Usos inovadores da manufatura aditiva

O uso de componentes de software de manufatura aditiva está crescendo em indústrias de alta tecnologia. De acordo com a empresa de pesquisa de mercado MarketsandMarkets (M&M), a produção de impressoras 3D e manufatura aditiva cresceram em valor para US$ 3,5 bilhões em 2017. Os principais adotantes da manufatura aditiva foram as indústrias de dispositivos médicos, aeroespacial e automotiva.

Isso não é surpreendente. Na manufatura aditiva, o custo de imprimir uma forma complexa é o mesmo de um projeto simples, especialmente em pequenas quantidades.

Dispositivos médicos e cirurgia

As vantagens da manufatura aditiva são uma benção para a indústria médica. Ao alavancar a manufatura aditiva, a indústria médica está construindo implantes altamente personalizados para aplicações odontológicas e ortopédicas. Como a manufatura aditiva remove o custo de ferramentas e configuração (exigido na manufatura subtrativa), os médicos não precisam se preocupar com economias de escala ao propor implantes e próteses personalizados ao paciente.

Além disso, a manufatura aditiva também permitiu que os fabricantes produzissem projetos muito complexos e altamente delicados, tais articulações projetadas para se conectar com ossos humanos. Para produzir essas soluções, as impressoras 3D devem fabricar minúsculas estruturas de treliça fractal nas quais o tecido ósseo pode se fundir, proporcionando uma forte conexão entre o implante e o osso. Não há outra maneira de produzir essas formas.

Da mesma forma, implantes e inserções dentárias envolvem uma personalização incrível e um design muito complexo para obter um ajuste preciso. Há uma precisão considerável no processo de implante dentário. Primeiro, começa com um raio-X de sua boca para examinar seus ossos. Em segundo lugar, o cirurgião deve fazer um furo para o implante dentário. No entanto, o cirurgião deve garantir que o implante (como o parafuso do implante) esteja perfeitamente alinhado com a disposição dos dentes. Graças à impressão 3D, os dentistas agora podem proteger implantes personalizados. Esses implantes e guias de perfuração relacionados são projetados sob medida em software especializado de design assistido por computador (CAD) de impressão 3D e fabricado com um alto grau de automação.

Para cirurgia cerebral, os médicos construirão um acessório personalizado após uma tomografia computadorizada de seu paciente. Assim como na odontologia e na ortopedia, isso envolve a produção de um implante que se encaixa precisamente no crânio do paciente e orienta as ferramentas do cirurgião durante a operação. Mais uma vez, software 3D especializado automatizou o projeto desses auxiliares cirúrgicos.

Aeroespacial e Infraestrutura

A indústria aeroespacial tem sido pioneira na adoção da manufatura aditiva. Recentemente, seus esforços resultaram em uma peça impressa em 3D para uso em motores turbofan comerciais.

O motor turbofan LEAP - uma joint venture da General Electric (GE) e da Safran Aircraft Engines - é equipado com bicos de combustível impressos em 3D. A Administração Federal de Aviação dos EUA liberou o bocal para uso a bordo de aeronaves comerciais em 2015. Essa peça não apenas pesa 25% menos que seu antecessor em motores de geração mais antiga, mas, de acordo com a GE, é cinco vezes mais durável.

Ao mesmo tempo em que oferece benefícios substanciais em economia de combustível e redução de emissões de carbono em aeronaves equipadas com motores LEAP, a peça impressa em 3D também agiliza a cadeia de suprimentos de produção. A impressão 3D permitiu à GE substituir 20 peças diferentes por apenas uma unidade. Isso não apenas simplifica o processo de fabricação, mas também reduz os custos de manutenção do ciclo de vida.

O uso de CAD 3D e software de engenharia assistida por computador (CAE) é uma peça essencial para os esforços de projeto e desenvolvimento da indústria aeroespacial. A GE aproveitou o CAD/CAE para realizar os estudos de projeto, simulação e análises necessários para desenvolver o novo bico e avaliar sua viabilidade antes de prosseguir para a etapa de prototipagem.

Imagine a economia de custos envolvida para as companhias aéreas que operam dezenas dessas aeronaves, especialmente em um período de mais de 20 anos. Esses são os benefícios diretos da manufatura aditiva, para que se possa ver como seu crescimento no manuseio de outros subconjuntos e componentes ampliará os ganhos para fabricantes, fornecedores e consumidores em várias outras áreas.

Além de otimizar para redução de custos, a impressão 3D também permitiu que as indústrias realizassem manufaturas muito complexas. Considere trocadores de calor. Esses dispositivos possuem um grande número de tubos, finos e outras entradas para a passagem de fluido quente de um lado e fluido frio do outro. Mas o seu processo de montagem requer soldar as aletas de refrigeração e inseri-las em uma caixa estanque. É um processo de fabricação trabalhoso e demorado, com considerável margem de falha.

Mas com a impressão 3D, o trocador de calor pode ser fabricado em uma única tomada consolidada. Pode levar um período de tempo relativamente longo para fabricar uma unidade, mas o resultado final é muito mais confiável. Assim como o LEAP, o objetivo é consolidar o número de peças necessárias para a montagem, além de proporcionar melhorias significativas de desempenho.

O futuro da manufatura aditiva

As tecnologias envolvidas na manufatura aditiva estão aumentando em capacidade e diminuindo em preço. Além disso, novas aplicações de manufatura aditiva estão sempre sendo encontradas. No entanto, ainda existem grandes obstáculos no controle do processo e na previsibilidade do processo.

Em termos de controle de processo, a manufatura aditiva carece de padrões de toda a indústria para governar o processo de fabricação de matérias-primas em peças acabadas. A fabricação tradicional - incluindo a fabricação subtrativa - se beneficia desses padrões (por exemplo, comportamento metalúrgico durante o processo de usinagem, estampagem ou forjamento). Existem referências padrão do setor para os engenheiros consultarem e consultarem.

No entanto, a indústria ainda não construiu esses padrões para manufatura aditiva. Por exemplo, empresas aeroespaciais individuais - como a GE - estão criando regimes de controle proprietários para seus esforços de manufatura aditiva, enquanto o fornecedor de impressão 3D individual carece inteiramente de regimes de controle e padrões da indústria. Isso pode ser mais bem remediado por órgãos de padronização desenvolvendo certificações de conformidade comuns disponíveis para uso por todos, especialmente fabricantes menores.

Por fim, a previsibilidade do processo ainda é um grande desafio para quem usa impressoras 3D. A otimização da orientação da peça, do material de suporte e dos parâmetros do processo requer considerável tentativa e erro. Mas isso também apresenta uma grande oportunidade para aqueles que desenvolvem as ferramentas de software usadas na impressão 3D. A simulação baseada em física seria um grande passo à frente. A combinação desse elemento de simulação com informações de processo específicas da máquina dos fabricantes de impressoras 3D ajudará os fabricantes a reduzir suas taxas de erro e refugo.

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