Por Que a Impressão 3D Não Domina Mais a Indústria: Desafios e Perspectivas Futuras

A impressão 3D foi chamada de nova tecnologia de revolução industrial muitos anos atrás, então por que a voz sobre impressão 3D está ficando mais quieta agora? A impressão 3D é realmente uma tecnologia que pode liderar a tendência industrial? O que impede a possibilidade de impressão 3D alcançar produção em larga escala?

Definição de Impressão 3D

Impressão 3D, também conhecida como "Manufatura Aditiva", é uma tecnologia emergente de prototipagem rápida. Diferente dos processos tradicionais de manufatura subtrativa, a impressão 3D é uma tecnologia na qual materiais são depositados ou ligados camada por camada para construir objetos tridimensionais baseados em arquivos de dados de design.

A tecnologia de impressão 3D no sentido moderno nasceu nos Estados Unidos em meados da década de 1980. Charles Hull (fundador da 3D Systems) e Scott Crump (fundador da Stratasys) são pioneiros na tecnologia de impressão 3D.

No final da década de 1980 e início de 1990, um grupo de pequenas e médias empresas de tecnologia americanas, representadas pela 3D Systems e DTM, desenvolveram sucessivamente estereolitografia (SLA), sinterização a laser seletiva (SLS) e modelagem por deposição fundida (FDM) e outras rotas técnicas principais, após mais de 20 anos de precipitação e melhoria contínua, tornou-se cada vez mais madura.

A maior diferença entre impressão 3D e manufatura tradicional está no processo de formação de produtos. Na manufatura tradicional, todo o processo de manufatura geralmente precisa passar por abertura de molde, fundição ou forjamento, corte e montagem de componentes. A impressão 3D elimina o processo complicado, sem molde, moldagem única. Portanto, a impressão 3D pode superar alguns designs que não podem ser alcançados na manufatura tradicional e fazer estruturas mais complexas.

Por Que a Impressão 3D Não Alcançou Produção em Massa?

A razão pela qual a impressão 3D não pode alcançar produção em larga escala é que as condições para produção em larga escala ainda não estão disponíveis. E a impressora 3D é essencialmente uma única máquina, é um modo da cadeia industrial existente, não um sistema de integração de capacidade de manufatura direta.

Na verdade, 20 ou 30 anos atrás, a tecnologia de impressão 3D já era capaz de fazer produtos a partir de materiais como resina. Nos últimos anos, a gama de materiais que podem ser processados por impressão 3D expandiu-se para incluir materiais metálicos (tecnologia de sinterização a laser), e reorganizou com sucesso tecnologias de processo que existiam décadas atrás, como combinar tecnologia da informação, feixes de laser, etc. para processamento de superfície de produtos ou peças e manufatura aditiva.

Mas, no que diz respeito ao desenvolvimento atual, o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D depende da melhoria contínua da qualidade de componentes-chave como lasers e canhões de elétrons.

A Aplicação da Impressão 3D na Indústria

Na manufatura industrial, as principais aplicações de impressoras 3D são duas.

1. Algumas peças ou produtos acabados com estruturas complexas são principalmente produtos acabados com altos requisitos de precisão e detalhes de processo, incluindo peças pequenas e grandes componentes.

Ou seja, a maioria das tecnologias de impressão 3D pode romper restrições geométricas estruturais. E portanto, no processamento de componentes de grande escala de certas estruturas, não só a dificuldade do processo é reduzida comparada às tradicionais, mas o custo também é reduzido.

Por exemplo, a chamada Manufatura Aditiva a Laser, tradicionalmente, a estrutura da fuselagem do F-22 é feita de forjamentos de liga de titânio. Devido à tecnologia de superposição de LAM, economiza 90% de matérias-primas muito caras, e não requer moldes de fabricação especiais. O custo de processamento, que era originalmente equivalente a 1~2 vezes o custo do material, agora precisa apenas de 10% do original. Estima-se aproximadamente que o custo de processar uma estrutura complexa de liga de titânio de 1 tonelada é de cerca de 25 milhões de yuan, e o custo de LAM é apenas muito menor que o do processo tradicional.

2. Produtos de emergência ou fabricação rápida para certas indústrias.

O mais simples é militar, dando à equipe de manutenção mecânica para processar alguns produtos acabados no local para garantir a manutenção da plataforma mecânica em situações de emergência.

Na maioria dos casos, após tanques de batalha terrestres e veículos blindados serem danificados, mais de uma certa porcentagem são diretamente abandonados por razões de custo. A impressão 3D pode resolver esses problemas, claro, durante a marcha, quando a logística está apertada, sem mencionar a produção rápida de alguns suprimentos.

Por exemplo, o mais famoso no campo médico é usar impressão 3D para imprimir modelos de alta precisão para auxiliar tratamento. Por exemplo, Stratasys Solidoodle 2 pode ser usado para imprimir modelos de órgãos internos ou tecidos de pacientes para auxiliar na formulação de planos cirúrgicos precisos. Sem a necessidade de membros externos compatíveis com tecido biológico, a impressão 3D médica permite personalização profunda.

Dispositivos médicos in vitro incluem modelos médicos, dispositivos médicos como próteses, aparelhos auditivos, templates para cirurgia dentária, etc. De acordo com estatísticas da organização americana Amputee Coalition, cerca de 2 milhões de pessoas nos Estados Unidos estão atualmente usando próteses impressas em 3D.

Razões Pelas Quais a Impressão 3D Não Pode Escalar

1. Eficiência do Modelo de Produção

A eficiência da moldagem integrada de monômeros definitivamente não é comparável à eficiência de "processamento de peças classificadas + montagem na indústria", porque o último mobiliza a capacidade de produção de todo o sistema de manufatura, e o processamento de semi-acabados e classificação pode melhorar a eficiência do processo. Quase ao mais alto, é equivalente à formação de uma linha de montagem em toda a indústria.

No entanto, com a moldagem integrada do corpo único, o fluxo de trabalho é completamente fixo, e tal efeito industrial não pode ser formado, e o corpo atual da impressora 3D não pode suportar cargas de longo prazo e alta intensidade. Além disso, o custo e dificuldade de manutenção da produção de máquina única são muito maiores que o processo tradicional de espalhar a cadeia industrial uniformemente.

2. Aplicabilidade de Materiais de Impressão 3D

O primeiro é o problema de processo causado pela aplicação do material.

Como pós metálicos especiais precisam ser feitos antecipadamente; a densidade de produtos metálicos impressos é baixa, até 98% da densidade de fundidos, e em alguns casos inferior às propriedades mecânicas de forjados, claro, em alguns componentes, como grandes componentes de liga de titânio (como a indústria de aviação relativamente quente) podem atender plenamente às propriedades mecânicas, mas a situação geral é discutível; alguns produtos impressos têm má qualidade de superfície e precisão de 2-10μm, o que requer pós-processamento como retificação e polimento; material de suporte é difícil de remover ao imprimir peças com superfícies curvas complexas.

3. Custo Maior que Usinagem CNC Tradicional

Claro, este custo é principalmente devido ao custo de manutenção da máquina única rodando em alta carga por longo tempo como mencionado anteriormente, resultando em alto custo de produção em larga escala.

Também há o custo de materiais. O modelo de personalização profunda de tipo de peça na verdade não é um modelo de produção de baixo custo com mercado amplo.

A Impressão 3D Também Irá Disromper a Produção?

A impressão 3D não pode se tornar um método de produção principal devido à sua incapacidade de alcançar produção em massa. Mas isso não significa que a impressão 3D não se tornará uma parte melhor do processamento e uma nova tendência no processamento de produtos no futuro.

O problema principal agora é que a atual indústria de impressão 3D precisa localizar com precisão o tipo de mercado e público de seus produtos, e promover o mercado dentro da indústria. Manufatura aditiva tem que desenvolver um novo mundo em seu próprio novo campo. Ou seja, as vantagens e conceitos de manufatura totalmente aditiva, desenvolvendo suas próprias aplicações e mercados proprietários.