A manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, continuou a evoluir por quase 35 anos desde seu uso comercial.As indústrias aeroespacial, automotiva, de defesa, energia, transporte, médica, odontológica e de consumo usam manufatura aditiva para uma ampla gama de aplicações.
Com uma adoção tão ampla, fica claro que a manufatura aditiva não é uma solução única para todos.De acordo com o padrão de terminologia ISO/ASTM 52900, quase todos os sistemas comerciais de manufatura aditiva se enquadram em uma das sete categorias de processo.Isso inclui extrusão de material (MEX), fotopolimerização em banho (VPP), fusão em leito de pó (PBF), pulverização de aglutinante (BJT), pulverização de material (MJT), deposição de energia direcionada (DED) e laminação de folha (SHL).Aqui eles são classificados por popularidade com base nas vendas unitárias.
Um número crescente de profissionais da indústria, incluindo engenheiros e gerentes, está aprendendo quando a manufatura aditiva pode ajudar a melhorar um produto ou processo e quando não pode.Historicamente, as principais iniciativas para implementar a manufatura aditiva vieram de engenheiros experientes com a tecnologia.A administração vê mais exemplos de como a manufatura aditiva pode melhorar a produtividade, reduzir os prazos de entrega e criar novas oportunidades de negócios.AM não substituirá a maioria das formas tradicionais de fabricação, mas se tornará parte do arsenal do empreendedor de desenvolvimento de produtos e capacidades de fabricação.
A manufatura aditiva tem uma ampla gama de aplicações, desde a microfluídica até a construção em larga escala.Os benefícios do AM variam de acordo com o setor, a aplicação e o desempenho necessário.As organizações devem ter bons motivos para implementar AM, independentemente do caso de uso.Os mais comuns são modelagem conceitual, verificação de projeto e verificação de adequação e funcionalidade.Mais e mais empresas estão usando para criar ferramentas e aplicativos para produção em massa, incluindo desenvolvimento de produtos personalizados.
Para aplicações aeroespaciais, o peso é um fator importante.Custa cerca de US$ 10.000 para colocar uma carga útil de 0,45 kg na órbita da Terra, de acordo com o Marshall Space Flight Center da NASA.Reduzir o peso dos satélites pode economizar nos custos de lançamento.A imagem em anexo mostra uma parte AM de metal Swissto12 que combina vários guias de onda em uma parte.Com AM, o peso é reduzido para menos de 0,08 kg.
A manufatura aditiva é usada em toda a cadeia de valor no setor de energia.Para algumas empresas, o caso de negócios para usar AM é iterar projetos rapidamente para criar o melhor produto possível no menor tempo possível.Na indústria de petróleo e gás, peças ou conjuntos danificados podem custar milhares de dólares ou mais em perda de produtividade por hora.Usar AM para restaurar operações pode ser especialmente atraente.
Um dos principais fabricantes de sistemas DED, o MX3D, lançou um protótipo de ferramenta de reparo de tubos.Um oleoduto danificado pode custar entre € 100.000 e € 1.000.000 (US$ 113.157 a US$ 1.131.570) por dia, de acordo com a empresa.O acessório mostrado na próxima página usa uma peça CNC como moldura e usa DED para soldar a circunferência do tubo.O AM fornece altas taxas de deposição com desperdício mínimo, enquanto o CNC fornece a precisão necessária.
Em 2021, uma caixa de água impressa em 3D foi instalada em uma plataforma de petróleo da TotalEnergies no Mar do Norte.Camisas de água são um elemento crítico usado para controlar a recuperação de hidrocarbonetos em poços em construção.Nesse caso, os benefícios do uso da manufatura aditiva são tempos de entrega reduzidos e emissões reduzidas em 45% em comparação com as tradicionais camisas de água forjadas.
Outro caso de negócios para manufatura aditiva é a redução de ferramentas caras.A Phone Scope desenvolveu adaptadores digiscoping para dispositivos que conectam a câmera do seu telefone a um telescópio ou microscópio.Novos telefones são lançados todos os anos, exigindo que as empresas lancem uma nova linha de adaptadores.Ao usar AM, uma empresa pode economizar dinheiro em ferramentas caras que precisam ser substituídas quando novos telefones são lançados.
Como em qualquer processo ou tecnologia, a manufatura aditiva não deve ser utilizada por ser considerada nova ou diferente.Isso é para melhorar o desenvolvimento de produtos e/ou processos de fabricação.Deve agregar valor.Exemplos de outros casos de negócios incluem produtos personalizados e personalização em massa, funcionalidade complexa, peças integradas, menos material e peso e melhor desempenho.
Para que a AM realize seu potencial de crescimento, os desafios precisam ser enfrentados.Para a maioria das aplicações de fabricação, o processo deve ser confiável e reprodutível.Os métodos subsequentes de automatizar a remoção de material de peças e suportes e pós-processamento ajudarão.A automação também aumenta a produtividade e reduz o custo por peça.
Uma das áreas de maior interesse é a automação de pós-processamento, como remoção de pó e acabamento.Ao automatizar o processo de produção em massa de aplicativos, a mesma tecnologia pode ser repetida milhares de vezes.O problema é que os métodos de automação específicos podem variar de acordo com o tipo de peça, tamanho, material e processo.Por exemplo, o pós-processamento de coroas dentárias automatizadas é muito diferente do processamento de peças de motores de foguetes, embora ambos possam ser feitos de metal.
Como as peças são otimizadas para AM, recursos mais avançados e canais internos são frequentemente adicionados.Para PBF, o objetivo principal é remover 100% do pó.A Solukon fabrica sistemas automáticos de remoção de pó.A empresa desenvolveu uma tecnologia chamada Smart Powder Recovery (SRP) que gira e vibra peças de metal que ainda estão presas à placa de construção.Rotação e vibração são controladas pelo modelo CAD da peça.Ao mover e agitar com precisão as peças, o pó capturado flui quase como um líquido.Essa automação reduz o trabalho manual e pode melhorar a confiabilidade e reprodutibilidade da remoção de pó.
Os problemas e limitações da remoção manual de pó podem limitar a viabilidade do uso de AM para produção em massa, mesmo em pequenas quantidades.Os sistemas de remoção de pó metálico Solukon podem operar em uma atmosfera inerte e coletar pó não utilizado para reutilização em máquinas AM.A Solukon realizou uma pesquisa com clientes e publicou um estudo em dezembro de 2021 mostrando que as duas maiores preocupações são saúde ocupacional e reprodutibilidade.
A remoção manual do pó das estruturas de resina PBF pode ser demorada.Empresas como DyeMansion e PostProcess Technologies estão construindo sistemas de pós-processamento para remover pó automaticamente.Muitas peças de manufatura aditiva podem ser carregadas em um sistema que inverte e ejeta o meio para remover o excesso de pó.A HP tem seu próprio sistema que supostamente remove o pó da câmara de construção do Jet Fusion 5200 em 20 minutos.O sistema armazena o pó não derretido em um recipiente separado para reutilização ou reciclagem para outras aplicações.
As empresas podem se beneficiar da automação se ela puder ser aplicada à maioria das etapas de pós-processamento.A DyeMansion oferece sistemas para remoção de pó, preparação de superfície e pintura.O sistema PowerFuse S carrega as peças, vaporiza as peças lisas e as descarrega.A empresa fornece um rack de aço inoxidável para pendurar peças, que é feito à mão.O sistema PowerFuse S pode produzir uma superfície semelhante a um molde de injeção.
O maior desafio da indústria é entender as oportunidades reais que a automação tem a oferecer.Se for necessário fabricar um milhão de peças de polímero, os processos tradicionais de fundição ou moldagem podem ser a melhor solução, embora isso dependa da peça.A AM geralmente está disponível para a primeira execução de produção na produção e teste de ferramentas.Por meio do pós-processamento automatizado, milhares de peças podem ser produzidas de maneira confiável e reproduzível usando AM, mas é específico da peça e pode exigir uma solução personalizada.
AM não tem nada a ver com a indústria.Muitas organizações apresentam resultados interessantes de pesquisa e desenvolvimento que podem levar ao bom funcionamento de produtos e serviços.Na indústria aeroespacial, a Relativity Space produz um dos maiores sistemas de fabricação de aditivos metálicos usando tecnologia DED proprietária, que a empresa espera que seja usada para fabricar a maioria de seus foguetes.Seu foguete Terran 1 pode transportar uma carga útil de 1.250 kg para a órbita baixa da Terra.A Relativity planeja lançar um foguete de teste em meados de 2022 e já está planejando um foguete maior e reutilizável chamado Terran R.
Os foguetes Terran 1 e R da Relativity Space são uma maneira inovadora de reimaginar como serão os futuros voos espaciais.O design e a otimização para manufatura aditiva despertaram interesse nesse desenvolvimento.A empresa afirma que esse método reduz o número de peças em 100 vezes em comparação com os foguetes tradicionais.A empresa também afirma que pode produzir foguetes a partir de matérias-primas em 60 dias.Este é um ótimo exemplo de combinação de várias partes em uma e simplificação significativa da cadeia de suprimentos.
Na indústria odontológica, a manufatura aditiva é usada para fazer coroas, pontes, gabaritos de perfuração cirúrgica, próteses parciais e alinhadores.A Align Technology e a SmileDirectClub usam impressão 3D para produzir peças para termoformagem de alinhadores de plástico transparente.A Align Technology, fabricante dos produtos da marca Invisalign, utiliza muitos dos sistemas de fotopolimerização em banhos 3D Systems.Em 2021, a empresa disse que tratou mais de 10 milhões de pacientes desde que recebeu a aprovação do FDA em 1998. Se o tratamento de um paciente típico consistir em 10 alinhadores, o que é uma estimativa baixa, a empresa produziu 100 milhões ou mais de peças AM.As peças FRP são difíceis de reciclar porque são termofixas.O SmileDirectClub usa o sistema HP Multi Jet Fusion (MJF) para produzir peças termoplásticas que podem ser recicladas para outras aplicações.
Historicamente, a VPP não foi capaz de produzir peças finas e transparentes com propriedades de resistência para uso como aparelhos ortodônticos.Em 2021, LuxCreo e Graphy lançaram uma possível solução.A partir de fevereiro, a Graphy obteve a aprovação do FDA para impressão 3D direta de aparelhos dentários.Se você imprimi-los diretamente, o processo de ponta a ponta é considerado mais curto, mais fácil e potencialmente menos dispendioso.
Um desenvolvimento inicial que recebeu muita atenção da mídia foi o uso da impressão 3D para aplicações de construção em grande escala, como habitações.Muitas vezes as paredes da casa são impressas por extrusão.Todas as outras partes da casa foram feitas usando métodos e materiais tradicionais, incluindo pisos, tetos, telhados, escadas, portas, janelas, eletrodomésticos, armários e bancadas.Paredes impressas em 3D podem aumentar o custo de instalação de eletricidade, iluminação, encanamento, dutos e aberturas para aquecimento e ar condicionado.Terminar o interior e o exterior de uma parede de concreto é mais difícil do que com um projeto de parede tradicional.Modernizar uma casa com paredes impressas em 3D também é uma consideração importante.
Pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory estão estudando como armazenar energia em paredes impressas em 3D.Ao inserir tubos na parede durante a construção, a água pode fluir através dela para aquecimento e resfriamento. Este projeto de P&D é interessante e inovador, mas ainda está em um estágio inicial de desenvolvimento. Este projeto de P&D é interessante e inovador, mas ainda está em um estágio inicial de desenvolvimento.Este projeto de pesquisa é interessante e inovador, mas ainda está em estágios iniciais de desenvolvimento.Este projeto de pesquisa é interessante e inovador, mas ainda em estágios iniciais de desenvolvimento.
A maioria de nós ainda não está familiarizada com a economia da impressão 3D de peças de construção ou outros objetos grandes.A tecnologia tem sido usada para produzir algumas pontes, toldos, bancos de jardim e elementos decorativos para edifícios e ambientes externos.Acredita-se que as vantagens da manufatura aditiva em pequenas escalas (de alguns centímetros a vários metros) se apliquem à impressão 3D em larga escala.Os principais benefícios do uso da manufatura aditiva incluem a criação de formas e recursos complexos, redução do número de peças, redução de material e peso e aumento da produtividade.Se AM não agregar valor, sua utilidade deve ser questionada.
Em outubro de 2021, a Stratasys adquiriu a participação restante de 55% na Xaar 3D, uma subsidiária da fabricante britânica de impressoras a jato de tinta industrial Xaar.A tecnologia PBF de polímero da Stratasys, chamada Selective Absorbion Fusion, é baseada nas cabeças de impressão a jato de tinta Xaar.A máquina Stratasys H350 compete com o sistema HP MJF.
Comprar o Desktop Metal foi impressionante.Em fevereiro de 2021, a empresa adquiriu a Envisiontec, fabricante de longa data de sistemas industriais de manufatura aditiva.Em maio de 2021, a empresa adquiriu a Adaptive3D, desenvolvedora de polímeros VPP flexíveis.Em julho de 2021, a Desktop Metal adquiriu a Aerosint, desenvolvedora de processos de revestimento em pó multimateriais.A maior aquisição ocorreu em agosto, quando a Desktop Metal comprou a concorrente ExOne por US$ 575 milhões.
A aquisição da ExOne pela Desktop Metal reúne dois renomados fabricantes de sistemas BJT de metal.Em geral, a tecnologia ainda não atingiu o nível que muitos acreditam.As empresas continuam abordando questões como repetibilidade, confiabilidade e compreensão da causa raiz dos problemas à medida que surgem.Mesmo assim, se os problemas forem resolvidos, ainda há espaço para a tecnologia chegar a mercados maiores.Em julho de 2021, a 3DEO, uma prestadora de serviços que usa um sistema proprietário de impressão 3D, disse que havia enviado um milionésimo aos clientes.
Os desenvolvedores de software e plataforma de nuvem tiveram um crescimento significativo na indústria de manufatura aditiva.Isso é especialmente verdadeiro para sistemas de gerenciamento de desempenho (MES) que rastreiam a cadeia de valor AM.A 3D Systems concordou em adquirir a Oqton em setembro de 2021 por $ 180 milhões.Fundada em 2017, a Oqton fornece soluções baseadas em nuvem para melhorar o fluxo de trabalho e melhorar a eficiência AM.A Materialize adquiriu a Link3D em novembro de 2021 por $ 33,5 milhões.Como Oqton, a plataforma de nuvem do Link3D rastreia o trabalho e simplifica o fluxo de trabalho AM.
Uma das últimas aquisições em 2021 é a aquisição da Wohlers Associates pela ASTM International.Juntos, eles estão trabalhando para alavancar a marca Wohlers para apoiar a adoção mais ampla de AM em todo o mundo.Por meio do ASTM AM Center of Excellence, a Wohlers Associates continuará a produzir relatórios e outras publicações da Wohlers, além de fornecer serviços de consultoria, análise de mercado e treinamento.
A indústria de manufatura aditiva amadureceu e muitas indústrias estão usando a tecnologia para uma ampla gama de aplicações.Mas a impressão 3D não substituirá a maioria das outras formas de fabricação.Em vez disso, é usado para criar novos tipos de produtos e modelos de negócios.As organizações usam AM para reduzir o peso das peças, reduzir os prazos de entrega e os custos das ferramentas e melhorar a personalização e o desempenho do produto.Espera-se que a indústria de manufatura aditiva continue sua trajetória de crescimento com o surgimento de novas empresas, produtos, serviços, aplicativos e casos de uso, geralmente em uma velocidade vertiginosa.