Manufaturação industrial
Internet das coisas industrial | Materiais industriais | Manutenção e reparo de equipamentos | Programação industrial |
home  MfgRobots >> Manufaturação industrial >  >> Manufacturing Technology >> impressao 3D

Fabricação de aditivos em uma fábrica inteligente:5 chaves para o sucesso


[Crédito da imagem:Sistemas 3D]

A evolução das tecnologias digitais mudou fundamentalmente a maneira como as fábricas operam. As instalações estão se tornando cada vez mais interconectadas, abrindo caminho para as fábricas do futuro, também conhecidas como fábricas inteligentes.

Hoje, mais de um terço das fábricas foram transformadas em instalações inteligentes e as empresas planejam estabelecer mais 40% nos próximos cinco anos.

Uma das principais tecnologias que facilitam a mudança para fábricas inteligentes é a Manufatura Aditiva (AM), um método de manufatura digital essencial.

No entanto, integrar AM em uma fábrica inteligente apresenta uma série de desafios. Além da falta de conectividade e rastreabilidade, as empresas enfrentam dificuldades quando se trata de estabelecer um fluxo de trabalho de AM automatizado e seguro baseado em princípios de sustentabilidade.

Sem considerar esses fatores desde o início, os fabricantes que desejam fazer da AM uma parte de suas fábricas inteligentes terão dificuldade em escalar o uso da tecnologia à medida que suas operações crescem.

Abaixo, damos um mergulho profundo nos cinco requisitos essenciais para integrar AM em uma fábrica inteligente e compartilhamos dicas, soluções e abordagens que o apoiarão em sua jornada para a manufatura inteligente.

Como o AM se encaixa em uma fábrica inteligente?


Para colher os benefícios das fábricas inteligentes, quase 70 por cento dos fabricantes embarcaram em uma jornada de transformação digital, de acordo com o relatório da Capgemini.

Contra esse pano de fundo de digitalização, AM está se tornando rapidamente uma tecnologia de manufatura digital chave.

Com AM, ou impressão 3D, o processo de fabricação de uma peça é controlado por software, tornando-o um processo altamente digitalizado. Trata-se de criar um modelo 3D em CAD e, em seguida, convertê-lo em camadas bidimensionais que são aplicadas, uma após a outra, durante a impressão. Ao contrário dos processos convencionais que dependem de moldes ou ferramentas de corte, a única ferramenta necessária no AM é uma impressora 3D.

Apesar dos muitos benefícios do AM, muitas organizações ainda lutam para aproveitar ao máximo a manufatura aditiva como uma solução de fábrica inteligente. A razão para isso geralmente está na falta de conectividade, automação e segurança, entre outras coisas, necessárias para dimensionar AM em uma fábrica inteligente.

5 chaves para integrar com sucesso o AM em uma fábrica inteligente



Identificamos 5 requisitos essenciais para AM, à medida que amadurece para se tornar parte do ecossistema de manufatura inteligente.

1. Conectividade e gerenciamento de dados


Na manufatura aditiva, os dados são gerados continuamente, em todas as fases da produção. Isso inclui dados de hardware e materiais, a dados de diferentes sistemas de software (ERP, PLM).

Para poder usar esses dados para insights e melhorias operacionais, é crucial garantir que nenhum equipamento ou bit de dados fique isolado.

A Internet das Coisas Industrial (IIoT) é a tecnologia-chave que permite maior conectividade e recursos de coleta de dados, por meio do uso de sensores, transmissores, software e rede.

A IIoT oferece a capacidade de remover os silos entre a tecnologia operacional (máquinas AM e outros equipamentos) e a tecnologia da informação (software e redes) para garantir uma transferência contínua de dados em tempo real.

Embora a nova geração de impressoras 3D venha equipada com recursos IIoT, os fabricantes ainda estão lutando para coletar e analisar os dados fornecidos pela IIoT. Um dos principais desafios do uso de dados AM são sistemas desconectados e processos manuais, que não permitem acesso em tempo real aos dados.

Uma forma de obter melhor conectividade e acesso aos dados é por meio do uso de software especializado que pode conectar suas máquinas e sistemas de software, como ERP, PLM, em um único sistema.

O estabelecimento de tal sistema é possível por meio do software Manufacturing Execution System (MES), que funciona como uma plataforma centralizada conectando os processos AM.

A conectividade, habilitada pelo software MES, coloca os dados ao seu alcance, permitindo que você estabeleça um fluxo contínuo em tempo real de dados AM relevantes que oferecem suporte a rastreabilidade total e tomada de decisões ágil.

Por exemplo, o software MES para AM pode fornecer recursos de painel para rastrear e documentar KPIs relacionados à Eficiência geral do equipamento (OEE), como uso da máquina, produção e tempo de reparo.

Isso, por sua vez, permite a otimização do planejamento de produção de AM, que fundamenta o uso avançado de AM em sua fábrica digital.

Leia também:AMFG colabora com a HP para gerar conectividade de sistema para AM

2. Automação


Um dos maiores fatores limitantes para AM hoje é o custo do trabalho humano para tarefas repetitivas. É por isso que a chave para trazer AM aos andares das fábricas inteligentes está na automação de ponta a ponta.

Alcançada por meio de uma combinação de hardware e software, bem como robótica, sensores e redes, a automação garante processos mais simplificados como parte de um ciclo de produção digital de ponta a ponta.

A automação AM abrange todos os níveis do fluxo de trabalho AM, do design à produção, ao manuseio de peças e pós-processamento.

Na fase de design, existem atualmente soluções que ajudam a automatizar algumas partes do processo de design, como a geração de suporte.

Além disso, as ferramentas de projeto, como a otimização da topologia, estão evoluindo para ajudar a gerar e validar os melhores projetos de AM para uma determinada aplicação e requisitos de engenharia.

Na fase de produção, existe a oportunidade de agilizar o planejamento e gestão da produção com a ajuda do software MES. O software substitui processos de mão-de-obra intensiva, como manuseio manual de pedidos e gerenciamento de projetos, por meio do uso de uma única plataforma digital.

Além disso, o hardware de impressão 3D está se tornando mais automatizado com o uso de sensores, permitindo o monitoramento completo do processo. Um exemplo de como as empresas podem se beneficiar com um hardware mais inteligente é a manutenção remota, que, em caso de falha, permite que as empresas encontrem uma solução mais rápida para garantir um alto OEE.

Entre todos os estágios do fluxo de trabalho de AM, o pós-processamento de AM é há muito tempo o menos automatizado. Isso está mudando agora, com a introdução de sistemas de pós-processamento voltados para limpeza automatizada, despoluição, remoção de suporte e tingimento de peças impressas em 3D.

Robôs e veículos guiados automatizados também desempenham um papel crescente na automação do processo AM, agilizando o manuseio de peças e as operações de carregamento / upload.

3. Rastreabilidade


A rastreabilidade é atualmente uma das principais preocupações das empresas que adotam AM para produção.

Na fabricação, rastreabilidade significa a capacidade de rastrear todas as peças e produtos ao longo do processo de fabricação, desde o momento em que as matérias-primas entram na fábrica até o momento em que os produtos finais são enviados.

A importância da rastreabilidade vai além de possíveis recalls de produtos - também é uma questão de melhorar a visibilidade ao longo do processo de produção e permitir que você acompanhe os dados-chave e otimize seus processos.

A demanda por rastreabilidade ao longo do processo de produção AM é impulsionada por vários fatores, incluindo:
  • a necessidade de processos de qualidade adequados
  • a necessidade de relatórios de dados de produção precisos
  • requisitos do cliente


Com os regulamentos, relatórios e requisitos de controle de qualidade entrando em ação, a atual falta de rastreabilidade em todo o ecossistema e cadeia de suprimentos de AM deve ser resolvida se a AM for integrada a uma fábrica inteligente.

Um desafio para isso é a capacidade de rastrear o material reutilizado. Por exemplo, na tecnologia de metal Powder Bed Fusion, após a conclusão do processo de impressão, alguma quantidade de pó metálico permanece não derretida e pode ser peneirada e então misturada com um novo pó em uma proporção especificada.

O processo de reutilização de material deve ser rastreável, para que os usuários finais possam ter certeza de que estão usando materiais de alta qualidade para construir peças críticas.

Diversas soluções de software estão disponíveis atualmente para rastrear a origem do pó, o número de vezes que ele foi reciclado e em quais compilações foi usado.

Além disso, a rastreabilidade do lote é essencial para garantir que as peças de cada lote atendam a todos os padrões de segurança ou qualidade.

Se uma peça falhar, por exemplo, a causa raiz precisará ser identificada. Ter um sistema que permite aos operadores rastrear a causa de uma falha de peça é um exemplo fundamental de rastreabilidade no trabalho. Sem os dados corretos em mãos, é impossível atingir esse nível de rastreabilidade.

Um exemplo de sistema que as empresas de AM adotam para obter rastreabilidade é o MES. A rastreabilidade ponta a ponta, habilitada pelo software MES, pode estabelecer processos de gerenciamento de qualidade mais eficazes por meio de análises de dados e ferramentas de inteligência de negócios.

Ser capaz de rastrear exatamente o que aconteceu com seus arquivos e peças 3D e quando, ao longo do ciclo de vida do produto, adiciona um novo nível de qualidade de processo para AM, já que as empresas podem facilmente revisar dados importantes e otimizar processos quando surgem erros ou falhas.

Estabelecer operações de AM rastreáveis ​​é o primeiro passo para usar a tecnologia para produção, pois ajuda a garantir transparência e responsabilidade em toda a cadeia de abastecimento e a provar que os produtos atendem a determinados padrões e às regulamentações do setor.

Leia também:5 maneiras de aumentar a visibilidade da produção em tempo real em suas operações de AM

4. Sustentabilidade


Em uma fábrica inteligente, o modelo de produção linear tradicional "pegar, fazer e descartar" não é mais viável. Manufatura inteligente significa manufatura sustentável, onde as empresas buscam uma economia circular que preserva e reutiliza recursos, de matéria-prima a consumíveis gastos.

Graças à sua capacidade de produzir designs mais eficientes que requerem menos material para a produção, AM é frequentemente vista como uma tecnologia sustentável.

Apesar desses benefícios, ainda há espaço para melhorias. Para usar AM de forma sustentável em uma fábrica inteligente, é importante considerar os princípios-chave de sustentabilidade:
  • Uso de energia
  • Reutilização de material
  • Gerenciamento de resíduos


Reduzindo o uso de energia


Do ponto de vista da sustentabilidade, as taxas de consumo de energia estão diretamente relacionadas às considerações ambientais, como as emissões de CO2.

A manufatura aditiva, principalmente com metais, não é de forma alguma uma tecnologia de baixo consumo de energia.

Tornar o AM parte de sua manufatura inteligente exigirá que você encontre maneiras de compensar uma alta taxa de consumo de energia.

Uma maneira de fazer isso é escolhendo o aplicativo adequado para a tecnologia e otimizando seu design tanto quanto possível. Projetos otimizados são mais baratos e rápidos de produzir. Além disso, projetos melhores beneficiam o sistema, onde será utilizada a parte fabricada aditivamente (por exemplo, um carro ou um avião), tornando-o mais eficiente em termos energéticos.

Manter os materiais em uso o maior tempo possível

Outro fator de sustentabilidade importante a ser considerado é a reciclabilidade e reutilização de materiais AM.

Embora os polímeros usados ​​no AM possam, na maioria dos casos, ser facilmente reciclados, a maior preocupação para o uso sustentável dos materiais vem do metal AM.

Ao adotar tecnologias de metal AM que usam metais em pó, é fundamental estabelecer um processo para reciclagem e reutilização adequadas de pós de metal. Isso, por exemplo, inclui a criação de um regime rigoroso para misturar os pós usados ​​e não usados ​​para garantir a rastreabilidade do material.

Além da reutilização de pó AM, a indústria está desenvolvendo abordagens para reciclar material de sucata em um pó adequado para manufatura aditiva.

Por exemplo, 6K, anteriormente Amastan Technologies, está contribuindo para uma economia totalmente circular com seu processo UniMelt. Ele usa um método proprietário de trituração mecânica de sucata de usinagem, como aparas e limalhas, bem como suportes AM e peças rejeitadas, em partículas finas. Estes são então alimentados por um sistema de plasma para produzir pós de alta qualidade.

Gerenciamento de resíduos

A realidade do AM é que ele não é inerentemente inútil. Existem duas fontes principais de desperdício, uma sendo desperdício de pós-processamento e a outra - impressões malsucedidas.

Na maioria dos casos, esses fluxos de resíduos podem ser bastante minimizados, levando-os em consideração nos estágios de projeto e preparação da construção.

Por exemplo, os engenheiros podem otimizar as estruturas de suporte para que haja menos material da estrutura de suporte a ser removido após a conclusão da impressão.

As falhas de impressão podem ser evitadas com a ajuda de um software de simulação, que dá uma ideia de como uma peça se comportará durante o processo de impressão. Com a simulação, está se tornando mais fácil prever problemas de impressão que levariam a uma impressão malsucedida e compensá-los no estágio de design.

Em última análise, com a abordagem certa, a possibilidade de estabelecer um processo de fabricação de aditivos quase sem desperdício está ao nosso alcance.

5. Segurança ponta a ponta


À medida que a indústria se move para capturar o valor comercial que vem com a manufatura inteligente, a necessidade de abordar os problemas de segurança cibernética nunca foi tão grande.

Sem integridade, confidencialidade e gerenciamento de direitos de dados de AM em vigor, as empresas não serão capazes de dimensionar AM em uma fábrica inteligente.

Apoiando isso, está o fato de que mais de um terço dos fabricantes relutam em investir em tecnologias digitais devido aos riscos de segurança.

As preocupações em torno da segurança das tecnologias digitais, como AM, são bem fundamentadas. Os arquivos digitais contêm dados relacionados às especificações do produto e como uma peça deve ser produzida.

O acesso não autorizado a tais dados pode ter sérias implicações para as empresas, como roubo ou adulteração de dados, representando uma ameaça importante à integridade da propriedade intelectual de uma empresa.

Com a manufatura tradicional, o roubo de um item normalmente não se traduz em uma perda considerável de receita. Com AM, as consequências podem ser muito mais graves.

Uma vez que um arquivo de projeto é comprometido, uma pessoa não autorizada pode ter acesso aos recursos de projeto proprietários de uma peça, dando-lhe o projeto para reproduzir um objeto com a frequência que quiser, desde que tenha o equipamento certo.

Como consequência, a transmissão digital segura de dados AM, dentro de uma fábrica inteligente e para parceiros externos, torna-se crítica para garantir que a integridade dos dados seja mantida.

Dicas para proteger AM em um ambiente de fábrica inteligente


Há várias coisas em que você precisa se concentrar para proteger os dados de AM em sua fábrica inteligente.

Eduque seu pessoal

Em primeiro lugar, você precisa reconhecer que os usuários podem ser sua maior ameaça. A equipe pode cometer erros que colocam em risco os dados ou sistemas da sua empresa, geralmente porque não têm o treinamento necessário para ensiná-los a proteger o negócio para o qual trabalham.

É por isso que deve se tornar sua principal prioridade educar sua equipe e motivá-los a prestar atenção a ameaças cibernéticas e contramedidas.

Gerenciar o acesso aos seus dados

Em segundo lugar, você precisa se concentrar em como você gerencia o acesso aos dados, bem como seguir as práticas de criptografia e autenticação forte.

Várias empresas estão desenvolvendo soluções de segurança para AM, permitindo que você criptografe arquivos de design, para que apenas usuários autorizados tenham acesso aos dados incluídos.

Mudar para formatos de arquivo seguros

Outra consideração é adotar formatos de arquivo padronizados que suportem transferência segura de dados e interoperabilidade.

Embora a indústria de AM continue a depender de um formato de arquivo .stl antiquado, houve movimentos para substituí-lo por um formato de arquivo mais eficiente, chamado .3mf. Comparado com .stl, o novo formato de arquivo foi projetado com recursos de proteção de dados em mente que evita o uso comercial indevido de dados ou corrupção de dados.

Invista em hardware AM com recursos de segurança em mente

Além disso, como a conectividade da impressora 3D está aumentando, você precisa tornar a segurança um requisito durante o processo de aquisição. Como o seu equipamento AM o servirá por muitos anos, os recursos de segurança precisam ser integrados ao design do equipamento, para facilitar a manutenção e a proteção em uma rede de fábrica altamente conectada.

Embora existam muitas possibilidades para proteger o AM, o ponto principal é que não há uma solução única para resolver todos os problemas. Em vez disso, será necessária uma variedade de tecnologias para proteger adequadamente o AM de nível de produção durante todo o ciclo de vida.

Escalonando AM em uma fábrica inteligente com as ferramentas certas



A COVID-19 mostrou ao mundo que as cadeias de abastecimento tradicionais e os ecossistemas de manufatura devem se tornar mais adaptáveis ​​e ágeis para acompanhar as mudanças e desafios trazidos pela crise atual.

Uma solução está em adotar tecnologias digitais, como AM, como parte de um impulso para a manufatura inteligente.

Embora muitas empresas adotem AM, elas precisarão usar as ferramentas e processos certos para configurar um fluxo de trabalho rastreável, automatizado, seguro e sustentável.

Uma grande parte desses requisitos pode ser alcançada com a ajuda do MES, projetado para as necessidades exclusivas da tecnologia AM.

O software Additive MES permite que os fabricantes vinculem o planejamento, a programação e a implementação da produção em um segmento digital que usa dados para obter maior visibilidade e estabelecer processos de melhores práticas em toda a organização.

Somente com um objetivo estratégico e as ferramentas e tecnologias certas no local, os fabricantes podem estabelecer as bases para o sucesso de AM de longo prazo em sua fábrica do futuro.

impressao 3D

  1. Manufatura Aditiva vs Manufatura Subtrativa
  2. Rockwell Smart Factory Technology enfrenta escassez de habilidades
  3. As empresas adotam ecossistemas para o sucesso da manufatura inteligente
  4. A fábrica ‘inteligente’ pode reviver a produtividade da fabricação nos EUA?
  5. Desafios de fabricação orientada por dados
  6. A fábrica digital:a fabricação inteligente impulsiona a indústria 4.0
  7. A importância da IIoT em uma fábrica inteligente
  8. Autodesk Smart Manufacturing
  9. O que é Manufatura Inteligente?
  10. Manufatura Aditiva em Eletrônicos