Como a COVID-19 Acelera a Adoção da Impressão 3D em Todas as Indústrias

Disrupção Sem Precedentes

Em questão de semanas, a pandemia de COVID-19 virou a vida de cabeça para baixo ao redor do mundo, e seu impacto se torna mais severo a cada dia que passa. A rapidez e a pervasividade da disrupção são incomparáveis na história moderna, com economias inteiras parando num esforço para conter a propagação do vírus. 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.

O Momento da Manufatura Aditiva

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

A Crise na Cadeia de Suprimentos Médica

Em todas as indústrias, as cadeias de suprimentos foram duramente atingidas com o fechamento ou limitação de produção das fábricas. No entanto, nenhuma foi mais tensionada do que a cadeia de suprimentos médica, à medida que a demanda dispara por equipamentos de proteção como máscaras e luvas, bem como por equipamentos críticos de salvamento de vidas como ventiladores. Hospitais provavelmente serão em breve sobrecarregados, com capacidade e suprimentos levados aos seus limites. Diante desse desafio sem precedentes, a manufatura aditiva entrou para preencher a lacuna.

Caso de Sucesso: Hospital de Brescia

Quando fornecedores não conseguiram atender à demanda crescente por válvulas de ventilador salva-vidas, um hospital em Brescia, uma das regiões mais atingidas no norte da Itália, recorreu à manufatura aditiva. Trabalhando em estreita colaboração com empresas locais Issinova, Lonati SpA e The FabLab, o hospital conseguiu fazer engenharia reversa do design da válvula do ventilador. Em seis horas, estava imprimindo em 3D novas válvulas no local, salvando vidas.

Resposta Global da Comunidade de Impressão 3D

Nas semanas seguintes, impressoras 3D ao redor do mundo têm zumbido para manter hospitais abastecidos. Provedores como Formlabs e MatterHackers criaram hubs online para conectar hospitais com clientes dispostos a compartilhar suas impressoras 3D. Empresas da SmileDirectClub à Volkswagen voluntariaram suas capacidades de manufatura aditiva para fornecer equipamentos de proteção críticos e peças de ventiladores. Enquanto isso, uma comunidade online crescente de makers está compartilhando designs CAD e ideias para responder à pandemia.

Iniciativa MasksOn

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

Vulnerabilidade das Cadeias Globalizadas

A resposta da comunidade de manufatura aditiva nesta crise tem sido inspiradora. O que a pandemia revelou, no entanto, é a vulnerabilidade subjacente das cadeias de suprimentos globalizadas. Organizações foram forçadas a repensar sua dependência de fornecedores distantes ou no exterior.

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

O Futuro: Sob Demanda, No Local e Just-in-Time

Disrupções na cadeia de suprimentos não se limitam a pandemias. Desastres naturais, políticas comerciais e greves trabalhistas podem todos 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, disrupções operacionais podem ser encurtadas ou eliminadas contornando produção e envio no exterior.

Considere um oleoduto quebrando em uma plataforma de petróleo em alto mar. Esperar por uma peça de reposição pode levar dias, paralisando operações na plataforma e colocando receita em espera. Com uma impressora 3D, engenheiros na plataforma poderiam rapidamente projetar e imprimir um grampo de reparo e voltar a bombear enquanto esperam o fornecedor enviar uma reposição de longo prazo.

Propriedade Intelectual e Licenciamento

Em Brescia, os makers que fizeram engenharia reversa das válvulas de ventilador para manufatura aditiva agora enfrentam um processo potencial do fornecedor original de válvulas de ventilador do hospital por violação de patente. Para mitigar disputas de propriedade intelectual no futuro, fabricantes poderiam licenciar seus designs para seus clientes para que possam imprimir peças de reposição localmente para preencher lacunas imprevistas no suprimento. Isso, por sua vez, geraria economia para o fabricante, pois eles "terceirizam" seus custos de manufatura para o cliente.

Design para Não-Especialistas

Como as válvulas de ventilador impressas em 3D em Brescia ilustraram, é possível para engenheiros com pouca ou nenhuma experiência projetando uma peça específica rapidamente criar um design funcional e criá-lo com manufatura aditiva. Diferente de outras técnicas de fabricação, a flexibilidade da manufatura aditiva significa que engenheiros e designers não precisam de anos de experiência adaptando seus designs para as restrições de manufaturabilidade.

Design Generativo: IA Assistindo o Design

O empoderamento de designers inexperientes pela manufatura aditiva será levado adiante pelo design generativo, também conhecido como design assistido por IA. O software de hoje pode otimizar automaticamente para diferentes técnicas de manufatura, cortando o tempo entre design e manufatura. Otimizar designs para manufatura aditiva será particularmente valioso não apenas pelas implicações na cadeia de suprimentos, mas também porque pode desbloquear designs melhores.

IA generativa executa milhares de simulações para encontrar os designs melhores e mais eficientes que atendem a todos os objetivos e restrições do designer, otimizando para coisas como peso, resistência, propriedades térmicas e dinâmica de fluidos. Na maioria dos casos, os resultados envolvem geometrias complexas e orgânicas, diferentes das linhas retas e poliedros rígidos para os quais designers humanos gravitam. Como se vê, essas formas orgânicas e irregulares podem ser criadas de forma mais eficaz pela manufatura aditiva.

Consolidação de Peças

Outra vantagem do design generativo é a capacidade de consolidar designs de conjuntos compostos por múltiplos componentes, que então podem ser impressos com manufatura aditiva. Em vez de ter uma cadeia de suprimentos distribuída para peças e montar internamente, o conjunto inteiro poderia ser impresso no local.

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

A consolidação de conjuntos complexos poderia ser especialmente valiosa para alguns equipamentos críticos de salvamento de vidas que estarão em falta durante a pandemia. Já existem engenheiros trabalhando em novos designs para atender à demanda crescente. O Desafio CoVent-19 está crowdsourcing esforços para desenvolver ventiladores inovadores, rapidamente implantáveis, para aumentar a capacidade dos hospitais de gerenciar a enxurrada de pacientes lutando para respirar.

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