Manufatura Aditiva: Impulsionando Inovação em Diversos Setores

A adoção de tecnologia de controle de movimento, robótica e conversão de energia são os principais impulsionadores do rápido crescimento atual da manufatura aditiva. Este processo não tradicional de utilizar dados de design digital para criar objetos tridimensionais sólidos fundindo materiais camada por camada de baixo para cima (impressão 3D) também está contribuindo para os resultados transformadores que empresas em diversos setores, como aeroespacial, automotivo, moda, ciências da vida e produtos de consumo, estão realizando hoje.

Complexidade Crescente

Desde os primórdios da impressão 3D de protótipos até seu papel emergente como produtora em escala industrial, o escopo da manufatura aditiva (AM) está mudando rapidamente. Antes limitada a plásticos, a tecnologia atual agora pode lidar com substâncias como cerâmicas, compósitos, metais, poliméricos e materiais híbridos. No geral, mais de cem materiais podem ser usados em aplicações aditivas, abrindo caminho para a produção de objetos mais sofisticados e duráveis, como dispositivos de fixação para máquinas-ferramenta e moldes de produção completa.

Apesar de avanços inovadores e crescimento abundante, porém, mais trabalho precisa ser feito para atingir o nível de velocidade necessário para tornar equipamentos aditivos viáveis para usuários finais que desejam fabricar componentes acabados em grandes volumes. Mas, o impulso radical necessário para maior velocidade não pode vir à custa da qualidade da peça final. Isso apresenta à indústria uma grande pergunta: de onde virá o salto essencial em rapidez, mantendo a qualidade, para a manufatura aditiva?

Embora a resposta final possa culminar de múltiplas fontes, o melhor lugar para buscar uma solução ideal está nas melhorias que o controle de movimento pode proporcionar.

Controle de Movimento na Manufatura Aditiva Hoje

Quando as pessoas pensam em controle de movimento na tecnologia aditiva, visualizam quão rápido um extrusor pode mover-se sobre uma mesa de impressão. Embora esta seja certamente uma parte importante da equação industrial, há mais a considerar. Por exemplo, mover com sucesso uma ampla variedade de materiais com uma gama de propriedades físicas através do mesmo extrusor é simplesmente outra forma de controle de movimento — e uma excepcionalmente crítica para a produtividade industrial de longo prazo.

À medida que o uso da manufatura aditiva cresce, cresce também a necessidade de conjuntos de ferramentas e padrões industriais para superar problemas de usinagem para produção mainstream. Por exemplo, a demanda por maior velocidade de máquina mantendo a qualidade da peça levou ao desenvolvimento e aprimoramento de impressoras de grau industrial.

No início da AM, pequenos frames de mesa eram comandados por controles de nível amador, acionando motores de passo baratos. Esta abordagem carecia de potência e confiabilidade — duas coisas muito necessárias para produção de componentes mainstream.

Hoje, a manufatura aditiva utiliza controladores de máquina de alto desempenho, sistemas servo avançados e tecnologia robótica para avançar a qualidade do produto e impulsionar a produção de peças. Mais especificamente, impressoras 3D que usam controle servo com feedback de alta resolução vs. motores de passo em todos os eixos (incluindo o extrusor) permitem controle de posição, velocidade e torque em alta velocidade em todos os eixos, o que proporciona fluxo consistente mais rápido com detecção de travamento.

Benefícios Expressivos

De componentes de turbinas a tênis esportivos, e coroas dentárias a novas casas, empresas estão recorrendo a sistemas de controle de movimento de nível industrial para manufatura aditiva para obter muitos benefícios:

• Capacidades de manufatura de peças flexíveis e diversificadas
• Melhoria no tempo de atividade de produção
• Aumento da eficiência de produção (ou seja, redução de matérias-primas usadas no geral)
• Custos de manufatura mais baixos

Além disso, fabricantes que combinam tecnologias de controle de movimento com automação robótica industrial podem experimentar a flexibilidade necessária para criar fábricas capazes de produzir produtos únicos que atendem demandas complexas.

Tecnologia Inovadora

A coordenação de múltiplas partes móveis e equipamentos periféricos durante o processo de manufatura aditiva é fundamental para uma produção eficaz. Esta é uma das razões pelas quais especialistas e engenheiros da Yaskawa America Inc., Divisão de Drives & Motion, desenvolveram tecnologia inovadora de controle de máquina e sistema servo:

• O controlador de movimento MP3300iec e a família de motores servo Sigma-7 liberam o desempenho de alta velocidade e precisão necessários para impulsionar a produção aditiva mainstream, enquanto executam programas G-code e perfis de movimento cinemáticos suaves.
• Produtividade é essencial, mas flexibilidade deve ter igual importância. Esta necessidade é a gênese do Controle Singular, a capacidade integrada ao controlador MP3300iec da Yaskawa para gerenciar qualquer coisa, desde robôs de seis eixos até gantries robóticos e eixos servo únicos a partir do mesmo dispositivo, usando a mesma programação. O Controle Singular permite aos usuários programar múltiplos tipos de máquina e disciplinas de movimento dentro do espaço de manufatura aditiva, sem a necessidade de contratar um especialista em programação robótica.
• A próxima revolução vem do servo, que é o coração da maioria dos sistemas de manufatura aditiva. Motores Sigma-7 e amplificadores SERVOPACK combinam facilmente com controladores de máquina Yaskawa para criar sistemas de automação de movimento, proporcionando melhorias visíveis em velocidade, precisão e confiabilidade. Por exemplo, impressoras 3D industriais inteligentes de uma empresa estão entregando impressão 3D a 350 milímetros por segundo, com tempo de transferência de um metro por segundo. Isso cria uma diferença que você pode ver claramente, tanto no movimento da impressora quanto no resultado financeiro de seu proprietário.

Inovação Contínua

O Relatório Wohler's 2017 estima que há atualmente um mercado de 7 bilhões de dólares para equipamentos e materiais, e esta demanda provavelmente crescerá a uma taxa de crescimento anual de 17% nos próximos anos. Para que esta previsão se concretize, existem áreas-chave para melhoria na produção mainstream de bens e produtos em diversos setores.

Pesquisa contínua na combinação de controle de movimento MP3300iec com tecnologia de motor linear buscará atender à necessidade de maior velocidade e precisão para impressão 3D. E, mais descobertas no uso do Controle Singular MP3300iec para impressão 3D robótica ajudarão a refinar processos secundários usando braços robóticos para aplicações como acabamento de superfície, manuseio de material, inserção e inspeção.

Tecnologias e processos de manufatura aditiva fornecem uma maneira completamente diferente de projetar e fabricar produtos. Com mais pesquisa e desenvolvimento, este método de produção está pronto para se tornar a forma mais valiosa de manufatura até hoje, revolucionando indústrias de maneiras que antes estavam além da imaginação.

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