Tecnologia de Espuma Microcelular MuCell: A Solução Ideal para Fabricação Sustentável e Leve

A tecnologia MuCell tem sido amplamente aplicada em setores como automotivo, eletrônico, médico, artigos esportivos e manufatura sustentável. Acompanhando as tendências crescentes de redução de peso e carbono, tornou-se um grande avanço na manufatura sustentável e eficiente. Particularmente nos setores de transporte e bicicletas, a MuCell oferece soluções de redução de peso que reduzem o uso de plástico, ao mesmo tempo em que aumentam a resistência e a durabilidade do produto, reduzindo ainda mais a pegada de carbono.

Visão geral da tecnologia MuCell

A tecnologia MuCell (Moldagem por Injeção Microcelular) foi desenvolvida na década de 1980 pelo Professor Nam P. Suh e sua equipe de pesquisa no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e comercializada na década de 1990. O núcleo da tecnologia MuCell reside no uso de técnicas de Fluido Supercrítico (SCF) para injetar dióxido de carbono (CO₂) ou nitrogênio (N₂) em plástico fundido para formar uma estrutura microcelular uniforme. Esse processo reduz o consumo de material, reduz o peso do produto e melhora tanto o desempenho do produto quanto a eficiência do processamento.

Histórico de desenvolvimento da tecnologia MuCell

Década de 1980 – Formação do conceito e pesquisa inicial

• • A equipe de pesquisa do MIT desenvolveu um processo de Fluido Supercrítico (SCF) que injeta CO₂ ou N₂ como agentes de sopro físicos em polímeros fundidos, formando uma estrutura microcelular uniforme.
  • O objetivo inicial era reduzir o uso de material e, ao mesmo tempo, melhorar propriedades mecânicas, como estabilidade dimensional e controle de empenamento.

Década de 1990 – Aplicações Industriais e Desenvolvimento de Patentes

• • Os resultados da pesquisa do MIT levaram à comercialização da tecnologia MuCell e à criação da Trexel, Inc., especializada na promoção da tecnologia e no desenvolvimento de equipamentos dedicados.
  • A Trexel começou a aplicar a tecnologia MuCell em setores como automotivo, eletrônico e dispositivos médicos, e obteve inúmeras patentes abrangendo sistemas de controle de gás, projeto de moldes e otimização de processos de moldagem por injeção.

Pós-2000 – Expansão global e otimização tecnológica

• • À medida que a tecnologia amadureceu, o MuCell ganhou aceitação nos mercados europeu e asiático. Impulsionadas pelas demandas por veículos mais leves (para reduzir o consumo de combustível) e energia sustentável (para reduzir o uso de plástico), muitas empresas adotaram essa solução.
  • Para atender a diversas necessidades de aplicação, a tecnologia MuCell evoluiu ainda mais para incluir:
    • Controle de espuma de alta precisão (para produtos 3C e fabricação de precisão)
    • Técnicas de formação de espuma híbrida (para melhorar a rigidez e a resistência mecânica)

Anos Recentes – Manufatura Inteligente e Sustentabilidade

• • • A tecnologia MuCell foi integrada à manufatura inteligente (por exemplo, Indústria 4.0), melhorando a estabilidade do processo por meio do monitoramento de dados e automação.
    • O desenvolvimento do MuCell não se limita mais à redução do uso de plástico e à manutenção da rigidez das peças. Novas aplicações estão surgindo, como entressolas de calçados ultraleves e de alto retorno, produtos industriais redutores de ruído, isolantes e retentores de frio, além de aplicações médicas biomiméticas.
    • Muitas empresas estão combinando a tecnologia MuCell com plásticos recicláveis para melhorar ainda mais a sustentabilidade — por exemplo, usando materiais de base biológica ou reciclados para reduzir a pegada de carbono.

Figura: Aplicação de MuCell em entressolas de calçados

Pioneira na fabricação de equipamentos de moldagem por injeção na Ásia, a FCS (Fu Chun Shin) assumiu a liderança no desenvolvimento e integração da tecnologia de espuma microcelular MuCell já em 2015. Por meio do desenvolvimento interno de máquinas e de sua rede global de serviços, a FCS não apenas ajudou os clientes a alcançar resultados notáveis em redução de peso e carbono, como também expandiu gradualmente a aplicação dessa tecnologia em diversos setores, como automotivo, de embalagens, eletrodomésticos e artigos esportivos.

Processo de moldagem MuCell

Em comparação com a moldagem por injeção tradicional, o MuCell adiciona uma etapa extra, na qual um fluido supercrítico é injetado. As etapas detalhadas são as seguintes:

• • Etapa 1: Derretimento do plástico – Termoplásticos (como PP, ABS, PC) são derretidos dentro da máquina de injeção, formando um material fundido viscoso e quente.
  • Etapa 2: Injeção de SCF – Sob alta pressão, uma pequena quantidade de CO₂ ou N₂ é injetada no cilindro, saturando o fundido com gás uniformemente.
  • Etapa 3: Moldagem por Injeção – A massa fundida saturada de gás é injetada no molde. Devido à queda de pressão, o gás se expande e forma microbolhas, resultando em uma estrutura interna mais leve e uniforme.
  • Etapa 4: Resfriamento e Ejeção – Após o resfriamento e a solidificação, a estrutura microcelular permanece estável, produzindo peças plásticas espumadas leves e de alta resistência.

Benefícios ambientais e de economia de energia do MuCell

MuCell (Moldagem por Injeção Microcelular) reduz significativamente o consumo de energia e as emissões de carbono por meio de economia de material, redução do uso de energia, maior produtividade, design leve e uso de materiais reciclados, atendendo às metas de sustentabilidade corporativa e neutralidade de carbono.

Redução de materiais → Menores emissões de carbono na fabricação de plástico

• • A moldagem por injeção tradicional requer uma grande quantidade de plástico virgem, enquanto o MuCell pode reduzir o uso de plástico em 10% a 20% por meio da formação de espuma microcelular.
  • Emissões de carbono da fabricação de plástico:
    • PP, ABS e PC virgens geram 2,5–6 kg de CO₂ por kg produzido.
    • O MuCell economiza de 5 a 20% de material, o equivalente a reduzir de 125 a 1.200 kg de CO₂ por tonelada de plástico.
  • Por exemplo, uma fábrica que usa 1.000 toneladas de plástico anualmente pode economizar 200 toneladas usando MuCell, reduzindo de 250 a 1.200 toneladas de CO₂, o equivalente a plantar de 11.000 a 55.000 árvores (cada uma absorvendo cerca de 22 kg de CO₂ por ano).

Menor pressão de injeção e consumo de energia da máquina → Redução das emissões de carbono durante a fabricação

• • Moldagem por injeção tradicional vs. MuCell:
    • A moldagem tradicional requer enchimento de molde de alta pressão. O MuCell reduz a pressão de enchimento em 30% a 50%, reduzindo assim o consumo de energia da máquina de injeção em 10% a 40%.
    • As máquinas de injeção são responsáveis por cerca de 60% do consumo total de energia de uma fábrica. As emissões de CO₂ da geração de energia giram em torno de 0,5 kg/kWh (dependendo da fonte de energia).
  • Exemplo: uma usina que utiliza 10 milhões de kWh/ano e economiza 20% de energia com MuCell reduziria cerca de 1.000 toneladas de CO₂ — o equivalente ao CO₂ absorvido por 91.000 árvores.

Tempos de ciclo mais curtos → Maior produtividade, maior redução de carbono

• • O MuCell reduz os tempos de resfriamento e embalagem em 15%–50%, resultando em:
    • Maior produção por unidade de tempo — mais peças produzidas com a mesma entrada de energia, reduzindo as emissões por peça.
    • Menos tempo de inatividade ou espera das máquinas, minimizando o desperdício de energia.
  • Supondo um aumento de 20% na produtividade da máquina, o mesmo resultado pode ser alcançado com 20% menos energia, reduzindo assim as emissões de CO₂.

Redução do peso do produto → Menor pegada de carbono no transporte

• • Aplicação na indústria automotiva
    • O MuCell pode reduzir o peso das peças internas do automóvel em 10%–30% (por exemplo, painéis, estruturas de assentos, painéis de portas).
    • Cada redução de 100 kg no peso do veículo reduz as emissões de CO₂ dos veículos movidos a combustível em aproximadamente 8–10 gramas por quilômetro; o consumo de energia em veículos elétricos também é reduzido.
    • Se um veículo for reduzido em 5% a 20% em peso e aplicado a 100.000 veículos, ele pode reduzir de 250 a 1.000 toneladas métricas de CO₂ anualmente, o equivalente ao plantio de 22.500 a 90.000 árvores.
  • Eletrônicos e materiais de embalagem
    • Reduzir o peso de embalagens e invólucros plásticos ajuda a diminuir o consumo de combustível durante o transporte, diminuindo as emissões de gases de efeito estufa.

Painel de duto de ar automotivo

Carcaça de farol automotivo

Concha de robô com IA

Combinando Plásticos Reciclados ( PCR) → Reduzir ainda mais a Pegada de Carbono

• • Comparação de emissões de carbono de plástico virgem e reciclado
    • Plásticos virgens (PP, ABS, PC) geram 2,5–6 kg de CO₂ por kg produzido.
    • Plásticos reciclados (PCR) geram 1–2 kg de CO₂ por kg, o que é 50%–80% menor do que materiais virgens.
  • Se o MuCell reduzir o uso de plástico em 30% e combinar 50% de PCR, então:
    • As emissões de 1.000 toneladas de plástico podem ser reduzidas de 5.000 toneladas de CO₂ para 1.500 toneladas de CO₂ — uma redução de 70%.
    • Isso é equivalente à absorção de CO₂ de 318.000 árvores (cada uma absorvendo 22 kg de CO₂ por ano).
    • A MuCell também melhora o uso de plásticos reciclados por meio de:
      • Melhorando a resistência mecânica para compensar a perda de rigidez em material reciclado.
      • Reduzir a temperatura e a pressão da injeção para reduzir a degradação térmica e melhorar a processabilidade.

O MuCell não apenas reduz o uso de plásticos virgens, mas também melhora a aplicabilidade de materiais reciclados, expandindo o potencial dos plásticos sustentáveis.

Benefícios gerais de redução de carbono da tecnologia MuCell

Por exemplo, desde que a FCS introduziu a tecnologia MuCell pela primeira vez em 2015, aplicou e validou com sucesso a integração de sistemas em diversas séries, incluindo máquinas LM de duas placas, hidráulicas FA, de alavanca externa SA, totalmente elétricas CT-e e multicomponentes FB de duas cores. Até o momento, mais de trinta sistemas MuCell foram entregues. Essas máquinas são utilizadas em setores como semicondutores, componentes automotivos e de motocicletas, produtos de consumo e calçados esportivos, proporcionando economia de 10 a 20% no consumo de matéria-prima e energia, além de reduzir significativamente os tempos de ciclo — permitindo que os clientes se beneficiem simultaneamente em capacidade de produção, eficiência de custos e redução de carbono impulsionada por ESG.

Exemplos de aplicação da tecnologia MuCell na indústria de mobilidade e bicicletas

Espera-se que a tecnologia MuCell tenha ampla aplicação em bicicletas, patinetes elétricos, motocicletas e artigos esportivos , com foco na redução de peso, aumento de resistência e menor consumo de energia na produção , apoiando a redução de carbono e a sustentabilidade.

Aplicação do MuCell na indústria de bicicletas. Objetivo: Reduzir o peso das estruturas de suporte de plástico utilizadas com peças de fibra de carbono e alumínio, melhorando a eficiência energética geral.

Tecnologia MuCell em componentes de bicicleta:

• • Reforço plástico interno para quadros de bicicleta → Redução de peso estimada de 5% a 10%
  • Caixas de plástico para luzes de bicicleta e sistemas de assistência elétrica → Estimativa de economia de 25% em plástico
  • Peças de plástico espumado para selins e guidões → Estima-se que seja 15% mais leve com rigidez adicional

Resultados de energia e redução de carbono:

• • Espera-se que cada bicicleta reduza 300–500 g de CO₂
  • Produção anual de 500.000 bicicletas = redução de 15.000 a 25.000 toneladas de CO₂, o equivalente ao plantio de 1,36 milhões de árvores

MuCell + Plásticos Reciclados = Solução Ótima de Fabricação Verde

A combinação da tecnologia MuCell com plásticos reciclados (PCR) permite não apenas a redução de peso, mas também aprimora os benefícios ambientais, alcançando menores emissões de carbono, menor desperdício de matéria-prima e um processo de produção mais sustentável. Essa combinação oferece a melhor solução verde em todos os setores. Os principais benefícios incluem:

• Redução do uso de plásticos virgens
• Menores emissões de carbono
• Apoio à produção sustentável
• Economia de custos

MuCell + Recycled Plastics permite redução de peso, economia de matéria-prima, emissões de carbono significativamente menores, menor uso de energia e redução de resíduos plásticos.

• Cada tonelada de plástico economizada reduz 1.250–2.000 kg de CO₂ — o equivalente a plantar 113.000–181.000 árvores
• Esta abordagem de produção verde ajuda as empresas a atingir as metas de neutralidade de carbono e promove a transição para o desenvolvimento sustentável

A tecnologia MuCell combinada com plásticos reciclados é a estratégia ideal para sustentabilidade, redução de carbono e fabricação competitiva!

Olhando para o futuro, a FCS continuará a perseguir sua estratégia central "Inteligente × Verde × Dados", integrando a espuma microcelular MuCell ao seu sistema proprietário de fábrica inteligente iMF 4.0 para promover soluções de manufatura de baixo carbono e economia circular. Acreditamos que isso não apenas aumenta a competitividade do cliente, mas também representa um passo importante para cumprir nosso compromisso com a sustentabilidade.

📌 Leituras adicionais

▶ Explore o Sistema de Gerenciamento de Moldagem por Injeção Inteligente iMF 4.0

▶ Saiba mais sobre as aplicações da tecnologia de espuma microcelular MuCell