A pandemia está acelerando a mudança para a impressão 3D

No intervalo de semanas, a pandemia COVID-19 mudou a vida em todo o mundo e seu impacto fica mais severo a cada dia que passa. A rapidez e abrangência da interrupção não têm paralelo na história moderna, à medida que economias inteiras paralisam em um esforço para conter a propagação do vírus. As sociedades foram forçadas a se adaptar rapidamente à disrupção, em muitos casos recorrendo a tecnologias que há muito são aclamadas por seu próprio potencial disruptivo.

Na cadeia de suprimentos, a manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3-D, está finalmente tendo seu momento.

Em todas as indústrias, as cadeias de abastecimento foram duramente atingidas porque as fábricas fecham ou limitam a produção. No entanto, nenhum foi pressionado mais do que a cadeia de suprimentos médicos, à medida que aumenta a demanda por equipamentos de proteção como máscaras e luvas, bem como por equipamentos essenciais para salvar vidas, como ventiladores. Os hospitais provavelmente ficarão sobrecarregados em breve, com capacidade e suprimentos levados ao limite. Diante desse desafio sem precedentes, a manufatura aditiva entrou em cena para preencher a lacuna.

Quando os fornecedores não conseguiram atender à crescente demanda por válvulas de ventilação que salvavam vidas, um hospital em Brescia, uma das regiões mais atingidas no norte da Itália, voltou-se para a manufatura aditiva. Trabalhando em estreita colaboração com as empresas locais Issinova, Lonati SpA e The FabLab, o hospital foi capaz de fazer a engenharia reversa do projeto da válvula do ventilador. Em seis horas, estava imprimindo novas válvulas em 3D no local e salvando vidas.

Nas semanas desde então, as impressoras 3-D em todo o mundo têm zumbido para manter os hospitais abastecidos. Provedores como Formlabs e MatterHackers criaram hubs online para conectar hospitais com clientes que desejam compartilhar suas impressoras 3-D. Empresas como SmileDirectClub e Volkswagen ofereceram seus recursos de manufatura aditiva para fornecer equipamentos de proteção essenciais e peças de ventiladores. Enquanto isso, uma crescente comunidade online de fabricantes está compartilhando designs e ideias de CAD para responder à pandemia.

Uma dessas iniciativas que apoio pessoalmente é a MasksOn, que visa fornecer 50.000 máscaras faciais reutilizáveis ​​e higienizáveis ​​para médicos em ambientes de alto risco. A iniciativa está convertendo máscaras de snorkel de rosto inteiro em protetores faciais reutilizáveis, usando impressão 3-D para produção em massa de adaptadores de filtro respiratório de nível médico. (Uma lista completa de recursos comunitários de impressão 3D e projetos dedicados à pandemia COVID-19 pode ser encontrada aqui.)

A resposta da comunidade de manufatura aditiva nesta crise foi inspiradora. O que a pandemia revelou, no entanto, é a vulnerabilidade subjacente das cadeias de abastecimento globalizadas. As organizações foram forçadas a repensar sua dependência de fornecedores distantes ou estrangeiros.

Embora a impressão 3-D ainda não esteja disponível em uma escala para suportar a fabricação localizada para tudo, os primeiros resultados da resposta à pandemia apontam para um futuro promissor. A pandemia poderia ser um catalisador para uma mudança generalizada para a manufatura aditiva na cadeia de abastecimento?

Aqui está o que o futuro pode reservar:

Sob demanda, no local e just in time

As interrupções na cadeia de suprimentos não se limitam a pandemias. Desastres naturais, políticas comerciais e greves trabalhistas podem interromper o fluxo de suprimentos, atrasando operações críticas. A manufatura aditiva pode preencher a lacuna imprimindo peças sob demanda e, como mostra o hospital de Brescia, no local. Por sua vez, as interrupções operacionais podem ser reduzidas ou eliminadas contornando a produção e o transporte no exterior.

Considere o rompimento de um oleoduto em uma plataforma de petróleo em alto mar. Esperar por uma peça de reposição pode levar dias, paralisando as operações na plataforma e colocando a receita em espera. Com uma impressora 3-D, os engenheiros da plataforma podiam rapidamente projetar e imprimir um patch clamp e voltar a bombear enquanto esperam que o fornecedor envie uma substituição de longo prazo.

Em Brescia, os fabricantes que fizeram a engenharia reversa das válvulas do ventilador para a fabricação de aditivos estão agora enfrentando uma ação judicial em potencial do fornecedor original de válvulas do ventilador do hospital por violação de patente. Para mitigar as disputas de propriedade intelectual no futuro, os fabricantes podem licenciar seus projetos para seus clientes para que eles possam imprimir peças de reposição localmente para preencher lacunas imprevistas no fornecimento. Isso, por sua vez, geraria economia para o fabricante, pois eles “terceirizam” seus custos de fabricação para o cliente.

Design não especializado

Como as válvulas de ventilação impressas em 3-D em Brescia ilustraram, é possível para engenheiros com pouca ou nenhuma experiência no projeto de uma peça específica para projetar rapidamente um projeto funcional e criá-lo com manufatura aditiva. Ao contrário de outras técnicas de fabricação, a flexibilidade da manufatura aditiva significa que engenheiros e designers não precisam de anos de experiência adaptando seus projetos para as restrições de fabricação.

A capacitação do Additive de designers inexperientes será levada mais longe pelo design generativo, também conhecido como design assistido por IA. O software de hoje pode otimizar automaticamente para diferentes técnicas de manufatura, reduzindo o tempo entre o projeto e a manufatura. A otimização de projetos para manufatura aditiva será particularmente valiosa não apenas para as implicações da cadeia de suprimentos, mas também porque pode desbloquear projetos melhores.

O Generative AI executa milhares de simulações para encontrar os melhores e mais eficientes designs que atendam a todos os objetivos e restrições do designer, otimizando itens como peso, resistência, propriedades térmicas e dinâmica de fluidos. Na maioria dos casos, os resultados envolvem geometrias orgânicas complexas, ao contrário das linhas retas rígidas e poliedros em torno dos quais os projetistas humanos gravitam. Acontece que essas formas orgânicas irregulares podem ser criadas com mais eficácia pela manufatura aditiva.

Consolidação de Partes

Outra vantagem do design generativo é a capacidade de consolidar designs de conjuntos compostos de vários componentes, que podem ser impressos com manufatura aditiva. Em vez de ter uma cadeia de suprimentos distribuída para peças e montagem interna, toda a montagem poderia ser impressa no local.

A consolidação de peças pode gerar economias significativas para os fabricantes. Em contraste com a manufatura subtrativa, a manufatura aditiva usa apenas o material necessário para o projeto, reduzindo o desperdício e os custos de material. O custo de envio de peças também é eliminado e os custos de montagem são reduzidos, pois há menos peças para montar.

A consolidação de montagens complexas pode ser especialmente valiosa para alguns equipamentos essenciais de salvamento que ficarão em falta durante a pandemia. Já existem engenheiros trabalhando em novos projetos para atender à crescente demanda. O Desafio CoVent-19 é crowdsourcing esforços para desenvolver ventiladores inovadores, rapidamente implantáveis ​​para aumentar a capacidade dos hospitais de gerenciar o dilúvio de pacientes que lutam para respirar.

Jesse Coors-Blankenship é vice-presidente sênior de desenvolvimento avançado da PTC .