4 Tendências de automação promissoras na fabricação de aditivos
Automatizar os processos de AM, do design à pós-produção, pode tornar a adoção do AM mais atraente para os fabricantes.
Soluções de automação, de robôs a software, podem minimizar o trabalho de toque, economizar custos e melhorar a consistência e a qualidade.
Mas onde estamos hoje em termos de automação na manufatura aditiva?
O artigo destaca quatro tendências principais que impulsionam o desenvolvimento de soluções de automação em AM.
1. Automação de design
A criação de um fluxo de trabalho digital ponta a ponta no AM começa com a automação do processo de design.
No entanto, a automação do projeto em AM não é fácil de alcançar. A maioria das peças AM ainda são projetadas manualmente, na maioria dos casos. O processo de design AM manual demorado pode levar várias horas de trabalho do engenheiro e chegar a até 50% do custo total da peça, de acordo com um estudo de caso.
Para tornar o processo de design mais eficiente, as empresas de software do setor vêm desenvolvendo suas ferramentas nos últimos anos.
Hoje, a indústria pode oferecer soluções automatizadas que aceleram o processo de design e permitem que os engenheiros avaliem rapidamente as opções de design antes de imprimir qualquer coisa na máquina.
Por exemplo, a Ford demonstrou como a automação pode reduzir o tempo para projetar ferramentas de horas para minutos.
Em parceria com uma empresa de software alemã, Trinckle, a montadora ganhou acesso a um software que poderia gerar automaticamente a geometria da ferramenta para se ajustar ao contorno do carro e formar a base do novo gabarito. Com um simples clique, os engenheiros também podem adicionar elementos como alças, montagens de ímã para fixação e guias de borda.
Automatizar o processo de design para esta peça economizou várias horas de trabalho, reduzindo a etapa de design para apenas 10 minutos. A Ford acredita que esta abordagem tem potencial para economizar milhares de euros por ferramenta.
Em outro exemplo, o fabricante de hardware Stratasys colaborou com a empresa de software nTopology em uma solução que automatiza o projeto de gabaritos e acessórios para o processo FDM.
Chamada de Gerador de Fixação, esta nova solução permite que os engenheiros preparem peças de ferramentas de forma simples de arrastar e soltar. Isso é feito por meio do uso do mecanismo de software de otimização de topologia da nTopology, que otimiza os projetos de peças com o aplicativo de uso final em mente.
Tornar as etapas de design AM menos manuais sinaliza o contínuo amadurecimento da indústria de impressão 3D. A automação do projeto ajudará os adotantes do AM a reduzir o tempo e os custos associados aos processos manuais de projeto.
Mais importante, ele oferecerá suporte a novos aplicativos e modelos de negócios, como customização em massa, transformando a produção de variações de design em um processo automatizado e altamente eficiente.
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2. APIs abertas geram automação de compartilhamento de dados AM
A indústria de AM está se tornando mais aberta. O domínio de sistemas proprietários fechados está chegando ao fim, à medida que mais provedores de soluções procuram criar fluxos de trabalho de impressão 3D interoperáveis e integrados.
Uma tendência que apóia isso é o uso de interfaces de programação de aplicativos (APIs) abertas. API é um intermediário de software que permite que um aplicativo de software se comunique com outro. As APIs desempenham um papel crítico na integração de sistemas distintos.
No AM, onde o fluxo de trabalho pode ser bastante complicado e isolado, os participantes do setor estão reconhecendo a importância de fornecer um conjunto de APIs que permitem a automação e expandem o uso de dados.
Recentemente, vários fabricantes de impressoras 3D lançaram suas APIs para parceiros para permitir o fluxo de dados e integração perfeitos.
Um exemplo é nossa recente colaboração com a HP, enquanto a HP forneceu uma API aberta para integração com nosso sistema MES aditivo. Essa integração permite que os usuários do HP Multi Jet Fusion conectem suas máquinas ao nosso software para monitorar e coletar dados sobre seus sistemas AM.
Na mesma linha, a Stratasys anunciou que melhorou a conectividade da API para abrir a porta para um compartilhamento de dados mais fácil e rápido entre suas impressoras 3D e soluções de software corporativo.
Esses exemplos apontam para o fato de que a indústria está se movendo na direção certa para fechar a lacuna entre a capacidade do hardware e a habilitação do software. As APIs fornecerão a ponte fundamental entre os dois, ajudando a criar um ecossistema integrado que oferece suporte à interoperabilidade.
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3. Automatizando processos de pós-produção
Estima-se que 46% dos custos de AM das empresas estão associados ao pós-processamento, de acordo com o segundo relatório anual de tendências pós-impressão da PostProcess.
Independentemente de ser um protótipo, peça de ferramenta ou um produto de uso final, a maioria das peças AM requer algum nível de pós-processamento. Isso pode ser tão simples quanto remover o material de suporte, mas também pode incluir classificação, tingimento, polimento, entre outros processos, antes que o produto final esteja pronto para uso. A maioria das tarefas de pós-processamento depende quase inteiramente do trabalho manual.
Graças aos recentes avanços em aprendizado de máquina e hardware e software de pós-processamento, agora é possível automatizar quase todas as partes do pós-processamento de AM, reduzindo os custos de mão de obra e melhorando significativamente a eficiência do processo.
Novos sistemas estão entrando no mercado que permitem que as peças sejam extraídas da plataforma de construção de uma impressora 3D automaticamente e, em seguida, movidas com a ajuda de veículos guiados para a próxima estação de pós-processamento.
Vários fornecedores de máquinas AM também se comprometeram com a automação em um nível ou outro. A EOS, por exemplo, desenvolveu um conceito de Módulos Compartilhados que integra as etapas de equipar, desempacotar, transportar e peneirar do fluxo de trabalho AM, combinando diferentes módulos, sistemas de transporte e um software de central de controle.
Procurando automatizar o processo de jateamento de aglutinante, o especialista em jato de aglutinante de metal, ExOne, também lançou um conceito de seu novo veículo guiado automatizado X1D1 (AGV), projetado para permitir o transporte eficiente de caixas construídas.
O que também é empolgante é o uso crescente de sistemas robóticos multi-eixos que transportam peças das impressoras 3D para as estações de peneiramento, limpeza e acabamento.
A empresa de hardware Renishaw demonstrou como o uso de robôs pode automatizar um dos processos mais demorados em AM de metal - a remoção de suporte. A empresa fez parceria com uma start-up, Additive Automations, que desenvolveu um sistema robótico para remoção automatizada de suporte.
Os primeiros resultados mostraram que a automação robótica da remoção do suporte pode reduzir o custo médio por peça em 25%. Os robôs usados neste processo têm sensores de força integrados, que coletam dados para determinar a geometria das peças AM.
O software então analisa os dados, usando a tecnologia digital twin. A saída é então usada para determinar onde estão as estruturas de suporte para que possam ser removidas usando uma ferramenta de efetor final.
Além disso, algumas empresas, como AM Flow, se especializam em soluções modulares que oferecem identificação rápida e automatizada de peças AM, além de classificação, coleta, ensacamento e transporte. Daqui para frente, AM Flow quer desenvolver etiquetagem de ID automatizada, o que abrirá o caminho para rastreamento completo e capacidade de rastreamento para peças AM em um fluxo de trabalho digitalizado de ponta a ponta.
Automatizar o pós-processamento em AM muda completamente a economia ao ampliar o uso da tecnologia. Ele permite uma flexibilidade muito maior no layout da fábrica e torna viável para os fabricantes a adoção dessa tecnologia para produção digital rápida.
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4. Automatizando o manuseio de pedidos de impressão 3D e gerenciamento de produção AM
Além dos custos diretos associados ao pós-processamento manual, também existem custos ocultos, como o tempo do trabalhador para cotar peças e lidar com pedidos AM e o tempo do operador para programar trabalhos de impressão.
Calcular os custos das peças, inserir dados em planilhas e programar a produção usando soluções desajeitadas pode levar várias horas por dia do tempo do trabalhador, limitando a produtividade do AM.
Com o AM amadurecendo rapidamente, as empresas logo perceberam que precisam automatizar os processos de gerenciamento de produção de AM para garantir um crescimento escalonável.
A necessidade de maior eficiência de produção deu o pontapé inicial no desenvolvimento de gerenciamento de fluxo de trabalho e software de execução de manufatura (MES) voltado para a tecnologia AM.
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Hoje, MES aditivo e software de fluxo de trabalho podem ajudar as empresas a liberar custos de mão de obra por meio da automação, digitalizando processos anteriormente manuais.
Por exemplo, uma instalação de impressão 3D de uma impressão 2D global e empresa de TI está usando o software MES da AMFG para cotar peças de impressão 3D e gerenciar pedidos. Ao mudar de planilhas para uma solução automatizada, a empresa conseguiu reduzir o tempo de cotação em quase 80%.
Automatizar o processamento de pedidos e os processos de gerenciamento de produção na manufatura aditiva, em última análise, ajudará a mover o AM além de ser apenas uma ferramenta para aplicações de baixo volume. Ele formará a base para uma produção em massa escalonável, integrada e econômica.
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A que distância estamos de uma fábrica AM totalmente automatizada?
A automação dos processos de AM, do projeto ao acabamento, tem um enorme potencial de economia de capital, reduzindo os custos de mão de obra e aumentando a produtividade.
Como foi mostrado em um projeto piloto chamado NextGenAM, a automação pode reduzir os custos de produção em até 50%. Além disso, a manufatura automatizada pode introduzir mais consistência no processo, minimizando erros humanos e refugo.
As soluções de automação disponíveis no mercado hoje evoluíram significativamente desde os primeiros projetos e pilotos que existiam há apenas alguns anos.
Para se beneficiar totalmente da automação de AM, as empresas precisam começar a transformação hoje para poder transformar sua experiência em uma vantagem competitiva com mais rapidez.
Como acontece com muitas transformações tecnológicas, os pioneiros e os que assumem riscos dispostos a apostar na automação em AM colherão os frutos da fabricação digital do futuro.
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