Hardware, Materiais e Software:Os 3 Pilares do Sucesso da Impressão 3D

Quais são os segredos para uma operação de manufatura aditiva bem-sucedida?

Esta é uma questão colocada por muitos interessados ​​na indústria, à medida que a manufatura aditiva se move cada vez mais em direção à produção de peças finais. Embora a impressão 3D tenha percorrido um longo caminho, especialmente nos últimos 10 anos, ainda existem desafios centrais que precisam ser enfrentados.

Os 3 pilares do sucesso da impressão 3D

As chaves para uma operação AM bem-sucedida encontram-se em 3 áreas cruciais:

1. Hardware
2. Materiais
3. Software

Esses elementos constituem o que chamamos de 3 pilares da impressão 3D industrial, pois a mudança da tecnologia para a produção de peças finais dependerá de avanços contínuos em cada uma dessas áreas.

Dito isso, vamos dar uma olhada nos desafios enfrentados em cada uma dessas esferas e as etapas que estão sendo tomadas para enfrentá-los.

Pilar # 1:Hardware

Sem dúvida, as impressoras 3D industriais de hoje estão muito longe dos primeiros sistemas da década de 1980. Eles se tornaram mais rápidos, mais confiáveis ​​e, cada vez mais, os fabricantes estão desenvolvendo impressoras 3D industriais com um olho na produção.

Precisão e repetibilidade

Mas para que a manufatura aditiva se torne realmente viável para a produção de peças finais, será vital que as máquinas sejam desenvolvidas para garantir a repetibilidade e precisão do processo 100% do tempo.


No que diz respeito à manufatura aditiva, as peças finais devem ser produzidas com os mesmos parâmetros para reter as mesmas propriedades da peça. Três fatores-chave para isso são:

• Orientação
• Posição
• Posicionamento da peça (em relação a outras peças na base de impressão)

Ainda assim, a confiabilidade e a precisão continuam sendo um desafio constante para os fabricantes de hardware. Do jeito que está, muitas impressoras 3D industriais não são ajustadas a ponto de poderem criar peças confiáveis ​​100% do tempo, especialmente no caso de metais. Quando comparado aos métodos tradicionais estabelecidos, esta é uma área problemática que precisará ser resolvida para que o AM apresente uma alternativa valiosa. Além disso, o processo de impressão 3D frequentemente resulta em peças com propriedades diferentes. Esse problema pode ser atribuído principalmente aos vários parâmetros do processo que precisam ser rigidamente controlados e monitorados. Uma maneira de lidar com essa complexidade é desenvolver sistemas de controle de feedback de circuito fechado que garantam a qualidade e a repetibilidade da produção de peças finais.

A Velo3D é uma empresa que incorporou esse sistema de loop fechado em suas impressoras 3D. O fabricante com sede nos Estados Unidos lançou recentemente sua máquina Sapphire de cama de pó de metal, que é conhecida por oferecer consistência peça a peça superior, graças à metrologia de processo integrada in-situ. Isso permite um controle de piscina de fusão em circuito fechado, reduzindo a chance de deformação e a variabilidade entre as peças.

Velocidade e escalabilidade

Questões relacionadas à velocidade de impressão e escalabilidade limitam o potencial de produção em massa dos sistemas de impressão 3D. Mas aqui também os fabricantes de hardware estão tentando superar esse problema. Veja a HP, por exemplo:o fabricante lançou seu sistema Multi Jet Fusion no ano passado com o objetivo de aumentar a produção de AM de peças de plástico. Até à data, cerca de 3,5 milhões de peças foram produzidas com as máquinas MJF, com metade delas para aplicações de uso final.

A HP também anunciou recentemente planos para entrar na produção de peças finais para metais, tendo estreou sua máquina Metal Jet no início deste ano. A máquina promete até 50 vezes mais produtiva do que as máquinas de jato de aglutinante de metal e SLM comparáveis. E, com o objetivo de atender aos padrões de certificação, o sistema é capaz de produzir peças de aço inoxidável que atendem aos padrões internacionais da ASTM.

Pilar # 2:Materiais

Os materiais constituem o segundo pilar da impressão 3D industrial. Novamente, muitos avanços já foram feitos nesta área, com a gama de materiais compatíveis com AM abrangendo metais, polímeros e até mesmo cerâmicas. No entanto, os principais desafios relacionados a custos e padronização ainda precisam ser superados.

Custos elevados

A necessidade de garantir que a manufatura aditiva permaneça competitiva em termos de custos quando comparada aos métodos tradicionais de manufatura é vital. Mesmo assim, os altos custos do material são um dos principais desafios que os fabricantes enfrentam.

Aqui, talvez o que seja mais necessário seja uma maior colaboração. Ultimaker é um exemplo disso; o fabricante de impressoras 3D para desktops de código aberto anunciou colaborações com várias empresas globais de materiais.

Em uma entrevista recente com a AMFG, o presidente da Ultimaker North America John Kawola reitera a necessidade de mais competição para reduzir os custos:“A realidade na impressão 3D hoje é que o custo do filamento para uma máquina FDM é cerca de US $ 50 por libra, ao passo que custa US $ 3 dólares a libra para moldagem por injeção. Isso é uma ordem de magnitude fora. Mas com o tempo, com mais competição, mais desenvolvimento e mais atenção à produção, essa lacuna começará a se fechar. ”

Padronização

Outro desafio reside na falta de padrões para a impressão 3D. Relacionado a isso está o portfólio atual de materiais específicos da AM. Embora os plásticos estejam comparativamente bem estabelecidos, a indústria espera uma maior diversidade de materiais, particularmente com metais e cerâmicas. Por exemplo, muitos tipos de ligas para metais não estão disponíveis ou ainda não foram desenvolvidos para fabricação de aditivos. A ampliação do portfólio de materiais AM, adaptados aos diferentes requisitos do setor, permitirá, em última análise, uma gama mais ampla de aplicações em todos os setores.

ASTM International, uma organização de desenvolvimento de padrões, é uma das várias que estão trabalhando para resolver isso. A organização fez parceria com vários participantes importantes da indústria para lançar o Centro de Excelência em Fabricação de Aditivos, com foco no desenvolvimento de padrões para pós metálicos, entre outras iniciativas.

O aumento da entrada de empresas de materiais no espaço AM também está respondendo ao desafio da diversidade de materiais. Esses novos players vêm com novas ofertas de materiais, principalmente com relação a termoplásticos de alto desempenho e metais leves.

Pilar # 3:Software

Por último, mas não menos importante, vem o terceiro pilar da impressão 3D:o software. Uma empresa pode ter as impressoras 3D e os materiais adequados para produzir as peças necessárias - mas como você pode garantir que o gerenciamento de seus processos de produção seja simplificado e eficiente? Como você garante visibilidade completa nas instalações, departamentos e equipes?

Gerenciando fluxos de trabalho

É aqui que o software se destaca. Na verdade, como tecnologia digital, a impressão 3D depende fortemente de software para conduzir cada elemento do processo de produção.




Um dos maiores desafios para OEMs e bureaus de serviço reside na falta de um sistema de software apropriado, capaz de lidar com os requisitos específicos necessários para a produção de aditivos. Uma vez que a produção AM envolve etapas que não são necessárias para a manufatura subtrativa (projeto CAD, análise etc.), os sistemas PLM ou ERP padrão não serão suficientes para lidar com as solicitações, operações CAD e outras atividades necessárias. Do jeito que está, a grande maioria das empresas está presa ao uso de pacotes de software separados, desenvolvidos para funções diferentes que, em última análise, não se comunicam entre si. Isso tem um impacto negativo na eficiência e na visibilidade. Felizmente, avanços enormes estão sendo feitos nesta área, com desenvolvimentos importantes em software de gerenciamento de fluxo de trabalho. Em suas funções mais básicas, esse software auxilia na automação de tarefas manuais voltadas para o cliente, como gerenciamento de solicitações de entrada. No entanto, levado ao máximo, esse software, como o AMFG, também pode automatizar tarefas de produção, como preparação de construção e programação de máquina, e fornecer métricas e insights de produção em tempo real.

Além do gerenciamento de fluxo de trabalho, o software de simulação também está ajudando a resolver muitos dos desafios atuais que a indústria enfrenta. Por exemplo, prever e analisar processos de impressão 3D com simulação pode ajudar a evitar uma abordagem cara de tentativa e erro, garantindo que todos os parâmetros estejam corretos na primeira tentativa.

Controle da máquina

Talvez uma das maiores áreas de problema resida na capacidade de transmitir e se comunicar diretamente com as máquinas AM em suas instalações de produção. Os benefícios disso são óbvios:ser capaz de controlar a máquina remotamente, avaliar a capacidade em tempo real e assim por diante. No entanto, a grande maioria das máquinas não foi desenvolvida com a comunicação direta em mente. Para que a impressão 3D se torne um método de produção de peças finais, os fabricantes de hardware devem trabalhar com desenvolvedores de software para garantir que suas máquinas estejam abertas a tal integração.

Superando desafios na impressão 3D

Na última década, a manufatura aditiva atingiu marcos importantes em inovação de hardware, materiais e software. No entanto, a chave para estabelecer a impressão 3D como um método de fabricação não reside no sucesso de um, mas no sucesso de todos os três pilares.

Já estamos vendo isso no lado de hardware e materiais, com anúncios de novos sistemas AM e colaborações de materiais desenvolvidos para produção. No lado do software, a AMFG está trabalhando para garantir que o gerenciamento de projeto e produção seja automatizado para a produção de aditivos.

O que fica claro é que a indústria precisará trabalhar mais em conjunto para desenvolver soluções verdadeiras para garantir o mudança da tecnologia para a produção. Somente nos concentrando em superar os desafios em toda a linha, podemos garantir que a indústria continue em seu caminho de crescimento contínuo em direção à adoção convencional.