//Por que a Impressão 3D está cada vez mais sendo utilizada para peças de uso final?
Impressão 3D para peça final

Por que a Impressão 3D está cada vez mais sendo utilizada para peças de uso final?

A Impressão 3D (Manufatura Aditiva) já é uma realidade em diversas empresas e indústrias no Brasil e no mundo. No contexto da Indústria 4.0, ela é uma das principais tecnologias para o processo de transformação digital, melhoria da eficiência e produtividade dos processos de manufatura, além de permitir a customização em massa de produtos.

Mas, por que apenas agora a Manufatura Aditiva está sendo cada vez mais usada?

Abaixo seguem alguns dos motivos que eu acredito serem fundamentais para este avanço e uso cada vez mais constante:

Evolução da tecnologia, fabricantes, materiais e softwares

Desde 1984, quando Chuck Hull desenvolveu a impressora SLA, novas tecnologias foram surgindo e ganhando mercado. Hoje nós temos diversas tecnologias como: polimerização em cuba, extrusão de material, fusão em leito de pó, entre outras. A imagem abaixo, da 3D Hubs, define muito bem a diversidade e características de cada uma delas.

Tecnologias Manufatura Aditiva - 3DHUBS
Tecnologias Manufatura Aditiva – 3DHUBS

 

Um dado que também confirma a evolução da tecnologia é a quantidade de patentes depositadas nos últimos anos. Este gráfico da Wohlers Report 2020, mostra as patentes emitidas (linha em verde) e os pedidos de patentes solicitados (em azul), relacionados à manufatura aditiva.

Patentes Manufatura Aditiva (Wohlers Report)
Patentes Manufatura Aditiva (Wohlers Report)

Além disso, com a evolução das tecnologias, novas fabricantes de impressoras 3D também foram surgindo. Um levantamento da AMFG mostra uma evolução da quantidade de fabricantes de 1985 até 2019. Com o surgimento das impressoras de metal, houve também o surgimento e crescimento (em elevada quantidade) desde tipo de equipamento!

Fabricantes impressoras 3D (AMFG)
Fabricantes impressoras 3D (AMFG)

Em relação aos materiais, hoje temos centenas de materiais disponíveis comercialmente para serem utilizados na impressão de peças (seja polímero, metal, entre outros). A diversidade de materiais foi impulsionada também pela entrada de grandes fabricantes de matéria prima no mundo da manufatura aditiva, como: BASF, Braskem, Solvay, Henkel, Evonik, DuPont (para polímeros) e Sandvik, Praxair, VDM Metals (para metais).

Um levantamento da Senvol, apresentado abaixo, mostra a quantidade de materiais, de acordo com cada tecnologia.

Quantidade de materiais por tecnologias (Senvol)
Quantidade de materiais por tecnologias (Senvol)

 

Tabela materiais
Tabela materiais

 

Legenda: BJT (Binder Jet); DED (Directed Energy Deposition); MEX (Material Extrusion); MJT (Material Jetting); PBF (Powder Bed Fusion); SHL (Sheet Lamination); VPP (Polymer Vat Photopolymerisation).

Quanto aos softwares, além daqueles para modelagem 3D das peças já conhecidos (SOLIDWORKS, Inventor, Catia, Fusion, entre outros), era necessário evoluir também no pré-processamento destes modelos em 3D, antes de enviar para a impressora. Assim, soluções mais simples como o Cura, Simplify3D e Slic3r são boas alternativas, mas para nível de produção mais robusto e industrial outras alternativas também surgem no mercado como o Materialise Magics, Autodesk Netfabb e nTopology.

Software Materialise Magics
Software Materialise Magics

Melhoria das propriedades mecânicas

Um dos principais desafios das peças produzidas por Manufatura Aditiva são as suas propriedades mecânicas, principalmente a anisotropia (variação de propriedades de acordo com a direção (x, y, z)). Em geral, este problema é mais significativo na direção do eixo Z, onde acontece a adesão entre as camadas que vão sendo construídas, promovendo uma menor resistência mecânica nessa direção.

Nos processos que usam tecnologia FDM, por exemplo, isto é bem perceptível e impacta diretamente no seu projeto (qual posição será construído, necessidade de mudanças na geometria, etc. Por isso é importante o DfAM (Design for Additive Manufacturing)). A figura abaixo ilustra bem isto.

Posições impressão camadas
Posições impressão camadas

Para buscar soluções para este desafio, novas tecnologias foram desenvolvidas, como é o caso da Multi Jet Fusion da HP. Ela consegue produzir peças isotrópicas (97% de isotropia segundo a HP), porque o agente de fusão se espalha por cada camada e causa peças fundidas homogeneamente em todos todas direções.

Tecnologia Multi Jet Fusion da HP
Tecnologia Multi Jet Fusion da HP

Alguns artigos trazem resultados que confirmam estas características, como por exemplo o Evaluation of the mechanical performance of polymer parts fabricated using a production scale multi jet fusion printing process (Heather J. O’ Connor, Andrew N. Dickson, Denis P. Dowling). Clique aqui e acesse artigo.

Além desta tecnologia, peças metálicas impressas também apresentam boas propriedades mecânicas, sendo um indicativo que o desafio da isotropia está cada vez mais sendo solucionado pelas fabricantes de impressora 3D.

Outras características também importantes como estanqueidade, rugosidade, porosidade, já podem ser ser encontradas nas peças fabricadas por Manufatura Aditiva, atendendo as necessidades do mercado.

Modelo peça com estanqueidade, para passagem de fluido
Modelo peça com estanqueidade, para passagem de fluido

 

Redução do ciclo de desenvolvimento e fabricação

Com a customização em massa e necessidade de otimizar o desenvolvimento de novos produtos, torna-se imprescindível reduzir o tempo de projeto, fabricação e lançamento.

Se avaliarmos um processo de fabricação por injeção, após a etapa de design do produto, ainda é necessária a fabricação de um modelo protótipo para posterior projeto e fabricação do molde, testes, ajustes e, enfim a produção das peças. Com a manufatura aditiva, toda etapa de projeto, fabricação e teste do molde deixa de existir, sendo o produto fabricado após a definição do design e testes com protótipos iniciais.

Ainda sabemos que existe um ponto ótimo para isso. Por exemplo, para 100 mil peças, provavelmente será mais viável continuar produzindo por métodos de fabricação tradicionais como a injeção. Porém, já existem tecnologias de manufatura aditiva que são mais interessantes para fabricação de lotes de até 20 mil peças. Nesse caso, vai depender da demanda do cliente e a aplicação destas peças.

Um gráfico padrão deste tipo de análise e um gráfico com exemplos de tecnologias de Manufatura Aditiva x Injeção são apresentados abaixo.

Comparação Custos x Volume (Injeção e M.A.)
Comparação Custos x Volume (Injeção e M.A.)

 

Custos x Volume produção (Manufatura Aditiva e Injeção)
Custos x Volume produção (Manufatura Aditiva e Injeção)

Criação peças complexas com qualidade final e redução componentes de montagens

Por fim, a liberdade de criação de peças complexas (com as restrições, claro, de cada tecnologia e equipamento) e com design que possam atender melhor os clientes, é um dos grandes pontos a serem explorados. Junto a esta questão, outro ponto importante também é a união de diversos componentes em um único, permitindo assim a redução de componentes para montagem, influenciando no tempo e custo de montagem, manutenção, entre outros.

Já pensou poder unir mais de 10 componentes em apenas 1? Confira na imagem a seguir.

Peças usinadas x Manufatura Aditiva
Peças usinadas x Manufatura Aditiva

 

E para você: Por que a Impressão 3D está cada vez mais sendo utilizada para peças de uso final?

 

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