do material
Envolve todas as áreas de uma empresa, sendo essencial para um bom posicionamento de mercado
Visa a implementação de um protótipo em ambiente acadêmico para estudo de conceitos sobre prensa, injeção, moldagem, polímeros, entre outros.
Trata-se de um mecanismo manual, de baixo custo relativo e ter ótimo desempenho, o projeto se diz econômico e sustentável quanto às diversas possibilidades de uso
A colaboração entre engenheiros mecânicos, elétricos e de automação é essencial para enfrentar esses desafios com sucesso.
a problematização do projeto da prensa injetora manual envolve uma análise abrangente dos requisitos funcionais, sustentáveis, de segurança, econômicos e ergonômicos
Projetar uma prensa injetora com sistema manual para fundir e moldar polímeros sintéticos de plástico .
OBJETIVOS GERAIS
Levantar requisitos de usuário e de projeto; 
 Dimensionar o dispositivo;
Desenvolver o modelo 3D virtual;
Validar o projeto da prensa injetora manual.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A justificativa para o projeto de uma prensa injetora manual para moldes plásticos é multifacetada e envolve diversos aspectos. Vamos explorar algumas razões pelas quais esse projeto se justifica:
Demanda do Mercado;
Flexibilidade e Personalização;
Custos Iniciais Menores;
Produção de Protótipos e Pequenas Séries;
Treinamento e Capacitação;
Manutenção Simplificada; 
Adaptação a Necessidades Específicas.
JUSTIFICATIVA
Assim, a prensa injetora manual para moldes de plástico se justifica pela sua versatilidade, custo acessível e capacidade de atender a demandas específicas da indústria, desempenhando um papel importante na fabricação de peças plásticas de alta qualidade. Tendo sua capacidade de campo efetiva de produção em que a prensa injetora manual para moldes plásticos explora como otimizar a eficiência e o seu desempenho por meios da:
Eficiência de Produção; 
Manutenção Preventiva;
Treinamento dos Operadores; 
Otimização dos Parâmetros de Injeção;
Redução de Tempos de Troca de Moldes;
 Monitoramento em Tempo Real; 
Padronização de Processos.
JUSTIFICATIVA
Neste projeto, adotaremos a metodologia de Desenvolvimento Integrado de Produto (PRODIP), mostrando todo o passo a passo que é necessário desde a idealização do produto, passando por todo seu desenvolvimento, até o que possa ser necessário na pós-produção.
 Nesta seção nos concentraremos na pesquisa informacional que de acordo com Back et al. (2008), é a parte do desenvolvimento que faremos a pesquisa informacional, onde primeiro iremos definir as necessidades do usuário que serão, então, transformados em requisitos de usuário e, só então usaremos essas definições para com o auxílio da ferramenta da casa da qualidade transformar essas informações em requisitos de projeto.
É importante ressaltar aqui que para este trabalho as necessidades de usuário não serão definidas usando o auxílio de pesquisa com o público-alvo, mas que serão definidas pelos autores, por conta da limitação de tempo.
METODOLOGIA
NECESSIDADES DE USUÁRIO
Para as necessidades do usuário como dito anteriormente foram definidas pelos autores desse projeto. Ao todo foram escolhidas doze possíveis necessidades de usuário. As necessidades de usuário mais relevantes foram as seguintes:
Fácil montagem
Baixo custo de fabricação
Baixo custo de manutenção
Operação por apenas um operário 
Sistema de aquecimento
Controle de temperatura
Facilidade para implementação de diferentes moldes
Fácil operação
Funcionar por muitos anos
Eficiência 
Resistente
Não ocupar grande espaço
NECESSIDADES DE USUÁRIO E REQUISITOS DE USUÁRIO
	Necessidades de Usuário	Requisitos de Usuário
	Fácil montagem	Tempo de montagem 
	Baixo custo de fabricação	Custo para aquisição e montagem
	Baixo custo de manutenção	Custo de manutenção periódica
	Operação por apenas um operário	Facilidade
	Fácil operação	Tempo de moldagem
	Funcionar por muitos anos	Ciclo de vida
	Eficiência 	Eficiência energética
	Resistente	Robustez
	Não ocupar grande espaço	Tamanho do equipamento
	Sistema de aquecimento	Aquecimento
	Controle de temperatura	Termômetro
	Facilidade para implementação de diferentes moldes	Montagem do molde
REQUISITOS DE USUÁRIO E
 REQUISITOS DE PROJETO
	Requisito de Usuário	Requisitos de Projeto
	Tempo de montagem 	Montagem facilitada (horas)
	Custo para aquisição e montagem	Baixo custo de material de construção (R$)
	Custo de manutenção periódica	Manutenção simples (R$)
	Facilidade	Ergonomia (m)
	Tempo de moldagem	Produtividade (min)
	Ciclo de vida	Ciclo de vida (anos)
	Eficiência energética	Consumo energético (kW/h)
	Robustez	Resistência Mecânica (Mpa)
	Tamanho do equipamento	Volume 
	Aquecimento	Capacidade de derreter o plástico (°C)
	Termômetro	Controle de temperatura (°C)
	Montagem do molde	Tempo de setup (min)
CASA DA QUALIDADE
	Requisitos de Projeto	Montagem Facilitada (horas)	Baixo Custo de Construção (R$)	Manutenção Simples (R$)	Ergonomia (m)	Produtividade(min)	Ciclo de vida (anos)	Consumo Energético (kWh)	Resistencia Mecânica (MPa)	Volume (m3)	Controle de Temperatura (ºC)	Tempo de Setup (min)
	Ciclo de Vida	1	4	3	1	1	5	2	5	1	2	2
 
	Eficiência energética	1	1	1	1	1	1	5	1	1	5	1
	Robustez	2	4	3	1	3	4	2	5	3	2	1
	Tamanho do equipamento	3	2	2	4	1	2	1	3	5	3	1
	Aquecimento	1	1	1	1	3	1	4	1	1	4	4
	Termômetro	1	1	1	1	3	1	4	1	1	5	3
	Montagem do molde	3	2	2	4	4	1	1	1	1	1	5
	Somatório	29	30	28	25	36	26	29	28	20	39	27
CASA DA QUALIDADE
Após a descoberta dos requisitos de projeto, elegemos que apenas os requisitos com uma pontuação mínima de 28 pontos para a escolha dos requisitos, eliminando todos os demais que não atingirem a pontuação mencionada.Ao definir esta nota de corte pudemos eliminar 5 requisitos não necessários, nos permitindo um foco maior nos 7 requisitos mais importantes.
CASA DA QUALIDADE
	Requisitos de Projeto	Montagem Facilitada (horas)	Baixo Custo de Construção (R$)	Manutenção Simples (R$)	Ergonomia (m)	Produtividade(min)	Ciclo de vida (anos)	Consumo Energético (kWh)	Resistencia Mecânica (MPa)	Volume (m3)	Controle de Temperatura (ºC)	Tempo de Setup (min)
	Requisitos do Usuário	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Tempo de Montagem	5	3	3	1	5	3	1	1	1	3	1
	Custo para aquisição e montagem	3	5	3	3	3	3	3	5	1	4	1
	Custo de manutenção periódica	3	4	5	1	3	3	1	3	1	3	3
	Facilidade	5	2	3	5	4	1	1	1	3	3	4
	Tempo de Moldagem	1	1	1	2	5	1	4	1	1	4	1
ESPECIFICAÇÕES DE PROJETO
	Item	Classificação	Descrição	Verificação	Possíveis Riscos
	1	Controle de Temperatura (ºC)	O ajuste de temperatura é essencial para a fundição de diferentes plásticos	Baixa oscilação térmica	Imprecisão na leitura da temperatura
	2	Produtividade (min)	A máquina deve ser capaz de produzir peças de maneira eficiente e ágil	 	A operação ser excessivamente lenta
	3	Baixo Custo de Produção (R$)	Os materiais utilizados não podem ser caros	Utilização de materiais altamente disponíveis	O equipamento ficar caro demais
	4	Consumo Energético (kWh)	O equipamento deve ser eficiente para não gastar muita energia elétrica	Aferição através de medidor de consumo	Consumir mais eletricidade que o previsto.
	5	Montagem Facilitada (horas)	Montagem rápida e fácil.	Poucos componentes e partes móveis 	As instruções não serem de fácil compreensão
	6	Resistencia Mecânica (MPa)	O equipamento deve ser capaz de aguentar os esforços incididos sobre o mesmo.	Aço 1020	Quebra dos componentes
	7	Manutenção Simples (R$)	O conserto do equipamento não deve necessitar mão de obra especializada ou componentes caros	Construção através de componentes comuns e facilmente encontráveis	Não ser possível fabricar com componentes fáceis de encontrar
NORMAS TÉCNICAS
NR-12
ISO 12100:2010
ISO 20430:2020
ISO 9001:2015
ASTM D4272
IEC 60204
NR-33
NR-17
NR-16
NBR 13536
NBR 13757
NBR 16579
Para o desenvolvimento de uma prensa injetora de polímeros que opera de maneira manual, foi necessária uma busca aprofundada sobre patentes. Segundo o INPI (2020), “Patente é um título de propriedade temporária sobre uma invenção ou modelo de utilidade, outorgado pelo Estado aos inventores ou autores ou outras pessoas físicas ou jurídicas detentoras de direitos sobre a criação”. Por este motivo, é essencial entender as particularidades do projeto para que não haja um possível conflito entre o equipamento desenvolvido e projetos similares existentes.
Com os mecanismos de pesquisa disponíveis, INPI (Instituto Nacional da Propriedade Industrial), Google Patents e Espacenet, foi feita uma varredura tanto em âmbito nacional, quanto internacional. Com o estudo de cada patente encontrada, foi necessária uma filtragem das mais semelhantes para o embasamento do projeto. A utilização do código IPC (Classificação internacional de patentes) que padroniza as patentes, facilita a pesquisa por categorias, enquadrando a pesquisa no código B29C45, que engloba moldagem por injeção.
PATENTES
Um exemplo de patentes sobre o dispositivo de modelagem por injeção manual:
A patente de código CN217834614U, de 2022;
PATENTES
Modelo de pequeno porte de um dispositivo de moldagem por injeção manual. 
Com um mecanismo bem semelhante ao presente trabalho
Caracterizado por ser operado manualmente, tem um dispositivo de fixação tanto do molde quanto da própria máquina e necessidade de deposição do polímero já fundido na injetora
Outro exemplo de patentes sobre o dispositivo de modelagem por injeção manual:
A patente de código US11110636B2, uma patente norte americana publicada em 2021.
PATENTES
Injetora com sistema hidráulico de fixação e aquecimento próprio para a moldagem de polímeros
Porte mais robusto e realiza a injeção com referência horizontal
CRONOGRAMA 
	CRONOGRAMA	Março				Abril				Maio				Junho			
		S1	S2	S3	S4	S1	S2	S3	S4	S1	S2	S3	S4	S1	S2	S3	S4
	Introdução																
	Prob./Obj./Justif.	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Projeto Informacional																
	Nec. De Usuário	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Req. De Usuário	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Req. De Projeto	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Normas Técnicas	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Patentes	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Projeto Conceitual																
	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Projeto Preliminar																
	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
	Projeto Detalhado																
	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 
FUNÇÕES GLOBAL
Injetora de plástico
Sistema de aquecimento
Acionamento por alavanca
Montagem da Máquina
Plástico derretido ( no molde)
FUNÇÕES PARCIAIS 
Injetora de plástico
Fornece energia térmica para derretimento do plástico
Controle da temperatura
Arduíno
Controlador PID
Fonte de energia 
Corrente alternada (Tomada)
Bateria (corrente contínua)
Aquecedor
Resistência
Aquecedor de banda
FUNÇÕES PARCIAIS 
 
Injetora de plástico
Oferecer Ergonomia e segurança
Acionamento do sistema elétrico
Botão liga/desliga
Isolante térmico (tubo do derretimento plástico)
Ergonomia
Acionamento por alavanca
Push button
Materiais de Construção
A36
1045
1020
Acionamento pneumático
Acionamento Hidráulico
MATRIZ MORFOLÓGICA
 
MATRIZ CONCEPÇÃO
 
MATRIZ PUGH
 
PROJETO PRELIMINAR
 
PROJETO PRELIMINAR
 
PROJETO PRELIMINAR
 
SIMULAÇÕES DA PRESA INJETORA MANUAL
 
SIMULAÇÕES DA PRESA INJETORA MANUAL
 
SIMULAÇÕES DA PRESA INJETORA MANUAL
 
DESENHO MECÂNICO DA PRESA INJETORA MANUAL
 
DESENHO MECÂNICO DA PRESA INJETORA MANUAL
 
DESENHO MECÃNICO DA PRESA INJETORA MANUAL
 
BACK, Nelson et al. Projeto Integrado de Produtos: planejamento, concepção e modelagem. Barueri: Manole, 2008. 601 p.
INPI
https://patents.google.com/patent/US11110636B2/en?q=(press+Injection+molding)&language=ENGLISH,PORTUGUESE&type=PATENT&oq=(press+Injection+molding)+language:ENGLISH%2cPORTUGUESE+type:PATENT#patentCitations
https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/084012192/publication/CN217834614U?q=pn%3DCN217834614U
https://www.wwf.org.br/?70222/Brasil-e-o-4-pais-do-mundo-que-mais-gera-lixo-plastico
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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