#71 LUPATECH PI9901512 PROCESSO DE EXTRAÇÃO POR PLASMA DE LIGANTES EM PEÇAS OBTIDAS POR MOLDAGEM DE PÓS POR INJEÇÃO

PI9901512 PROCESSO DE EXTRAÇÃO POR PLASMA DE LIGANTES EM PEÇAS OBTIDAS POR MOLDAGEM DE PÓS POR INJEÇÃO

Depósito: 27/05/1999

Destaque: Prêmio Finep de Inovação Tecnológica 1999,

Inventor: Aloísio Nelmo Klein / Joel Louis R. Muzart / Antonio Rogerio de Souza / Marcio Celso Fredel / Paulo Antonio Pereira Wendhausen / Rubens Maribondo do Nascimento

Titular: Lupatech S/A (RS/BR)

A origem do grupo Lupatech SA remonta à criação da Microinox, que usava microfusão para produzir componentes fundidos para válvulas. Quatro anos depois surgiu a Valmicro, fabricando válvulas com peças da Microinox, ganhando competitividade. Em 1993 ambas se fundiram na Lupatech S/A, que passou a investir em produtos de maior valor agregado. Nesse mesmo ano criou a Steelinject, subsidiária voltada à injeção de aço com tecnologia norte-americana para peças complexas e de alta precisão. O processo era semelhante ao da injeção de plástico, misturando pó metálico ou cerâmico com ligantes para formar peças em molde. A etapa de extração de polímeros era feita por processos químicos e térmicos demorados. A Lupatech inovou ao desenvolver e patentear um reator de plasma para substituir a extração termoquímica. O passo seguinte foi evoluir para a sinterização, que eliminava a porosidade e garantia densidade e resistência adequadas para uso em motores, câmbios e armas. Essa inovação reduziu o tempo de processamento de 70–80 horas para 12 horas, com menor consumo de energia e gás, diminuindo custos em cerca de 30%. O desenvolvimento contou com parceria do Laboratório de Materiais da UFSC e resultou em três patentes registradas no Brasil, Alemanha e Estados Unidos. As colaborações com a academia continuaram e a empresa decidiu criar o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Lupatech, que atenderia de forma compartilhada todas as subsidiárias, fortalecendo a capacidade inovadora do grupo. 

A empresa caxiense Lupatech foi uma das vencedoras do 2º Prêmio Finep pelo desenvolvimento de um sistema inovador que substitui o processo convencional de extração térmica de ligantes e pré-sintetização de peças injetadas em aço. O novo método utiliza um processo de extração e pré-sintetização ativado por plasma, desenvolvido em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Especializada na moldagem de peças por injeção de metais em pó (Metal Injection Molding – MIM), a empresa conseguiu reduzir seus custos em 25% e multiplicar por sete a sua capacidade de modelagem de peças. Este sistema é único no mundo e, devido à sua economicidade e inovação, tem potencial para substituir integralmente o processo tradicional.

A introdução da tecnologia de indução por plasma permitiu um consumo drasticamente menor de energia e gás: apenas 120 kWh de energia elétrica e 10 metros cúbicos de gás, contra 560 kWh e 112 metros cúbicos exigidos pelo processo convencional. Além disso, o tempo do ciclo produtivo foi reduzido em quase sete vezes. O processo começa com a mistura de pós finos metálicos ou cerâmicos com ligantes orgânicos e resinas termoplásticas até se obter uma composição homogênea, sendo o pó o componente majoritário. Essa mistura é depois granulada para permitir a alimentação em máquinas injetoras similares às usadas para plásticos.

Após a injeção em moldes sob condições análogas às da injetagem de plásticos, as peças verdes são submetidas à extração do ligante – agora facilitada pelo plasma – e posterior sinterização. O resultado são peças com densidade final entre 95% e 98% da densidade teórica da liga forjada, superior à obtida pela metalurgia do pó convencional (85% a 90%). Isso confere às peças propriedades mecânicas, estáticas e dinâmicas superiores, comparáveis às peças produzidas por microfusão, sem necessidade de tratamentos especiais. A tecnologia de Moldagem por Injeção de Pós, que inclui variantes para cerâmicos (CIM) e metais (MIM), mostrou-se, portanto, mais rápida, econômica e eficiente, posicionando a Lupatech na vanguarda desse segmento industrial.

Waldyr Ristow Júnior possui mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina(1992). Tem experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em Metalurgia do Pó. A Lupatech desenvolveu e patenteou tecnologia que substituiu a extração termoquímica por um reator de plasma. “Vimos que poderíamos evoluir e fazer a etapa seguinte do processo que é a sinterização para eliminar a porosidade do produto injetado”, conta Waldyr Ristow Junior, gerente de tecnologia da Steelinject. Com o desenvolvimento do sistema para substituição do processo convencional de extração térmica de ligantes e pré-sintetização de peças injetadas em aço por processo de extração e pré-sintetização ativada por plasma, a caxiense Lupatech foi uma das vencedoras do 2º Prêmio Finep. Especializada em moldagem de peças por meio da injeção de metais em pó, a empresa conseguiu diminuir seus custos em 25% e multiplicar por sete a capacidade de modelagem de peças. O sistema, desenvolvido em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), é único no mundo e, por ser tão econômico e inovador, pode substituir o processo convencional. A introdução da indução permite consumir apenas 120kw/h de energia elétrica e 10 metros cúbicos de gás, contra 560 kw/h e 112 metros cúbicos necessários ao processo tradicional, de reduzir o tempo do ciclo em quase sete vezes.

A Lupatech S/A., através de sua divisão Steelinject, é pioneira na América Latina na utilização da tecnologia MIM (Metal Injection Molding). Esta tecnologia é indicada para produção de peças em série de alta precisão e complexidade de forma. A Steelinject conseguiu reduzir em 20% os custos de produção e em 50% o de consumo de energia graças a uma tecnologia desenvolvida em parceria com o laboratório de materiais da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Com o invento, a empresa pretende deixar de ser importadora para se tornar exportadora de tecnologia. A patente nos Estados Unidos acabou de ser registrada e está em processo o registro na Europa. No Brasil, a patente já está no Instituto Nacional de Propriedade Industriais (INPI). De acordo com Waldir Ristow Júnior, gerente técnico da Steelinject, a empresa pretende aumentar os seus negócios por meio da venda desta tecnologia para interessadas no exterior. Segundo Ristow, a tecnologia é uma alteração em uma parte do processo de injeção de pós metálicos.

O sistema original foi desenvolvido nos Estados Unidos e trazido para o Brasil pela própria Steelinject. Originalmente, o pó metálico é misturado a componentes chamados de “ligantes” para ser injetado na forma. Esta parte do sistema é semelhante ao da injeção de plástico. No caso do metal, no entanto, o ligante precisa ser removido por meio de um processo termoquímico, ou seja, uma combinação de solventes e altas temperaturas. Na tecnologia brasileira, o processo termoquímico foi substituído por um reator de plasma. Com isso, o tempo de produção de uma peça se reduziu de 48 horas para no máximo 12 horas. Ristow afirma que a vantagem da injeção de pó metálico está na fabricação de peças industriais de alta complexidade. Nestes casos, a simples usinagem da peça aumentaria em muito o seu custo de produção. No entanto, o pó metálico precisa atender a especificações rígidas para o processo funcionar. o tamanho do grão, por exemplo, precisa estar em torno de 20 milésimos de milímetro. Por causa disto, o material usado pela Steelinject é importado.

A patente PI 9901512 descreve um processo de extração por plasma de ligantes em peças obtidas por moldagem de pós por injeção. Trata-se de um processo termoquímico realizado em um reator de plasma, que utiliza a descarga elétrica em atmosfera gasosa de baixa pressão, a qual contém hidrogênio ou outro gás atômico ou molecular capaz de produzir espécies reativas, as quais aumentam significativamente a cinética de remoção do ligante de peças injetadas. No caso de utilização de uma mistura contendo hidrogênio como gás principal, as espécies reativas são constituídas por hidrogênio atômico e pela molécula de hidrogênio em estado de elevada energia potencial, além do íon molecular de hidrogênio. As peças a serem processadas são colocadas no suporte no interior do forno, onde o conjunto é envolvido pelo plasma. A mistura gasosa é admitida, sendo os resíduos removidos através da bomba de vácuo. No plasma são formadas as espécies reativas descritas acima, as quais são responsáveis pela redução do tempo necessário para extrair o ligante, o qual é da ordem de 10 vezes menor do que o tempo necessário nos principais processos hoje existentes. Além da redução do consumo de energia e do presente processo ser praticamente não poluente, há um aumento acentuado da produtividade e consequente redução dos custos das peças produzidas através da tecnologia de injeção de pós.

Resumo: PI9901512 PROCESSO DE EXTRAÇÃO POR PLASMA DE LIGANTES EM PEÇAS OBTIDAS POR MOLDAGEM DE PÓS POR INJEÇÃO é um processo termoquímico realizado em um reator de plasma, que utiliza a descarga elétrica em atmosfera gasosa de baixa pressão, a qual contém hidrogênio ou outro gás atômico ou molecular capaz de produzir espécies reativas, as quais aumentam significativamente a cinética de remoção do ligante de peças injetadas. No caso de utilização de uma mistura contendo hidrogênio como gás principal, as espécies reativas são constituídas por hidrogênio atômico e pela molécula de hidrogênio em estado de elevada energia potencial, alem do íon molecular de hidrogênio. As peças (1) a serem processadas são colocadas no suporte (2) no interior do forno (3), onde o conjunto é envolvido pelo plasma (6). A mistura gasosa é admitida através de (4), sendo os resíduos removidos através da bomba de vácuo (5). No plasma (6) são formadas as espécies reativas descritas acima, as quais são responsáveis pela redução do tempo necessário para extrair o ligante, o qual é da ordem de 10 vezes menor do que o tempo necessário nos principais processos hoje existentes. Alem da redução do consumo de energia e do presente processo ser praticamente não poluente, há um aumento acentuado da produtividade e conseqüente redução dos custos das peças produzidas através da tecnologia de injeção de pós.

Referências:

Brasil inovador : o desafio empreendedor : 40 histórias de sucesso de empresas que investem em inovação / Vladimir Brandão, Ada Cristina V. Gonçalves, ...[et al.]; coordenação Carlos Ganem e Eliane

Menezes dos Santos. – [Brasília : IEL – NC, 2006.] p. 40

PANORAMA BRASIL DATA: 15/07/03 ON-LINE "Steelinject diminui custos graças a tecnologia própria"
Exportadores de conhecimento Autor: Suzana Naiditch Fonte:EXAME

https://repositorio.mcti.gov.br/handle/mctic/5025   

https://web.archive.org/web/20020603012228/http://www.expressao.com.br/finep/premio_finep_venc.htm