A manufatura aditiva começa a amadurecer além da impressão 3D de desktop

A impressão 3D está crescendo. É tão revolucionário quanto sua promessa ou apenas mais uma ferramenta valiosa na caixa de ferramentas de trabalho – ou ambas? Conversamos com a MakerBot e um consultor de impressão 3D no Rust Belt para ver onde as coisas estão e para onde estão indo.

A impressão 3D não atingiu todo o seu potencial em ambientes profissionais e centrados na fabricação, mas há muito espaço para crescer lá, dizem engenheiros, consultores e acadêmicos de manufatura aditiva. E estão surgindo novas tecnologias e máquinas que tiram proveito das inovações em pós metálicos. Uma das maiores questões sobre a tecnologia é se ela pode deixar de ser a favorita do design de peças e prototipagem para um pilar no chão de fábrica. Será que atingirá seu ritmo em níveis de produção mais altos? E quais são as barreiras para fazer ondas maiores?

Especialistas do setor dizem que lojas de todos os tamanhos estão usando esses processos 3D de várias maneiras engenhosas - desde suportes e moldes personalizados até peças funcionais de uso final com geometria que só é possível com manufatura aditiva.

“As oficinas de CNC têm usado coisas como MakerBot para imprimir em 3D estruturas complexas que podem manter o dispositivo no moinho no ângulo necessário para poder usinar a peça”, diz Chris Barrett, presidente da 3DDirections. “Assim, as lojas estão fazendo gabaritos, acessórios e algumas ferramentas dessa maneira.”

Barrett é químico e físico de profissão, mas estava entediado com tubos de ensaio - e encontrou seu caminho para a ciência e engenharia de materiais. Por estar sediado em Ohio, Barrett foi exposto à fabricação tradicional e ao mundo das tecnologias emergentes de impressão aditiva e 3D. Ele começou sua consultoria com uma forte compreensão dos dois mundos e se concentra em ajudar as empresas a aproveitar a tecnologia onde ela faz mais sentido.

Observação:Barrett, como instrutor da Tooling U-SME, organizou um webinar em 27 de junho sobre manufatura aditiva no Better MRO, onde descreveu sete categorias principais de impressão 3D e discutiu os prós e contras de cada tipo. O replay está disponível no link do vídeo acima. Assuntos incluídos:

• Fotopolimerização em cuba
  • Contém estereolitografia (SLA) e processamento de luz digital (DLP)
• Fusão em leito de pó (PBF)
  • Contém SLS, sinterização direta a laser de metal (DMLS), SLM, fusão por feixe de elétrons (EBM)
• Impressão a jato de fichário (BJP)
• Impressão a jato de material (MJP)
• Laminação de chapas (LOM)
• Extrusão de material
  • Contém modelagem de deposição fundida (FDM)

• Deposição de energia direcionada (DED)

“Existem várias maneiras importantes pelas quais fabricantes e oficinas estão usando impressoras 3D profissionais hoje”, diz Dave Veisz, vice-presidente de engenharia da MakerBot. “As empresas os estão usando para a organização do local de trabalho – para peças que ajudam uma loja a implementar a manufatura enxuta 5S, acessórios de montagem e medição, garras de peças, medidores e onde plásticos de alta resistência são adequados… -força ou aplicações de alta temperatura, como acessórios para fornos, mas para muitas aplicações de acessórios e ferramentas, funciona bem. ”

Uma vantagem crucial da impressão 3D:a complexidade geométrica é “gratuita”, diz Veisz. Por exemplo, digamos que você esteja projetando uma garra para pegar e colocar uma peça fundida e ela tem uma forma complexa. Você pode gerar o inverso da geometria de fundição em CAD, modificá-lo para a aplicação e imprimir uma correspondência perfeita. Como o custo e o tempo da impressão 3D são impulsionados principalmente pelo volume da peça, não há custo adicional para geometrias difíceis de obter por meio de processos de fabricação tradicionais.”

Impressão 3D de metal, manufatura aditiva:quem está usando hoje?

A fabricação aditiva usando pó de metal ou termoplásticos de alta temperatura é predominantemente usada no setor aeroespacial e de defesa – e por um bom motivo:essas empresas podem investir dólares em pesquisa e desenvolvimento em peças menores, às vezes complexas, que têm o potencial de reduzir custos ou acelerar o tempo de entrega. As peças incluem:dutos complexos para sistemas de controle ambiental, componentes de túnel de vento e veículos aéreos não tripulados, tanques para combustível e outros líquidos, peças substitutas e layups compostos.

“A maioria dos principais OEMs aeroespaciais e de defesa, incluindo Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, aqueles que têm grandes bases de receita, estão todos nele”, diz Barrett. “E as outras empresas que estão começando a usá-lo são empresas biomédicas que fazem implantes de quadril de titânio hoje. Mas o que você encontra é o custo.”

Os OEMs querem poder oferecer o trabalho e terceirizar para fabricantes menores. O desafio é que os padrões ainda não alcançaram as peças impressas em metal. As normas da FAA para peças aeroespaciais, especialmente para aeronaves de grande porte, podem ser rigorosamente rigorosas. Muita pesquisa é necessária para entender o que são anomalias menores aceitáveis ​​– e o que não são.

No momento, uma oficina menor pode imprimir uma peça de metal para um OEM, mas só pode usar, por exemplo, um tipo de pó de metal em sua máquina de acordo com o padrão em uma máquina aprovada - e, portanto, as limitações são caras , diz Barrett. As lojas de empregos precisam de flexibilidade para obter lucro.

Veja como um fabricante aeroespacial e de defesa encontrou um nicho no trabalho aditivo 3D. Leia “ Como levar uma peça impressa em 3D ao mercado aeroespacial .”

“A boa notícia é que nos próximos cinco a 10 anos, os padrões começarão a causar impacto”, diz Barrett. “Atualmente, o NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) está fazendo muitas pesquisas aqui.”

Mas não se limita a aeroespacial ou implantes. Outros instrumentos médicos estão sendo fabricados, como dispositivos portáteis, carrinhos médicos e guias e ferramentas cirúrgicas, além de peças para as categorias de energia, transporte e produtos de consumo. Em petróleo e gás, peças estão sendo produzidas para rotores e estatores. No setor automotivo, as empresas estão fazendo painéis, interiores personalizados e grades. E para os consumidores, pense na forma e ajuste:armações para óculos e designs de pré-produção.

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O método do MakerBot visa o mercado profissional e as lojas de emprego

Uma das empresas que ganhou muita tração e atenção durante a primeira adoção da impressão 3D pelo consumidor foi a MakerBot. A empresa, que foi comprada pela Stratasys em 2013, passou os últimos anos focada em pesquisa e desenvolvimento além dos mercados de amadores e educadores. A Stratasys fabrica peças 3D para a Airbus desde 2015.

Em dezembro passado, a MakerBot lançou uma máquina de impressão 3D mais avançada voltada para o mercado profissional apelidada de Method, que custa cerca de um terço de uma impressora 3D industrial básica. A MakerBot colaborou com a Stratasys no desenvolvimento da tecnologia usada na nova máquina. Method é a primeira nova plataforma de hardware em cerca de três anos para MakerBot.

“É realmente a primeira plataforma que desenvolvemos desde o início como afiliada da Stratasys”, diz Veisz. “É uma combinação de propriedade intelectual da Stratasys e vasto conhecimento e DNA de design e engenharia da MakerBot…, não teríamos conseguido fazer esta máquina com sucesso sem ambas as peças.”

O conjunto de recursos do método é totalmente diferente e é mais robusto do que as máquinas de impressão 3D de mesa, afirma. Esse conjunto de recursos inclui extrusão dupla de material de modelo sólido e PVA solúvel - que é plástico solúvel em água - e uma estrutura usinada CNC de metal, compartimentos de material de vedação seca e uma câmara aquecida circulante que cria uma almofada de ar quente essencial para criar um ambiente controlado . Cada camada que está sendo adicionada vê o mesmo ambiente.

Para ver as coisas em ação, assista a este webinar de integração sobre impressão 3D e usinagem CNC [Fonte:MakerBot]

“Isso é algo que você vê em impressoras 3D industriais que começam em dezenas de milhares de dólares e você não vê isso no mundo dos desktops”, diz Veisz. As impressoras 3D de mesa utilizam uma arquitetura amadora que não fornece precisão dimensional repetível, tornando-as inadequadas para muitas aplicações de fabricação com tolerâncias apertadas.

Como o ambiente de impressão nas impressoras 3D de mesa não é tão controlado quanto nas impressoras 3D industriais, a precisão e o tempo de atividade da máquina também sofrem. Na maioria das impressoras 3D de mesa, à medida que você sobe na direção Z, a peça é exposta a um ambiente mais frio, o que faz com que a camada enfraqueça e a peça se deforme de forma diferente.

Com o Method, a MakerBot afirma fornecer tolerâncias para a peça acabada em mais-menos 0,2 milímetros para os primeiros 100 milímetros nos eixos X, Y e Z e, em seguida, aumenta na mesma proporção, 0,002 milímetros por milímetro para qualquer dimensões superiores a 100 milímetros.

“Portanto, não são tolerâncias de usinagem CNC de precisão, mas certamente são próximas o suficiente para a maioria dos trabalhos de gabarito, fixação, ferramenta e protótipo”, diz Veisz. “E está alinhado com as tolerâncias de moldagem por injeção de plástico de produção. Você não vê declarações de precisão dimensional na maioria das impressões 3D de desktop, e a MakerBot não fez declarações sobre precisão de peças acabadas em máquinas anteriores... Você realmente não vê declarações de precisão dimensional para peças [na maioria das impressões 3D de desktop] que esta é a primeira impressora que lançamos que pode realmente imprimir qualquer geometria devido ao suporte solúvel e pode imprimi-la com uma precisão de peça consistente devido aos recursos e controles da máquina.”

Você está usando a impressão 3D para fazer protótipos, gabaritos e acessórios hoje? Fale sobre isso no fórum . [registro obrigatório]