Reduza a Superengenharia: Substituindo Peças Metálicas por Plásticos Avançados

Engenheiros frequentemente recorrem a metais para criar produtos robustos porque são fortes, tipicamente resistentes à corrosão, termicamente estáveis e bem compreendidos pela comunidade de engenharia. Dados os avanços em termoplásticos e termofixos altamente projetados, técnicas de manufatura e ferramentas de design digital, os plásticos são mais capazes do que você imagina. É possível que você esteja superengenheirando sua peça ao fazê-la de metal e perdendo as muitas propriedades favoráveis dos plásticos.

Pontos a considerar

Para decidir se sua peça é boa candidata à conversão de metal, é importante entender os requisitos de desempenho do seu produto. Quais são as condições operacionais? Quais são os casos de carga? Quanto de *creep*/fadiga é aceitável? Quais são as especificações de resistência química e UV? Sua peça pode ter requisitos inegociáveis que a tornam inadequada para conversão, mas a ampla gama de propriedades de materiais e variedades de plásticos no mercado torna encontrar uma alternativa adequada mais fácil do que nunca.

Forte o suficiente

Embora plásticos não tenham a resistência do metal, certos plásticos são fortes o suficiente para muitas aplicações. Por exemplo, Éster Cianato, um polímero proprietário feito para a tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) da Carbon®, tem alta deflexão térmica, resistência e rigidez. Em particular, a rigidez é comparável a um nylon reforçado com fibra de vidro e já foi usado para substituir alguns componentes metálicos legados onde custo ou peso são considerações mais importantes. Redesenho cuidadoso usando recursos estruturais complexos como nervuras e reforços pode permitir converter sua peça de metal para plástico e ainda atender aos requisitos funcionais.

Em alguns casos, peças plásticas podem até superar peças metálicas. Peças metálicas com geometrias complexas às vezes requerem processos secundários como soldagem de componentes separados para atingir a geometria final. Soldas introduzem pontos de fraqueza e corrosão potenciais, enquanto um componente plástico pode ser produzido como peça única sem esses defeitos, como visto na imagem abaixo.

Ganhos de desempenho

Os plásticos atuais também oferecem ampla gama de benefícios funcionais. Por exemplo, engrenagens são boas candidatas à conversão, porque o plástico certo pode não exigir lubrificação externa, o que o metal frequentemente exige. Além disso, em ambientes altamente corrosivos, a peça plástica pode ter vida útil mais longa e, em última análise, superar sua contraparte metálica.

Outros benefícios funcionais do plástico incluem vedação aprimorada, amortecimento de vibração e som, e resistividade elétrica e térmica. Métodos de manufatura de plástico também atingem tolerâncias mais altas que componentes de chapa metálica ou fundidos. Por fim, métodos de manufatura de plástico dão mais controle sobre a estética do produto, permitindo personalizar cores, adicionar logotipos personalizados ou aplicar texturas.

Economizando dinheiro e tempo

Existem muitas economias de custo a descobrir ao redesenhar peças metálicas. Um exemplo óbvio é na aeroespacial, onde redução de massa de meras onças se traduz em dólares significativos. Outras áreas onde você pode encontrar economias incluem:

• Economia de material e tempo eliminando a necessidade de revestimento ou pintura adicional exigida para muitas peças metálicas
• Economia de custo com maior eficiência de material de processos near-net-shape
• Redução de tempo e custo de mão de obra através de consolidação de montagem possibilitada por moldagem e impressão 3D

Aqui está um exemplo real de economia de custo do nosso negócio. Dutos de ar são ótimos candidatos para consolidação de peças porque geometria e fluxo de ar podem ser otimizados com manufatura aditiva. A Fast Radius fabrica o duto de resfriamento na série de impressoras HP 500/300 usando HP MJF. Ao consolidar oito peças (principalmente metálicas) em uma, a HP conseguiu simplificar sua cadeia de suprimentos e reduzir o custo do componente em 30%.

Moldagem ou impressão?

Muitos fatores influenciam a decisão de qual processo de manufatura plástica usar. Os seguintes fatores fornecem orientação sobre quando considerar manufatura aditiva em vez de técnicas tradicionais de moldagem.

• Prazo de entrega — Enquanto a preparação de ferramentas para moldagem pode levar meses, a manufatura aditiva reduz o prazo para dias ou semanas, acelerando o lançamento do produto.
• Ponto de equilíbrio — Muitos processos de moldagem exigem altos volumes para fazer sentido financeiro devido a altos custos de ferramentas e preparação. Em volumes menores, a manufatura aditiva oferece economia significativa.
• Liberdade de design — A manufatura aditiva torna possíveis designs antes impossíveis de fabricar, desbloqueando muito valor. Adição de recursos estruturais complexos como treliças, geometrias orgânicas e personalização entre peças.

Torne melhor

Só porque algo funciona não significa que você não deva tentar fazê-lo funcionar melhor. Converter peças ou montagens metálicas para plástico pode ser um ótimo lugar para encontrar eficiência e economia de custo no seu BOM. Aqui na Fast Radius, ajudamos inúmeras empresas a melhorar design e desempenho de produtos convertendo de metal para plástico. Por exemplo, convertemos o trocador de calor tradicional para Éster Cianato e obtivemos melhoria de 2x na transferência de calor. Também ajudamos a Bastian Solutions a criar um braço mais leve para seu robô de manuseio de materiais fazendo uma única peça aditivamente com PA 12 em vez de uma montagem principalmente metálica.

Então, da próxima vez que estiver projetando uma peça metálica, desafiamo-lo a parar e perguntar: esta peça poderia ser feita melhor com plástico?

Quer parar de superengenheirar suas peças metálicas? Entre em contato com os especialistas da Fast Radius, que podem ajudar a identificar peças, redesenhá-las e fabricá-las com mais eficiência.

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