Impressão 3D na Manufatura: Visualizando um Novo Modo de Produção

Com o advento das impressoras 3D de consumo a preços mais baixos, essa tecnologia - que existe desde os anos 80 - fez recentemente estreia no escritório em casa.

Mas as impressoras 3D não estão apenas causando impacto no nível do consumidor. Em vez disso, eles estão mudando lentamente a maneira como os fabricantes pensam sobre design, prototipagem e até mesmo produção.

À medida que a tecnologia continua melhorando, as impressoras 3D podem produzir mais e mais peças com maior retorno sobre o investimento (ROI) do que as técnicas convencionais de fabricação. . Poderíamos estar olhando para um novo modo de produção no horizonte?

A indústria de impressão 3D hoje

A impressão 3D cresceu e se tornou uma indústria de US $ 6.063 bilhões e possui uma pegada em um amplo leque de indústrias. Em 2016, a indústria de "manufatura aditiva", como é conhecida, cresceu 17,4% em receita mundial. No ano passado, quase 500 mil impressoras foram vendidas, mas nada comparado aos 6,7 milhões estimados em 2020.

Empresas como Formlabs e Stratasys estão experimentando maneiras de ampliar a produção de impressão 3D para torná-la mais competitiva com os métodos convencionais de fabricação. em termos de ROI. À medida que os recursos de volume de produção dessas impressoras aumentam e os processos são automatizados - um componente essencial de todas as facetas da fabricação atual - o custo total de produção é reduzido drasticamente. O resultado é um produto mais econômico que é criado mais rapidamente e com menos intervenção humana.

"A indústria de impressão 3D provou ter implicações significativas para setores como automotivo, de máquinas, de aviação e muito mais, e As aplicações continuarão a crescer, já que essas indústrias mostram a eficiência e a eficácia da tecnologia na produção ", disse John Kawola, presidente da Ultimaker North America, ao Mobby Business. "Mas a impressão 3D é parte de algo maior: a realização da próxima revolução de fabricação - Indústria 4.0".

A Indústria 4.0, também chamada de Manufacturing 4.0, refere-se ao nexo de tecnologia no espaço industrial moderno. A visão geralmente inclui a internet das coisas (IoT), aprendizado de máquina, realidade mista e robótica, e a impressão 3D é parte integrante dessa visão.

O papel da impressão 3D no processo de fabricação

impressão 3D já é reproduzida vários papéis no processo de fabricação, e está pronto para obter mais ganhos à medida que é refinado e aperfeiçoado. Atualmente, o design e a prototipagem rápida são dois dos principais processos que se beneficiam das impressões 3D. As impressoras 3D também são úteis em produção de baixo volume, como quando pequenas quantidades de produto são necessárias para testar o mercado ou anunciar em feiras. E com o passar do tempo, os recursos de produção das impressoras 3D continuam a aumentar.

Em todas as facetas da fabricação, as impressoras 3D podem reduzir o tempo e o custo necessários para obter um produto viável. É por isso que Jack Beuth, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Carnegie Mellon University e codiretor do NextManufacturing Center, acredita que a impressão 3D deve ser considerada uma tecnologia totalmente nova no nível da computação pessoal ou dos smartphones.

"As empresas estão agora tentando explorar a tecnologia para se tornarem mais lucrativas, e como elas envolvem inovações que são muito mais do que apenas substitutos para a manufatura tradicional", disse Beuth. "Com a manufatura aditiva, estamos falando de computação pessoal em 1983."

Design

Como as impressoras 3D são uma tecnologia mais flexível, as equipes de projeto podem experimentar estruturas mais fortes ou mais interessantes e criar formas geométricas complexas que os métodos anteriores eram incapazes de realizar.

"As metas de design que encorajamos os clientes a pensarem para realmente desvendar o valor da impressão 3D são leves, criando estruturas do tipo treliçada para reduzir o material usado; combinando montagens, reduzindo as etapas de trabalho e montagem e os possíveis pontos de falha; ea custos reduzidos também, como reduzir a garantia de qualidade e gerenciar estoques ", disse Greg Thompson, gerente de produto global para impressão 3D na Proto Labs.

Proto Labs permite que engenheiros façam upload de seus próprios arquivos CAD digitais e a empresa gira em torno de protótipos -volume corre do produto em 15 dias ou menos.

"Uma vez que temos o arquivo, nosso software incorpora ferramentas de visualização e fornece um design para análise de manufaturabilidade", disse Thompson. "Então tudo isso é empurrado para nossa fábrica, bem como de volta para o cliente com uma cotação."

Dependendo da natureza do produto, a Proto Labs suporta impressão 3D, moldagem por injeção e fabricação CNC. Seu processo permite que o cliente se envolva com a criação de seu design do início ao fim. Se algo precisar ser ajustado, desde o tempo de produção até a quantidade de materiais usados ​​para o projeto, o cliente poderá responder antes da produção.

"Esse segmento digital é crítico, porque se tivéssemos ilhas diferentes em etapas diferentes "Não conseguimos entregar os prazos de entrega", disse Thompson.

Protótipos

As impressoras 3D também reduziram bastante o tempo necessário para criar um protótipo funcional de um produto. A criação de protótipos mais barata e rápida acelera o desenvolvimento de produtos, reduzindo custos e acelerando o tempo total de comercialização.

"A impressão 3D é amplamente utilizada para prototipagem no desenvolvimento de produtos para acelerar os ciclos de projeto e permitir que os projetistas explorem com eficiência várias opções ", disse o Dr. Paul Benning, pesquisador da HP e chefe de tecnologia 3D da HP Inc." Normalmente, esses projetos foram fabricados em processos analógicos como moldagem por injeção, mas no futuro, as peças serão fabricadas usando impressão 3D. "

Usando a impressão 3D, várias iterações de vários designs podem ser facilmente criadas para testar e coletar feedback, permitindo que as empresas determinem desde o início qual é o melhor modelo. No passado, esse tipo de prática seria dispendiosa e provavelmente insustentável, mesmo para as empresas mais lucrativas. Hoje, ele está ao alcance de quase todos.

"Nos últimos 25 anos, o paradigma para o desenvolvimento avançado de produtos foi fazer simulação extensiva e projetar iterações antes de criar os primeiros protótipos funcionais a serem testados", disse Beuth. "Agora isso está mudando; quando você tiver um design viável, poderá imprimir um protótipo e testá-lo a um custo mínimo. Isso reduzirá substancialmente o tempo de desenvolvimento do produto."

Produção de baixo volume

Enquanto as impressoras 3D atualmente superam as convencionais métodos para os primeiros milhares de peças produzidas, esse número está aumentando continuamente, pintando a imagem de um futuro de manufatura impressa em 3D.

"No futuro, é possível que toda a produção de peças de curto prazo use impressão 3D", Benning disse. "Equipes de produtos focados [poderão] lançar novos produtos semanalmente ou diariamente - apenas limitados pelo seu tempo e imaginação, não mais limitados pelos ativos de capital necessários para a produção analógica. Esse processo de desenvolvimento ágil para partes físicas, habilitado por A impressão 3D tem o potencial de melhorar e acelerar radicalmente os produtos que veremos e usaremos em um futuro não muito distante. "

O Dagoma 3D está trabalhando para tornar isso uma realidade. O aumento da produção de suas impressoras 3D, que são parcialmente impressas em 3D, permitiu a produção de 50 a 70 impressoras por dia. A empresa agora possui três instalações - duas na França e uma nos EUA - com uma frota de cerca de 850 impressoras 3D no total. Este ano, a empresa espera enviar 15 mil impressoras.

"A impressão 3D de nossas impressoras é ... mais rápida e ... mais barata para o cliente", disse Matt Regnier, CEO da Dagoma 3D. "A impressão 3D nos ajuda a crescer mais rápido e nos ajuda a reduzir o custo e reduzir o preço."

Um futuro de produção em massa?

Com o passar do tempo, o número de peças que as impressoras 3D podem assumir enquanto apresentam um ROI maior do que os métodos convencionais, como a moldagem por injeção continua a crescer, disse Regnier. Além disso, uma linha de produção baseada na tecnologia de impressão 3D é mais fácil de ajustar

"Acho que uma das principais vantagens ... é poder ajustar e adaptar toda a linha de produção com a velocidade das linhas de produção de impressão 3D". Regnier disse. "Por exemplo, se quisermos melhorar algo em nossa máquina, é fácil y - a apenas um clique de distância. Para outra tecnologia como injeção, ela não está a um clique de distância, é daqui a dois ou três meses. Teria que trocar os moldes, enviá-los, certificar-se de que está pronto e funcionando e depois começar a produzir. "

Segundo Thompson, é improvável que a impressão 3D suplantará a manufatura tradicional, mas para projetos que fazem sentido, parece inevitável as capacidades da impressão 3D continuarão a crescer em termos de volume.

"A indústria de impressão 3D está lidando com a eficiência da máquina e reduzindo o custo dos materiais", disse Thompson. "Como a indústria continua a enfrentar esses desafios, veremos mais projetos que fazem sentido para a impressão 3D em maiores quantidades, mas acho que será uma evolução em direção a isso."

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