O poder do pó
Um olhar sobre o fabrico aditivo
Susie Henaghan
Desde os primórdios da Idade do Bronze, os fabricantes têm procurado tecnologias de ponta que reduzam significativamente os custos, o tempo de produção e os recursos.
Melhor, mais rápido, mais barato.
Os métodos tradicionais, embora experimentados e verdadeiros, têm sido dispendiosos e complexos. Com a introdução da impressão 3D, o fabrico aditivo tem vindo a moldar o futuro do nosso mundo - muito literalmente!
Mas o que é o fabrico aditivo? E como é que o pode ajudar?
Junte-se a nós para examinarmos as várias camadas do fabrico de aditivos:
O fabrico aditivo, mais conhecido como impressão 3D, é um processo que cria um objeto físico a partir de um desenho criado digitalmente. O design assistido por computador (ou software CAD) mapeia um produto e documenta todo o processo de design. O CAD facilita o processo de fabrico ao transferir diagramas detalhados dos materiais, processos, tolerâncias e dimensões de um produto com convenções específicas para o produto em questão.
O desenho 3D é então "cortado" digitalmente em camadas superfinas, uma vez que o produto será formado camada a camada, e depois carregado para uma máquina de fabrico aditivo.
O fabrico começa com uma fina camada de pó espalhada uniformemente pela plataforma de desenho. Em seguida, uma fonte de calor, como um laser ou um feixe de electrões, derrete a primeira camada. A plataforma é então baixada enquanto outra camada de pó é distribuída uniformemente, enquanto o processo se repete novamente seguindo o desenho mapeado. Cada camada sucessiva liga-se à camada anterior de material fundido ou parcialmente fundido.
O pó em excesso é então removido e será utilizado novamente noutro processo (reduzindo assim o desperdício) e o objeto recém-criado é revelado.
O fabrico aditivo permite-lhe produzir peças mais leves, mais resistentes e mais duradouras do que as peças fabricadas tradicionalmente, reduzindo simultaneamente o tempo de construção. Isto também deu origem a uma microestrutura e a um comportamento mecânico únicos, que não eram possíveis de obter com o fabrico tradicional. Além disso, o fabrico aditivo acrescenta características precisas e geometrias complexas que, aparentemente, não estavam disponíveis no fabrico tradicional. A passagem de um ficheiro de desenho para um desenho funcional está a revolucionar o fabrico.
As vantagens do fabrico aditivo (AM) são tão multifacetadas como os designs que pode criar. Desde a redução de custos até à personalização do design, analisámos algumas das fantásticas vantagens que este tipo de fabrico traz para a mesa:
Uma das principais vantagens oferecidas é a capacidade de obter geometrias complexas e pequenas características orgânicas que têm sido extremamente difíceis ou impossíveis de produzir com abordagens de fabrico tradicionais. Por exemplo, a GE Aviation deparou-se com um problema na produção da ponta da boquilha de combustível. A geometria interior era demasiado complexa e era composta por 20 peças individuais fabricadas por métodos tradicionais, que eram depois soldadas e soldadas entre si. Ao mudar para o fabrico aditivo, a GE conseguiu produzir a ponta da tubeira de combustível como uma peça completa e única numa fração do tempo e sem os resíduos gerados por peças individuais sub-montadas.
Os benefícios ultrapassaram largamente o facto de ser agora uma peça sólida, uma vez que o design mais simples pesava menos 25% do que o bocal original e era cinco vezes mais durável. Também melhorou a queima de combustível em 20% e obteve 10% mais potência. Na aviação, a complexidade do design significava despesas acrescidas - mas agora o fabrico aditivo reduz os custos e aumenta a eficiência e oferece uma liberdade de design que os designers nunca tinham experimentado antes.
Bocal da ponta de combustível da GE criado com fabrico aditivo
Com o fabrico tradicional, várias peças são concebidas separadamente, fabricadas e depois transferidas para serem montadas numa multiplicidade de processos morosos que demoram semanas a meses a concluir. O processo simplificado de fabrico de aditivos permite um processo mais rápido, diminuindo assim os prazos de entrega anteriormente esmagadores.
Teoricamente, um produto pode ser concebido, impresso e testado no mesmo dia, o que elimina várias fases do que costumava ser um longo processo de desenvolvimento de produtos. A rapidez ajuda os designers a imprimir vários protótipos, o que permite uma verificação rápida antes de se comprometerem com uma produção em grande escala. Além disso, podem ser criados vários produtos simultaneamente num único lote de impressão, em comparação com a abordagem de fabrico tradicional de um de cada vez.
O fabrico tradicional é um método subtrativo de produção - o corte até à produção do produto final conduz a uma quantidade considerável de resíduos. Embora possa ser reciclado, este processo requer mão de obra em excesso e torna-se moroso, uma vez que são necessários muitos processos para que o metal volte a estar em condições de funcionar. O fabrico aditivo é assim designado porque acrescenta material à peça em vez de o cortar. Com o fabrico aditivo, qualquer excesso de pó metálico é depois recolhido em contentores de excesso para reutilização no ciclo de produção seguinte, pelo que há pouco ou nenhum desperdício.
Além disso, os fumos químicos e tóxicos que são criados durante o fabrico tradicional são praticamente eliminados com a impressão 3D. Embora as máquinas de AM tenham um elevado consumo de energia, este não é tão elevado como o da moldagem por injeção tradicional. O fabrico aditivo também está a ajudar a reduzir a sua pegada de carbono, especialmente no sector aeroespacial.
Lembra-se do bocal de combustível de que falámos que reduziu o seu peso em 25%? Quanto mais material leve for utilizado na construção de aviões, menos emissões de carbono serão emitidas. Cada 5,5 lbs de peso num avião equivale a 1 tonelada de emissões de carbono por ano.
São estas pequenas mudanças que farão uma grande diferença a longo prazo!
Embora o fabrico tradicional seja um importante ponto crucial da indústria, é fácil perceber porque é que o fabrico aditivo está a conceber um futuro eficiente e eficaz.
