Avançando a Manufatura de Protótipos: Técnicas de Produção Rápida de Ponta

Rudgley M define manufatura rápida como: "tecnologia de manufatura para fabricar o produto prático final por método de manufatura aditiva", que usa tecnologia de manufatura de protótipo para produzir o produto desejado para produção. Manufatura rápida é direção de desenvolvimento de tecnologia de prototipagem rápida, mas ainda há muitas áreas para melhoria.

SLA, SLS, FDM são as principais tecnologias para fabricante de protótipos, e as características comuns são discretar a peça em camadas separadas e fazer as camadas independentemente.

Geometria Complexa

A característica mais tentadora de produtos de prototipagem rápida é que são quase ilimitados em termos de geometria. Com este processo, artigos com grande independência e liberdade geométrica podem ser produzidos, como côncavos invertidos, saliências, forma livre e várias formas geométricas básicas. Por exemplo, processo SLS não requer suportes, e as peças podem ser colocadas em qualquer posição na posição de usinagem sem necessidade de grampo, o que significa que SLS pode fornecer possibilidades geométricas quase infinitas à peça.

Por outro lado, vários produtos de micro a grandes tamanhos podem ser fabricados com tecnologia de prototipagem rápida. O tamanho do produto depende da escolha do processo: SLS, SLA e FDM são geralmente usados para manufatura de peças de tamanho médio, por causa da execução do processo e custo econômico, bem como desempenho de peças grandes. O tamanho destes processos é muito limitado quando se trata de produtos grandes.

Como a tecnologia de prototipagem rápida de polímero não requer molde similar ao método de processamento convencional, o produto definido pelo cliente fabricado por prototipagem rápida é significativamente mais econômico que o processo convencional. Esta característica combinada com a geometria complexa que o produto pode alcançar aponta conjuntamente o caminho para prototipagem rápida no campo médico. Ao mesmo tempo, a alta flexibilidade geométrica também fornece possibilidade de combinar RP com métodos de processamento tradicionais, e desenvolveu-se rapidamente em uma das direções de desenvolvimento da tecnologia RP de hoje. Por exemplo, a manufatura anterior de peças longas e estreitas de parede fina só podia ser feita com processo EMD (Eletro-Erosão), e agora RP também pode fornecer solução completa para manufatura de tais peças.

DLM & Engenharia Reversa

Com processo de prototipagem rápida, peças com características (como côncavos, cantos internos agudos, paredes longas e finas, etc.) que não podem ser usinadas ou são difíceis com métodos convencionais podem ser facilmente fabricadas. Ao mesmo tempo, para fazer a tecnologia RP funcionar, designers devem repensar a forma como projetam peças para demonstrar as características de design livre destes processos.

Vale notar que todas as questões acima sobre design livre requerem maior desenvolvimento de software CAD profissional para tecnologia RP. A combinação de melhorias em ferramentas de design e mudanças em conceitos de design dos designers pode explorar o potencial da tecnologia RP.

Além de projetar diretamente o modelo do produto requerido, engenheiros frequentemente projetam de acordo com design físico existente, o que é chamado engenharia reversa. Detecção rápida e técnicas de reconstrução 3D CAD fornecem maneira de obter modelos CAD diretamente de objetos físicos.

Velocidade

A razão pela qual tecnologia RP é chamada "tecnologia de prototipagem rápida" é que produz produtos com ciclo mais curto que processamento tradicional. A sensibilidade do RP ao design é muito baixa. Ou seja, o grau de flexibilidade da produção é alto, e o problema de forma do produto é dificilmente considerado no momento da manufatura, economizando muito tempo. Em vista disso, muitas empresas usam tecnologia RP para fabricar peças de teste de produtos para entender rapidamente o desempenho e outros parâmetros.

Economia & Outras Restrições

Embora a produtividade de vários processos RP tenha aumentado, os requisitos de produção para produtividade RP não foram atendidos. Além disso, devido à desigualdade extrema que o processo RP pode fornecer, também leva a exagero considerável de perdas de equipamento e material.

Atualmente, embora tecnologia RP tenha grandes vantagens em prototipagem de produto e produção de teste, o alto preço e perda de material do equipamento e a diferença de produtividade com processos tradicionais limitam a manufatura em larga escala de processo RP. Claro, economia é apenas uma razão pela qual processos RP são raramente usados para fazer peças duradouras. Outros fatores principais são resistência do produto, material, repetibilidade do processo, etc.

Desenvolvimento da Tecnologia de Manufatura de Protótipos

Quanto ao desenvolvimento de tecnologia RP, ainda há lacuna entre produtos fabricados e métodos de manufatura tradicionais em termos de rugosidade superficial, precisão, repetibilidade e qualidade do produto. Pode-se dizer que o processo RP existente e cadeia de processo devem passar por período de desenvolvimento para alcançar tecnologia confiável e segura para atingir precisão e qualidade requeridas pelo processo. O processo RP mencionado tem quase a mesma precisão (0,1-0,2mm/100mm) e rugosidade (Ra 5-20μm), e a repetibilidade é relativamente baixa. Melhorias adicionais devem ser feitas do lado do design mecânico, que pode ser alcançado através de sistema de feedback técnico. É previsível que para melhorar qualidade dos produtos, haverá equipamento de processo composto combinando processo RP e tradicional.

Da perspectiva do equipamento e materiais, as principais direções de pesquisa são focadas em métodos de processamento, equipamentos, geradores a laser e materiais, visando melhorar resistência, durabilidade e precisão dos produtos, e o ciclo dos produtos. Estes estudos fornecerão impulso poderoso para transição de prototipagem rápida para manufatura rápida.

No campo de componentes, tecnologia de impressão 3D pode ser usada para produzir rapidamente produtos complexos. No campo de manufatura automotiva tradicional, desenvolvimento de peças automotivas frequentemente requer P&D de longo prazo e verificação. Do P&D à fase de teste, também é necessário fazer molde de peça, o que não é apenas longo mas também custoso. Quando há problema, modificar estrutura da peça etc. também requer mesmo ciclo longo. E tecnologia de impressão 3D pode fazer peças complexas rapidamente. Quando há problema no teste, modifica-se o arquivo 3D e reimprime para testar novamente. Pode-se dizer que tecnologia de impressão 3D torna desenvolvimento de peças futuras mais barato e eficiente.