Repensando a consolidação de peças com manufatura aditiva

Os conjuntos mecânicos são comuns tanto em produtos de consumo quanto em produtos industriais. Mesmo produtos relativamente baratos podem ter dezenas de componentes individuais e, em máquinas complexas, podem facilmente haver centenas ou milhares de componentes. A manufatura aditiva (AM) permite altos níveis de consolidação de peças, às vezes até mesmo eliminando a necessidade de montagem.

Os benefícios da manufatura aditiva para consolidação de peças

A AM é capaz de produzir geometrias complexas que não podem ser fabricadas usando métodos tradicionais de fabricação. Uma montagem mecânica que normalmente teria muitas peças fabricadas como componentes separados e depois reunidas pode ser fabricada aditivamente como uma única unidade, mesmo que a geometria seja muito complexa. Além da simplificação do projeto, há outros benefícios tangíveis no uso da AM para consolidação de peças:

Custos gerais de projeção mais baixos

O melhor e mais óbvio benefício de consolidar suas peças com AM é que precisar de menos peças para montar significa que você está gastando menos dinheiro em custos de montagem. Tirar a montagem da equação também significa que você reduzirá possíveis fatores de direcionamento de custos, como controle de qualidade ou gerenciamento de estoque. Ao usar a manufatura aditiva para fazer várias peças como uma, você está diminuindo o risco de custos ocultos e atrasos no projeto.

Menos material

Na fabricação tradicional, à medida que a complexidade da peça aumenta, o custo da peça também aumenta. Com AM, este não é o caso – à medida que a complexidade da peça aumenta, o custo da peça não aumenta. Em muitos casos, o custo da peça diminuirá, porque o aumento da complexidade geralmente significa que menos material está sendo usado. Ao usar AM, é possível obter uma redução de mais de 70% nos materiais usados ​​em comparação com a fabricação tradicional.

Risco geral mais baixo

A consolidação de peças reduz ou elimina totalmente uma série de riscos. Por exemplo, você pode contornar o risco de que seu fornecedor não possa mais fornecer a peça em questão. Esse risco do fornecedor é multiplicado pelo número de peças na montagem. Se você conseguir imprimir várias peças como uma única unidade usando AM, as chances de encontrar esse problema diminuem bastante.

Existem outros riscos que são reduzidos também. Os casos de falha de peça diminuem quando a peça foi fabricada como uma única unidade em vez de montada separadamente. Outro risco é a obsolescência; quando a peça chegar ao fim de sua vida útil, você não terá estoque restante que deve ser descartado.

Melhor desempenho

Em muitos casos, a AM permite que você faça uma peça com melhor desempenho, porque permite geometrias que são desejáveis, mas que não podem ser feitas com manufatura legada. Algumas das aplicações de AM que apresentam benefícios interessantes para o melhor desempenho do produto incluem peso leve, alta relação resistência/peso, transferência de calor e fluxo de fluido e absorção de energia.

Como você pode identificar peças para consolidação?

Ao pensar em consolidação de peças com AM, o primeiro passo é focar na função da montagem que você planeja substituir. Então você precisa questionar as suposições que levaram ao seu projeto original feito usando a fabricação tradicional.

Pode ser útil usar uma abordagem estruturada para analisar as partes a serem consolidadas. Uma metodologia eficaz e popular para análise de fabricação e montagem é conhecida como Design for Manufacture and Assembly (DFMA®). O modelo é composto por três perguntas que auxiliam engenheiros e fabricantes a iniciar o processo de consolidação da montagem:

1. A peça precisa se mover em relação às peças montadas?
2. São necessários vários materiais para a função da peça?
3. A peça precisa ser separada para montagem ou desmontagem?

Pensando nessas questões, os projetistas podem determinar o número mínimo teórico de peças necessárias para a montagem. Embora essas perguntas possam servir como ponto de partida, há algumas considerações de acompanhamento que o ajudarão a determinar se você deve pensar em aditivos para consolidação de peças:

1. São necessárias várias peças para atender a esse requisito?
2. Uma única peça pode atender a esse requisito?

Em outras palavras, várias peças são realmente necessárias para que a peça funcione corretamente? Existem outras soluções, como estruturas treliçadas (ou outras geometrias complexas), que poderiam ser incorporadas a um projeto que pudesse servir essencialmente à mesma função, reduzindo a quantidade de peças e materiais necessários em geral?

Dê uma olhada no gráfico abaixo para ajudar a determinar se a consolidação de peças usando aditivos é adequada para você.

Consolidação de peças e processos aditivos

Projetar para reduzir o número de componentes separados é apenas um fator na consolidação de peças. Outra forma de minimizar o número de peças montadas em seu produto é usar tecnologias que possibilitem a consolidação. Com tecnologias aditivas, como HP Multi Jet Fusion (MJF), componentes separados têm a capacidade de não apenas serem impressos como uma peça inteira, mas também de uma ampla gama de movimentos direto da impressora.

A decisão sobre qual tecnologia aditiva usar depende de seus requisitos de projeto. Por exemplo, com o HP MJF, as peças não precisam de suportes, o que permitiu aos engenheiros criar projetos mais complexos e peças móveis. A tecnologia Carbon® requer suportes, mas é capaz de imprimir componentes duráveis ​​com diferentes espessuras de parede como uma única peça. Um ótimo exemplo de consolidação de peças usando Carbon® é o apoio de braço da cadeira SILQ da Steelcase:o apoio de braço costumava ser montado usando três peças separadas, mas graças às estruturas treliçadas e geometrias complexas, agora é impresso como um.

Exemplos de aplicação de consolidação de peças

Há muitos aplicativos que podem se beneficiar da consolidação de peças usando AM. Já existem aplicações no mercado, como montagens mecânicas, componentes fluídicos, peças estruturais, entre outras. Os fabricantes estão vendo maior desempenho e durabilidade graças ao projeto de várias peças como uma só. Vamos dar uma olhada em como a consolidação de peças afeta dois aplicativos específicos.

Impulsores da bomba

Os impulsores fabricados tradicionalmente geralmente exigem peças separadas que são soldadas entre si. Com AM, estes podem ser impressos como uma única peça. Quando um impulsor de bomba é fabricado tradicionalmente, ele terá folgas entre seus componentes. Ao fabricar com aditivo, a folga pode ser removida – o que melhora o desempenho geral da peça. Também é importante observar que, como as juntas soldadas foram eliminadas, o número de pontos de falha em potencial foi reduzido e a corrosão nas soldas não ocorrerá mais.

Conduta de ar

Os dutos de ar também são ótimos candidatos para consolidação de peças. Usando geometrias complexas habilitadas por aditivos, a geometria da peça e o fluxo de ar podem ser otimizados. Um exemplo de caso disso é um duto de resfriamento na série de impressoras HP 500/300 que utiliza HP MJF. Ao consolidar oito peças em uma, a HP conseguiu simplificar sua cadeia de suprimentos e reduzir o custo dos componentes em 30%.

Os fabricantes se esforçam para obter a redução de custos, risco da cadeia de suprimentos e desempenho aprimorado por meio da consolidação de peças. AM oferece uma oportunidade única para reduzir ainda mais as montagens devido às geometrias complexas que agora são possíveis. Se você quiser saber mais sobre como seu aplicativo pode ser consolidado, entre em contato com nossa equipe de especialistas hoje mesmo.

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