Como a impressão 3D alimenta a indústria 4.0

Como a impressão 3D alimenta a indústria 4.0

Nota do editor:Este artigo faz parte do relatório especial da AspenCore “Enabling the Factory of 2030”.

Imagine imprimir um smartphone completo e funcional num computador de secretária – embora ainda seja uma visão distante, a produção aditiva (AM) já está a remodelar a forma como os componentes eletrónicos, desde conectores a placas de circuito impresso, são produzidos.

De acordo com um relatório recente do Hubs, os rápidos avanços em impressoras, materiais e software levaram o 3DP da prototipagem à produção confiável para uso final. “Estamos em um ponto de inflexão em que as peças de uso final agora são comuns”, diz Sam Manning, porta-voz da Markforged, avaliada em US$ 101 milhões.

Impacto Industrial

O 3DP elimina a necessidade de parceiros estrangeiros, reduz os riscos de propriedade intelectual e permite a produção no local nas quantidades exatas necessárias. Essa abordagem “just-in-time com esteróides” reduz as quantidades mínimas de pedidos, os prazos de entrega e os custos de estoque.

A Flex, fornecedora de EMS de US$ 29,72 bilhões, identificou o 3DP como um pilar de sua estratégia Industry4.0. Protótipos digitais rápidos preenchem a lacuna entre as equipes de design e fabricação, criando um repositório digital ativo que é atualizado instantaneamente a cada alteração no projeto.

A automação de processos – otimização da segmentação de dados, orientação inteligente de peças, layout de lote e pós-processamento – impulsiona a velocidade, a qualidade e a consistência da impressão. O fatiamento converte um modelo 3D em instruções legíveis por máquina que a impressora segue.

“As fábricas não precisam mais armazenar peças durante anos”, explica Manning. “Se precisar de uma peça, você pode imprimir uma sob demanda.”

O que há de novo em 3DP

O ecossistema 3DP agora inclui AM de metal de grande formato, como o sistema de fusão de leito de pó a laser no eixo Z de 1,5 metros da SLM Solutions para a Força Aérea dos EUA, e o sistema de arco de fio metálico em formato quase líquido da Caracol que usa braços de soldagem robóticos para grandes estruturas e reparos.

A maior ferramenta impressa até o momento é uma ferramenta de corte usada pela Boeing para segurar o revestimento da asa do 777X durante a usinagem. Os materiais 3DP abrangem termoplásticos de engenharia, resinas, compósitos, pós poliméricos e pós metálicos, com avanços recentes na impressão não planar que eliminam suportes para saliências.

Manning observa:"Não fabricamos apenas impressoras; desenvolvemos materiais e software. Um ecossistema integrado e orientado por IA acelera a adoção".

Casos de uso

A 3DP é excelente em prototipagem, ferramentas e customização em massa. Protótipos rápidos permitem que os projetistas validem a forma, o ajuste e a função antes da produção em grande escala. As ferramentas – gabaritos, acessórios e auxiliares de montagem – podem ser impressas sob demanda, reduzindo o tempo de inatividade da máquina e aumentando a agilidade. A Toyota, por exemplo, cita prazos de entrega mais rápidos e liberdade de projeto como principais benefícios das ferramentas AM.

A produção de baixo volume torna-se economicamente viável. As empresas podem produzir itens de edição limitada ou peças sobressalentes sem grandes estoques. As impressoras 3D da HP são usadas pela Toyota para imprimir peças de reposição sob demanda.

A personalização em massa é possível quando os arquivos CAD são adaptados a clientes individuais. Formify usa 3DP para produzir mouses ergonômicos com base em varreduras manuais.

A produção em série também está surgindo:a Protolabs opera uma frota de 150 impressoras 3D, entregando até 1 milhão de peças anualmente, um feito possibilitado por fluxos de trabalho totalmente automatizados e apagados.

Sustentabilidade

Os fabricantes enfrentam pressão para cortar custos e, ao mesmo tempo, reduzir o impacto ambiental. O 3DP produz menos desperdício de material do que métodos subtrativos, como usinagem CNC, e pode reciclar pó não utilizado. Também consome menos energia, com robôs como o sistema de luzes apagadas da Athena Manufacturing preparando e imprimindo peças continuamente.

As ferramentas de design com tecnologia de IA minimizam as falhas de impressão e otimizam os modelos CAD, reduzindo ainda mais o desperdício. A produção localizada elimina logística complexa, reduzindo as pegadas de carbono. A redução do peso dos componentes em 20% pode aumentar a eficiência de combustível em 10% nas aeronaves, de acordo com a Hubs.

Ativos de longa vida, como aeronaves e automóveis, beneficiam de peças sobresselentes a pedido, prolongando a sua vida operacional.

Perspectivas de Mercado

Em 2022, o mercado 3DP – incluindo sistemas, software, materiais e serviços – atingiu 17 mil milhões de dólares, crescendo 13% anualmente. Hubs projeta um CAGR de 17%, atingindo US$ 19,9 bilhões em 2023.

“3DP é uma ferramenta poderosa para engenheiros”, diz Manning. “Isso não substituirá a fabricação tradicional, mas está se tornando uma parte padrão do kit de ferramentas de design”.

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