Guia para Fabricação Rápida

Para qualquer negócio emergente ou em expansão, é crucial buscar soluções para trazer produtos mais rapidamente ao mercado. A fabricação rápida pode agilizar e aumentar a flexibilidade da produção e ajudar a reduzir o tempo e os custos associados à fabricação tradicional de produtos personalizados e peças em série de baixo volume.

Neste guia, aprenda sobre os diferentes métodos e soluções de manufatura rápida disponíveis hoje e como você pode usá-los para escolher o certo para o seu negócio.

O que é Fabricação Rápida?

A manufatura rápida representa os diferentes processos de manufatura que possibilitam a produção rápida e flexível de peças de uso final para produtos personalizados, manufatura em série de baixo volume ou produção em ponte.

A maioria dos processos de manufatura tradicionais, como moldagem por injeção e fundição, requerem ferramentas que são caras e demoradas para fabricar. Em contraste, os processos de fabricação rápidos permitem a produção de peças complexas com menor custo e comprometimento de tempo.

Há uma variedade de processos diferentes envolvidos na manufatura rápida - manufatura aditiva, usinagem CNC e ferramentas rápidas, por exemplo. A maioria desses métodos também combina design digital e automação de software para acelerar o processo de fabricação.

Fabricação Rápida vs. Prototipagem Rápida

Prototipagem rápida é o grupo de técnicas usadas para fabricar rapidamente um modelo em escala de uma peça física ou montagem usando dados de design auxiliado por computador (CAD) tridimensionais durante o desenvolvimento do produto. Com a prototipagem rápida, designers e engenheiros podem criar protótipos diretamente de dados CAD mais rápido do que nunca e executar revisões rápidas e frequentes de seus projetos com base em testes e feedback do mundo real.

Como essas peças ou conjuntos são geralmente construídos usando técnicas de fabricação aditiva em oposição aos métodos subtrativos tradicionais, a frase se tornou sinônimo de fabricação aditiva e impressão 3D.

Como as ferramentas de prototipagem rápida continuaram a se desenvolver ao longo dos anos, as empresas agora podem usar essas mesmas técnicas para criar peças de uso final. Graças aos materiais resilientes e aos custos decrescentes, as empresas podem recorrer cada vez mais a essas ferramentas para substituir as ferramentas de manufatura tradicionais ou complementar seus fluxos de trabalho para facilitar um retorno mais rápido dos produtos acabados.

Fabricação rápida vs. fabricação de aditivos

As tecnologias de manufatura aditiva (AM), ou impressão 3D, criam peças tridimensionais a partir de modelos de design auxiliado por computador (CAD), adicionando sucessivamente material camada por camada até que uma parte física seja criada.

As tecnologias AM não exigem ferramentas e podem criar projetos complexos para prototipagem ou fabricação que, de outra forma, seriam muito caros ou demorados, tornando-os ideais para uma ampla gama de aplicações de engenharia e manufatura.

As técnicas de manufatura aditiva são alguns dos processos em que a manufatura rápida se baseia para criar novas peças. Ao produzir ferramentas rápidas, a manufatura aditiva também pode reduzir o tempo de espera e os custos associados aos processos de manufatura tradicionais.

Métodos de fabricação rápidos

A fabricação rápida depende de uma variedade de ferramentas e processos para criar produtos. Isso inclui manufatura aditiva, ferramentas subtrativas como usinagem CNC e ferramentas rápidas para métodos de manufatura tradicionais.

Fabricação de aditivos

Modelagem por Deposição Fundida (FDM)

A impressão 3D FDM, também conhecida como fabricação de filamento fundido (FFF), é um método de impressão 3D que constrói peças derretendo e extrudando filamentos termoplásticos, que um bico de impressora deposita camada por camada na área de construção.

FDM é a forma de impressão 3D mais amplamente usada no nível do consumidor, impulsionada pelo surgimento de impressoras 3D amadoras. As impressoras industriais FDM, no entanto, também são populares entre os profissionais de design e os fabricantes.

O FDM tem a resolução e a precisão mais baixas quando comparada a outros processos de impressão 3D de plástico e não é a melhor opção para imprimir projetos complexos ou peças com recursos intrincados. Acabamentos de qualidade superior podem ser obtidos por meio de processos de polimento químico e mecânico. As impressoras FDM 3D industriais usam suportes solúveis para mitigar alguns desses problemas.

FDM trabalha com uma variedade de termoplásticos padrão, como ABS, PLA e suas várias misturas. As impressoras industriais FDM também oferecem uma gama mais ampla de termoplásticos de engenharia ou até mesmo compostos. Para a manufatura, as impressoras FDM são particularmente úteis para a produção de peças simples, como peças que normalmente podem ser usinadas.

Estereolitografia (SLA)

As impressoras SLA 3D usam um laser para curar a resina líquida em plástico endurecido em um processo chamado fotopolimerização. O SLA é um dos processos mais populares entre os profissionais devido à sua alta resolução, precisão e versatilidade de materiais.

As peças SLA têm a mais alta resolução e precisão, os detalhes mais claros e o acabamento de superfície mais suave de todas as tecnologias de impressão 3D de plástico, mas o principal benefício do SLA está em sua versatilidade. Os fabricantes de materiais criaram formulações de resina de fotopolímero SLA inovadoras com uma ampla gama de propriedades ópticas, mecânicas e térmicas para corresponder às dos termoplásticos padrão, de engenharia e industriais.

SLA é uma ótima opção para peças altamente detalhadas que requerem tolerâncias estreitas e superfícies lisas, como moldes, padrões e outras peças de uso final funcionais. SLA é usado para fabricação rápida em uma variedade de setores, desde odontologia, joalheria, saúde, modelagem e, cada vez mais, produtos de consumo.

A impressão 3D SLA pode ser usada para uma variedade de aplicações, incluindo a fabricação rápida de fones de ouvido personalizados, cotonetes médicos e solas de sapatos.
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Sinterização seletiva a laser (SLS)

A sinterização seletiva a laser é a tecnologia de manufatura aditiva mais comum para aplicações industriais, confiada por engenheiros e fabricantes em diferentes setores por sua capacidade de produzir peças fortes e funcionais.

As impressoras 3D SLS usam um laser de alta potência para fundir pequenas partículas de pó de polímero. O pó não fundido apóia a peça durante a impressão e elimina a necessidade de estruturas de suporte dedicadas. Isso torna o SLS ideal para geometrias complexas, incluindo recursos internos, rebaixos, paredes finas e recursos negativos. As peças produzidas com impressão SLS apresentam excelentes características mecânicas, com resistência semelhante à das peças moldadas por injeção.

A impressão 3D SLS pode produzir peças fortes e funcionais para aplicações como fabricação de pequenos lotes, produtos de consumo customizados em massa e peças de reposição.

Na fabricação, a impressão 3D SLS é usada para a fabricação de pequenos lotes, a produção de novos produtos de consumo de personalização em massa, produção de peças de reposição, bem como gabaritos e acessórios duráveis ​​e duráveis ​​(por exemplo, clipes e grampos) e ferramentas. O SLS também pode ser usado para fabricar internamente dispositivos médicos específicos do paciente, prontos para uso, como próteses, órteses (ou seja, substituições de membros + colchetes), modelos cirúrgicos e ferramentas.
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Ferramentas CNC

Ferramentas de controle numérico de computador (CNC) - ao contrário de FDM, SLA ou SLS - são processos de manufatura subtrativos. Eles começam com blocos sólidos, barras ou hastes de plástico, metal ou outros materiais que são moldados pela remoção de material por meio de corte, perfuração, perfuração e retificação.

As ferramentas CNC incluem a usinagem CNC, que remove o material por meio de uma ferramenta de fiação e peça fixa (fresamento) ou uma peça giratória com uma ferramenta fixa (torno). Os cortadores a laser usam um laser para gravar ou cortar uma ampla gama de materiais com alta precisão. Os cortadores a jato de água utilizam água misturada com abrasivo e alta pressão para cortar praticamente qualquer material. As fresadoras e tornos CNC podem ter vários eixos, o que permite gerenciar projetos mais complexos. Os cortadores a laser e a jato de água são mais adequados para peças planas.

As ferramentas CNC podem moldar peças de plásticos, metais macios, metais duros (máquinas industriais), madeira, acrílico, pedra, vidro, compostos. Para fabricação rápida, eles são ideais para a produção de peças de uso final personalizadas ou de baixo volume, peças estruturais e ferramentas para uma ampla gama de indústrias.

Em comparação com as ferramentas de manufatura aditiva, as ferramentas CNC são mais complicadas de configurar e operar, enquanto alguns materiais e projetos podem exigir ferramentas, manuseio, posicionamento e processamento especiais. Isso os torna caros para peças únicas em comparação com processos aditivos e mais adequados para pequenas séries de produção.

Ferramentas rápidas

A manufatura híbrida combina ferramentas de manufatura rápida com processos de manufatura tradicionais, como moldagem por injeção, termoformação ou fundição. Ele aprimora o processo de produção, melhorando sua flexibilidade, agilidade, escalabilidade e economia. Como resultado, permite que os fabricantes atendam às necessidades de negócios em constante mudança.

Um molde impresso em 3D para embalagem de produtos formados a vácuo.

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Escolha do Processo de Fabricação Rápido Certo

Como os processos de manufatura estão em constante evolução, os pontos de inflexão onde faz sentido passar de uma técnica para outra estão mudando devido a melhorias em equipamentos, materiais e economias de escala.

As ferramentas de fabricação rápida estão se abrindo para uma gama mais ampla de aplicações de baixo a médio volume, conforme o hardware e os materiais melhoram e o custo por peça continua a cair.

Considere os seguintes fatores ao selecionar um processo de fabricação rápido:

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  Formulário: Suas peças têm recursos internos complexos ou requisitos de tolerância rígida? Dependendo da geometria de um projeto, as opções de manufatura podem ser limitadas ou podem exigir uma otimização significativa do projeto para manufatura (DFM) para torná-los econômicos de produzir.
  
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  Volume / custo: Qual é o volume total ou anual de peças que você planeja fabricar? Alguns processos de manufatura têm altos custos iniciais para ferramentas e configuração, mas produzem peças baratas por peça. Em contraste, os processos de fabricação de baixo volume têm baixos custos de inicialização, mas devido aos tempos de ciclo mais lentos, menos automação e trabalho manual, o custo por peça permanece constante ou diminui apenas marginalmente quando o volume aumenta.
  
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  Prazo de execução: Com que rapidez você precisa da produção de peças ou produtos acabados? Alguns processos criam as primeiras peças em 24 horas, enquanto o ferramental e a configuração de certos processos de produção de alto volume levam meses. Em alguns casos, o ferramental rápido pode encurtar esse tempo de espera significativamente.
  
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  Material: Que tensões e tensões seu produto precisará enfrentar? O material ideal para uma determinada aplicação é determinado por vários fatores. O custo deve ser equilibrado com os requisitos funcionais e estéticos. Considere as características ideais para sua aplicação específica e compare-as com as opções disponíveis em um determinado processo de fabricação.
  

Terceirização x produção interna

As empresas que buscam capitalizar o poder das ferramentas de manufatura rápida têm a opção de terceirizar o trabalho para um bureau de serviços ou de produzir internamente.

Empresas como 3D Hubs, Protolabs, Fictiv ou bureaus de serviços locais oferecem serviços de fabricação e prototipagem rápida sob demanda. Essas agências normalmente têm várias tecnologias disponíveis, incluindo processos aditivos e subtrativos.

As principais desvantagens da terceirização para bureaus de serviços são o custo e o tempo de execução. Um dos maiores benefícios da fabricação rápida é sua velocidade em comparação com os métodos tradicionais de fabricação, que diminui rapidamente quando uma peça terceirizada leva uma semana ou mesmo várias semanas para chegar.

A terceirização da fabricação de peças também costuma ser muito cara. Mas, dependendo do número de peças e do volume de impressão, uma empresa pode ter um equilíbrio financeiro em alguns meses, simplesmente investindo em uma impressora 3D e imprimindo internamente.

Introdução à Manufatura Rápida

Os métodos tradicionais ainda têm lugar na manufatura porque são mais adequados para a produção em massa. Mas, cada vez mais, as empresas estão se voltando para a fabricação rápida como uma forma de realizar pequenas produções. Avanços tecnológicos e processos associados benéficos - como ferramentas de produção rápida e manufatura híbrida - são influentes nesta mudança.

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