A Impressão 3D Vai Desestabilizar a Indústria de Ferramentaria?

Publicado em 11 de novembro de 2019 | Por WayKen Rapid Manufacturing

Fabricar um produto não envolve simplesmente processar as peças reais e montá-las. O processo de produção envolve muitas tarefas adicionais, como desenvolver embalagens, pensar em logística e, o mais importante — desenvolver e produzir a ferramentaria. Ferramentaria é um termo geral para os componentes necessários para a produção bem-sucedida de todos os componentes no volume requerido e com todos os requisitos prescritos. A indústria de ferramentaria custa bilhões de dólares para empreendedores em todo o mundo. Os custos de ferramentaria podem chegar a até 50% do custo total do produto. No entanto, novas tecnologias estão sendo desenvolvidas para diminuir o tempo e o preço da ferramentaria. A impressão 3D provou ser uma técnica confiável e promissora para tal trabalho.

Ao longo dos anos, a tecnologia de manufatura aditiva, ou como é comumente chamada, impressão 3D, por analogia com o processo convencional de cópia de imagens digitais 2D em uma folha de papel. À medida que a técnica amadureceu, a precisão, resistência da peça, acabamento superficial e gama de materiais para manufatura aditiva cresceram drasticamente. Há 5 anos, as peças impressas só podiam ser usadas para maquetes e apresentações. Hoje, ouvimos falar de componentes de metal impressos sendo instalados em motores da Airbus, ônibus espaciais e carros. Isso significa que a impressão 3D se tornou útil para ferramentaria também. Se considerarmos tal desenvolvimento rápido, talvez seja possível que a impressão 3D consiga substituir todos os processos convencionais de fabricação de ferramentaria em toda a indústria?

Impressão 3D de Plástico para Substituir Ferramentaria Macia

Ferramentaria macia geralmente se refere a elementos que não requerem muitas deficiências. O exemplo mais comum de ferramentaria macia são moldes de silicone para fundição de plástico. Eles são fabricados a partir de diferentes misturas de silicone curado, enquanto a ferramentaria dura para injeção é feita de ligas metálicas. Sua durabilidade é minúscula comparada à ferramentaria dura (apenas 1-1000 peças dependendo da complexidade), mas o preço é consideravelmente mais barato. Moldes de silicone são perfeitos para serem usados em trabalhos de prototipagem, fabricação de baixo volume e personalização. Você precisaria apenas de um modelo mestre e uma ou duas formas de matriz para produzir um pequeno mas significativo lote de peças. Então, como a manufatura aditiva pode melhorar e substituir o processo convencional aqui?

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Melhorias pela Manufatura Aditiva

Primeiramente, a impressão 3D já desempenha um papel significativo na fundição de silicone. É indispensável para a fabricação do modelo mestre. A impressão 3D se destaca na produção de uma única peça personalizada e a vantagem é que a complexidade da geometria desempenha pouco ou nenhum papel no tempo e custo final. Uma única peça personalizada complexa é a definição do modelo mestre para fundição de plástico. Após o modelo mestre estar pronto, ele é submerso em silicone líquido e, uma vez endurecido, duas metades da matriz são obtidas.

E se formos além e produzirmos as próprias matrizes de silicone simplesmente imprimindo os moldes de silicone. Isso eliminaria a necessidade de um modelo mestre e seu pós-processamento. Impressoras 3D modernas não atingem exatamente o acabamento superficial necessário com os materiais necessários, mas podem produzir peças extremamente lisas com polímeros mais macios. Quem dirá que as impressoras não conseguirão alcançar a mesma precisão em materiais mais complexos em alguns anos? Quando isso acontecer, a indústria convencional de ferramentaria de silicone terá problemas.

Impressão 3D e a Indústria de Injeção

Olhamos para a ferramentaria macia. Agora, vamos ver o que a impressão 3D pode trazer para a indústria de ferramentaria dura. A maior parte desta indústria envolve matrizes de aço duráveis para peças de injeção de plástico. No entanto, a ferramentaria dura inclui matrizes de forjamento de metal, dispositivos de fixação de usinagem e ferramentas de fixação de medição (ou unidades de equipamento de medição especializadas para peças específicas).

Ferramentaria Dura para Diferentes Indústrias

A ferramentaria dura é mais comumente produzida por usinagem CNC. As matrizes e dispositivos são feitos de aço inoxidável ou ligas metálicas duras, que podem ser tratadas termicamente para aumentar ainda mais sua vida. Tais materiais são muito difíceis de processar. É por isso que o processamento de fabricação de ferramentaria dura custa muito dinheiro e leva uma parte significativa do tempo de espera do produto.

A ferramentaria dura é geralmente fabricada como uma única unidade ou como um lote muito pequeno. Comumente tem uma geometria muito complexa com características internas. Esta situação é exatamente onde a impressão 3D se destaca. No entanto, a manufatura aditiva ainda não é amplamente usada para produzir matrizes.

Razões Pelas Quais Não Vemos Manufatura Aditiva Ainda

Existem algumas razões para isso. Uma razão é que a Manufatura Aditiva de metal ainda não fornece a precisão e acabamento superficial que peças usinadas por CNC podem alcançar. Então, você não pode evitar completamente o processamento por ferramentas de corte. Tudo isso significa que você não pode evitar o pós-processamento e o custo de peças pós-processadas é mais alto. No entanto, a razão mais importante é que as propriedades de fadiga de peças sinterizadas não foram bem pesquisadas ainda. Isso significa que a durabilidade de peças impressas não pode ser prevista de forma confiável. Uma vez que mais testes de pesquisa sejam executados, podemos estabelecer as curvas de fadiga gerais dos materiais sinterizados. Uma vez feito isso, será possível usar manufatura aditiva para componentes duráveis. Além disso, não há tantos materiais adequados para sinterização de peças de metal, então as variações de matrizes são limitadas.

O Futuro da Ferramentaria

Agora que conhecemos as limitações atuais da impressão 3D em metal, vamos ver o que pode acontecer no futuro quando essas limitações forem eventualmente superadas. Se desenvolvemos impressoras que podem fazer peças precisas de componentes complexos, o ritmo de fabricação disparará de fato. As matrizes serão fabricadas em meros dias e muito mais baratas comparadas à fabricação atual. O custo de usinar uma única peça é muito alto, enquanto imprimir uma peça personalizada em 3D é na verdade mais lucrativo do que fazer um lote. A dureza do material não importará, pois é derretida localmente e não cortada.

E por último, mas não menos importante, a manufatura aditiva pode adicionar muito em termos de canais de resfriamento internos. Brocas e mandris não conseguem atingir cavidades e espaços mais profundos, o que resulta em diferentes taxas de resfriamento. No entanto, tecnologias aditivas podem oferecer qualquer forma complexa de canais que são eficientes, uniformemente distribuídos sobre a cavidade, e não adicionam ao custo da matriz.

Conclusão

A manufatura aditiva tem um longo caminho a percorrer para substituir métodos convencionais à prova de falhas de criação de ferramentaria. No entanto, uma vez que a tecnologia amadurecer e as propriedades de suas peças forem melhor compreendidas, os métodos convencionais não terão chance.