Como a Ford Motor Company está inovando a impressão 3D para a indústria automotiva:Entrevista de especialista com Harold Sears

Como será o futuro da produção automotiva? A Ford Motor Company pode ter a resposta.

No verão de 2018, a montadora inaugurou seu Centro de Fabricação Avançada em Michigan. A instalação de 135.000 pés quadrados, avaliada em US $ 45 milhões, reúne uma variedade de tecnologias, incluindo robôs colaborativos, VR e AR.

A impressão 3D também será o foco central da instalação. Não é surpreendente, considerando que a Ford foi um dos primeiros campeões da impressão 3D - tendo comprado a terceira impressora 3D já feita em 1988.

Hoje, a empresa agora usa amplamente a impressão 3D como parte de seu desenvolvimento de produto e está explorando maneiras de integrar a tecnologia em suas linhas de produção. O Centro de Fabricação Avançada terá um papel fundamental, já abrigando 23 impressoras 3D industriais.

Com 25 anos de experiência na indústria, Harold Sears é o Líder Técnico de Tecnologias de Fabricação de Aditivos na Ford. Recentemente, conversamos com a Sears para saber mais sobre como a empresa está inovando a impressão 3D para a indústria automotiva.





Com uma carreira tão extensa em manufatura aditiva, como você viu a evolução da indústria e das tecnologias ao longo dos anos?

No início, a manufatura aditiva era vista apenas como uma forma de produzir modelos conceituais que as pessoas pudessem ver. Era tudo.

A partir daí, evoluiu para oferecer materiais mais duráveis ​​onde protótipos funcionais pudessem ser feitos e testados.

Desde então, a tecnologia que era conhecida por muitos anos como prototipagem rápida agora evoluiu para o que chamamos de manufatura aditiva, onde as tecnologias de impressão 3D estão sendo usadas para muito mais do que apenas prototipagem.

Conforme os materiais e processos progrediram e se desenvolveram, a manufatura aditiva está se tornando uma ferramenta para auxiliar nas aplicações de produção e apoiar a produção convencional. Também estamos começando a ver alguns dos primeiros exemplos de peças sendo produzidas para serem colocadas em veículos de consumo, então agora as peças de produção estão saindo desses sistemas AM.

A indústria fez bastante progresso desde seus primeiros dias. Eu diria mesmo que os últimos cinco anos de desenvolvimento tecnológico se aceleraram muito mais do que os primeiros 10 a 15 anos. AM tornou-se muito mais funcional e mais uma parte dos processos diários de engenharia e manufatura.

A Ford Motor Company foi uma das primeiras a adotar a manufatura aditiva. Como a empresa está usando o AM hoje? Qual valor a tecnologia oferece? A manufatura aditiva se estabeleceu definitivamente como um componente chave em nosso ciclo de desenvolvimento de produto, apoiando a produção de peças de protótipo e exercícios de desenvolvimento em torno da engenharia de produto.

Embora ainda estejamos apoiando o desenvolvimento de produtos e prototipagem - produzimos literalmente dezenas de milhares de peças por ano - mais recentemente, temos investigado como a tecnologia pode ser usada para oferecer suporte a ambiente de manufatura.

Estamos entusiasmados em explorar as maneiras pelas quais a impressão 3D pode impactar as operações de manufatura. Nossas atividades se concentram principalmente em duas áreas principais:uma é apoiar os processos de produção atuais com ferramentas, gabaritos e acessórios mais eficientes e, de fato, usar esses processos no espaço de manufatura.

Além disso, estamos empenhados em impulsionar a indústria de impressão 3D a reconhecer muito mais o setor automotivo, desenvolvendo produtos que sejam mais específicos às nossas necessidades.

Em geral, muito do que vemos no mundo dos aditivos hoje é impulsionado pelas indústrias aeroespacial e médica. Suas necessidades são muito diferentes das necessidades automotivas, por isso esperamos liderar a indústria em uma direção que faça mais sentido também para o setor automotivo.

Isso significa exigir mais atualizações de materiais, criar envelopes de fabricação para máquinas que correspondam aos tipos de peças que estamos interessados ​​em fabricar e melhorar muito a velocidade do processo.



Você poderia explicar melhor as necessidades específicas da indústria automotiva?

Um exemplo é ter mais materiais centrados no setor automotivo. Por exemplo, muitos processos de impressão 3D usam materiais curáveis ​​por UV, e a exposição aos raios UV no setor automotivo é uma questão séria a se considerar. É difícil pegar um material que cura sob a luz ultravioleta e colocá-lo em um automóvel, onde será exposto à luz ultravioleta quase constante.

Então existe uma maneira de controlar essa exposição ou desligá-la a partir de um determinado ponto? Em última análise, pelo menos para aplicações automotivas, a capacidade de suportar os rigores da exposição diária aos raios ultravioleta é vital.

As oscilações de temperatura são outra coisa. Os materiais podem ser muito suscetíveis a quebrar quando são continuamente expostos a grandes oscilações de temperatura, o que é muito típico de aplicações automotivas.

Temos um conjunto de materiais que são bastante bem aceitos hoje no espaço automotivo. Então, o que realmente gostaríamos de ver é a indústria começando a adaptar alguns desses materiais. Isso tornaria nossos testes e validação, bem como o uso de nosso aplicativo, muito mais adequados para impressão 3D.

O segundo elemento é o tamanho do envelope de construção dos sistemas.

Qualquer veículo é feito de uma série de pequenos componentes que se encaixam bem nos envelopes de construção das máquinas atuais. Mas também existem muitos componentes maiores que simplesmente não se encaixam bem hoje. Portanto, realmente gostaríamos de ver os fabricantes considerando outros sistemas que têm envelopes de construção maiores.

A parte final é o rendimento ou a velocidade das máquinas.

Nossos volumes de produção são consideravelmente diferentes dos volumes da indústria aeroespacial ou médica. Portanto, temos que olhar para os sistemas que são capazes de produzir peças em minutos ou segundos, em vez de dias e horas. Qualquer coisa que possamos fazer para levar a tecnologia a velocidades de construção mais rápidas é definitivamente o que nos ajudará também.

Você tem alguma ideia sobre quanto tempo levará para abordar essas áreas de preocupação para a indústria automotiva? A que distância estamos, por exemplo, da produção em alto volume de componentes de automóveis?

Se você tivesse perguntado sobre a capacidade de produção de volume das máquinas AM há cinco anos, a resposta pode ter sido várias centenas ou talvez apenas alguns milhares de peças.

Mas se você tiver a mesma conversa com quase qualquer pessoa na indústria hoje, a resposta será muito mais elevada - na casa das dezenas de milhares de peças.

Suspeito que à medida que a tecnologia cresce, dentro de três a cinco anos a resposta estará mais perto de quatrocentos ou quinhentos mil volumes parciais.

Embora eu não possa dar nenhum número específico sobre qualquer coisa em que estamos trabalhando, esses são alguns sentimentos geralmente aceitos na indústria agora, quando se trata do crescimento da tecnologia e capacidade de volume.

Quais têm sido algumas das histórias de sucesso da impressão 3D durante o seu tempo na Ford?

Continuamos a apoiar o desenvolvimento de produtos com protótipos. Isso envolveu a produção de centenas de milhares de peças para ajudar no desenvolvimento de produtos e acelerar o teste e o desenvolvimento.

Quando você olha apenas para aquele espaço, tem havido enormes benefícios para a empresa. Por exemplo, um componente passará por várias iterações na fase de desenvolvimento e engenharia.

Tradicionalmente, um engenheiro teria projetado um componente, enviado esse projeto, ter uma ferramenta feita e peças feitas usando o ferramenta para teste. Com base nesses resultados, o design ou a ferramenta seriam modificados ou uma ferramenta totalmente nova seria feita com um custo muito alto. Este longo processo seria repetido indefinidamente.

Mas hoje é praticamente uma parte do processo de desenvolvimento de produto.

Um engenheiro agora pode enviar vários projetos de um componente para uma loja de impressão 3D de uma só vez. Isso significa que eles podem ser produzidos ao mesmo tempo e entregues ao engenheiro ao mesmo tempo. O engenheiro pode então sair e fazer testes paralelos neles.

Então, no final das contas, o que estamos vendo é um processo iterado muito rapidamente, onde você pode ir de sete projetos para três e para um por meio de um processo muito rápido.

Isso por si só proporciona grande eficiência, tanto pela redução de custos por não ter que fazer várias iterações de uma ferramenta, quanto pela economia de tempo significativa que vemos ao trazer um produto ao mercado.

Então, conforme começamos a aplicar essas tecnologias no ambiente de manufatura, também observamos grande eficiência aqui.

Por exemplo, ajudar as pessoas a fazerem seus trabalhos, fazendo ferramentas que sejam mais ergonomicamente corretas para os operadores. Este é talvez um benefício suave, mas certamente útil se os operadores estiverem mais felizes e à vontade para fazer seu trabalho. Eles também farão um trabalho melhor, o que apenas melhora a qualidade.

Também estamos trabalhando em alguns aplicativos que sugerimos, mas sobre os quais não demos muitos detalhes. Um deles é uma aplicação em nosso ambiente de manufatura que nos dará a capacidade de economizar mais de 2 milhões de dólares.

Portanto, no que diz respeito à integração da AM no ambiente de fabricação, estamos realmente preparando o terreno para sermos capazes de fazer algumas coisas significativas com a tecnologia para ajudar em nossos processos.

Como você vê a evolução da AM nos próximos 5 anos?

Um ano atrás, eu teria dito que a fabricação de aditivos de metal receberia muita atenção, o que ainda é. No entanto, existem alguns avanços tecnológicos significativos ocorrendo no lado dos polímeros ou plásticos também. Acredito que as duas tecnologias crescerão juntas.

Além disso, uma das coisas importantes para a tecnologia é entender o que ela também não pode fazer. Nunca promoverei AM como uma tecnologia definitiva que pode fazer qualquer coisa porque não é.

Portanto, a indústria está reconhecendo o que a manufatura aditiva não pode fazer, bem como o fato de que pode fazer muito mais do que a maioria está usando hoje.

Na Ford, nosso foco é tentar explorar quais são as suas capacidades atuais e colher alguns dos benefícios à medida que crescemos com a tecnologia e ajudamos a direcioná-la para onde queremos vá no futuro.

Que outros fatores devemos ter em mente?

Acho que já conversamos muito sobre impressão aditiva e 3D no que diz respeito à tecnologia e às máquinas. Mas há dois fatores adicionais para isso:software e treinamento.

Para que todas essas peças se encaixem, empresas como a Ford e outras estarão concentrando esforços no treinamento de funcionários para usar metodologias de Design for Additive Manufacturing (DfAM) - uma maneira diferente de pensar sobre sua abordagem para design.

Em geral, somos treinados em escolas de engenharia para pensar em projetos que podem ser feitos com processos convencionais. O DfAM vai pedir às pessoas que comecem a pensar de forma diferente sobre o que fazem e como abordam seus projetos.

O software será uma grande parte disso. Ferramentas como software de otimização de topologia têm sido tradicionalmente muito difíceis de usar, então a questão é como elas irão evoluir para se tornarem produtos mais simples de usar no futuro.

O software de design generativo está recebendo muita atenção no indústria agora também. Mas como podemos tirar proveito da capacidade do software de projeto generativo para, senão outra coisa, pelo menos gerar um conceito inicial que um engenheiro pode começar a torná-lo uma realidade? Essas e outras questões precisarão ser abordadas no futuro.

Então, quando você olha para o treinamento, o software e a evolução do hardware, esses três fatores precisam estar intimamente ligados para colher todos os benefícios dessas tecnologias.

A Ford abriu recentemente seu Centro de Fabricação Avançada. Você poderia nos dar uma visão sobre a visão por trás das instalações e o que a Ford espera alcançar?

No que diz respeito à parte aditiva da instalação, estamos nos concentrando em muitas das coisas que mencionei. É realmente sobre empurrar a tecnologia, sobre se envolver com fornecedores e fornecedores - e levá-los nesta jornada conosco.

Por exemplo, recentemente tivemos alguns de nossos fornecedores de nível 1 e discutimos para onde estamos indo com a tecnologia e o que planejamos fazer.

Portanto, a instalação é um lugar onde podemos reunir muitas dessas interações:podemos trabalhar com fornecedores de impressão 3D em novos processos, equipamentos e materiais.

Temos um espaço de piso flexível para que possamos trazer uma máquina em regime de consignação por 6 meses ou um ano. Podemos configurá-lo e executá-lo e fornecer feedback direto sobre o uso da tecnologia pelo aplicativo. Podemos fazer isso para apoiar o desenvolvimento de materiais, desenvolvimento de processos ou até mesmo uma tecnologia totalmente nova.

E ao mesmo tempo, nós realmente abrimos isso para ser um espaço colaborativo. Se temos um fornecedor que precisamos envolver nessas tecnologias e ele ainda não está lá, estamos dispostos a trazê-lo para este espaço e dizer:“Aqui estão as máquinas, vamos em frente e começar a construir peças que são mais aplicáveis ​​ao seu negócio e o que precisamos que você faça com a tecnologia. ”

O que vem por aí para a Ford em 2019?

Fizemos um investimento significativo nesta instalação e você verá que começaremos a tirar proveito desse investimento.

Você verá mais anúncios no futuro sobre produtos que serão impressos em 3D para veículos de produção e mais anúncios sobre aplicações, como estamos usando isso no espaço de manufatura para melhorar nossa eficiência, ajudam a acelerar nossos ciclos de desenvolvimento de produtos, melhorar a qualidade e introduzir novos produtos.

A manufatura aditiva vai continuar a ser cada vez mais arraigada na parte diária do que fazemos como uma empresa. Em vez de ser uma exceção à norma, será muito mais aceito da forma como é feito.