Elevando o Controle de Qualidade: Ferramentas Impressas em 3D Aumentam a Precisão na Manufatura

Jigs e fixtures bem projetados impulsionam produção enxuta e eficiente, mas o esforço de engenharia necessário pode criar gargalos em operações menores. A Markforged demonstra como suas impressoras Mark Two podem transformar o controle de qualidade criando ferramentas de alto desempenho em forma impressa em 3D.

Toda impressora Markforged passa por um rigoroso processo de controle de qualidade que verifica se cada subsistema atende aos nossos padrões de engenharia de precisão. Embora este teste minucioso garanta confiabilidade, também adiciona tempo ao ciclo de manufatura, limitando nossa capacidade de responder rapidamente à demanda em mudança. Como uma empresa em rápido crescimento, agilidade é essencial. Portanto, adotamos uma abordagem equilibrada: validar subsistemas eficientemente e investir esforço de engenharia apenas onde entrega o maior retorno. Imprimir nossos jigs e fixtures em 3D nos permite prototipar, testar e implantar melhorias a uma fração do custo e tempo da usinagem tradicional.

Um exemplo principal é nosso jig de calibração de pré-carga do extrusor de nylon. O extrusor é um componente central da Fabricação por Filamento Fundido (FFF) de impressão 3D. Para uma visão concisa da mecânica do extrusor, veja o guia detalhado do RepRap Squad.

A qualidade de impressão consistente depende do "sistema de pinça" de cada extrusor aplicar uma força dentro de nossa tolerância. Essa força vem de um par de molas cuja pré-carga pode ser ajustada. Inicialmente, calibrávamos extrusores tarde na montagem usando um jig projetado por Phillip, um engenheiro mecânico especializado em instrumentação de máquinas. O jig, construído com peças de corte a jato d'água e usinadas, tinha prazo de duas semanas, exigia modificações no local e frequentemente precisava de retrabalho em nossa fresadora CNC interna. Além disso, a maioria dos extrusores do nosso fornecedor precisava de ajuste, e medi-los in situ na impressora montada era incômodo e desacelerava a produção. Decidimos criar um fixture que pudesse testar rapidamente um lote de extrusores recém-chegados mantendo os parafusos de ajuste acessíveis.

Metas de design principais eram: 1) ferramenta de validação ex-situ rápida que permite operadores calibrar lotes inteiros; 2) mecanismo poka-yoke para que o extrusor encaixe em apenas uma orientação, prevenindo calibração incorreta; 3) pegada compacta de 30x30 cm adequada para nosso chão de fábrica.

Bennett, outro de nossos engenheiros mecânicos, entregou o jig final. O sistema gira em torno de um medidor de força Omega DFG35. O extrusor desliza para um receptáculo; uma roda ociosa flutuante acionada por mola direciona força para a sonda do medidor. O medidor é montado em um trilho linear, permitindo que se mova livremente ao longo do eixo do ocioso. Um parafuso de polegar com cabeça flutuante, rosqueado através de um inserto de latão fundido, pressiona o medidor no ocioso sem introduzir torque.

Bennett incorporou vários recursos específicos de impressão 3D. Usando nossa técnica de "listras de fibra", ele adicionou reforço de fibra a cada 20-40 camadas, resultando em uma peça excepcionalmente forte e eficiente em material. O receptáculo do extrusor foi produzido como uma única peça — uma geometria que teria requerido múltiplas configurações CNC custosas.

Hoje, o jig está em nossa instalação de manufatura, permitindo um fluxo de trabalho de controle de qualidade otimizado que economiza tempo de técnico e nos permite entregar mais impressoras Mark Two aos clientes.