O chassi inteiro do carro da Divergent3D é impresso em 3D. Ele fez sua estreia pública no estande da SLM Solutions na Formnext 2018 em Frankfurt, Alemanha, de 13 a 16 de novembro.
Se você tem algum conhecimento prático de manufatura aditiva (MA), provavelmente já ouviu falar dos bicos de impressão 3D para a plataforma de motores a jato Leap da GE. A imprensa especializada vem cobrindo essa história desde 2012, pois foi de fato o primeiro caso amplamente divulgado de MA em ação em um ambiente de produção real.
Os bicos injetores de combustível de peça única substituem o que antes era um conjunto de 20 peças. Além disso, precisavam ter um design robusto, pois ficavam expostos a temperaturas de até 1.315 graus Celsius (2.400 graus Fahrenheit) dentro do motor a jato. A peça recebeu certificação de voo em 2016.
Atualmente, a GE Aviation possui mais de 16.000 encomendas para seus motores Leap. Devido à alta demanda, a empresa informou ter impresso seu 30.000º bico injetor de combustível em 3D no outono de 2018. A GE Aviation fabrica essas peças em Auburn, Alabama, onde opera mais de 40 impressoras 3D de metal para a produção de componentes. A GE Aviation informa que cada motor Leap possui 19 bicos injetores de combustível impressos em 3D.
Os executivos da GE podem estar cansados ​​de falar sobre bicos injetores, mas isso abriu caminho para o sucesso da empresa na manufatura aditiva. De fato, todas as novas reuniões de projeto de motores começam com uma discussão sobre como incorporar a manufatura aditiva aos esforços de desenvolvimento de produtos. Por exemplo, o novo motor GE 9X, atualmente em processo de certificação, possui 28 bicos injetores e um misturador de combustão impresso em 3D. Em outro exemplo, a GE Aviation está redesenhando um motor turboélice, cujo projeto é praticamente o mesmo há cerca de 50 anos, e ele contará com 12 peças impressas em 3D que ajudarão a reduzir o peso do motor em 5%.
“O que temos feito nos últimos anos é aprender a fabricar peças realmente grandes por meio de manufatura aditiva”, disse Eric Gatlin, chefe da equipe de manufatura aditiva da GE Aviation, falando ao público reunido no estande da empresa na Formnext 2018 em Frankfurt, Alemanha, no início de novembro.
Gatlin chegou a chamar a adoção da Manufatura Aditiva de uma “mudança de paradigma” para a GE Aviation. No entanto, sua empresa não está sozinha. Expositores da Formnext observaram que havia mais fabricantes (OEMs e fornecedores de primeiro nível) na edição deste ano do evento do que nunca. (Organizadores da feira relataram que 26.919 pessoas compareceram ao evento, um aumento de 25% em relação à Formnext de 2017.) Embora os fabricantes aeroespaciais tenham liderado o movimento para tornar a manufatura aditiva uma realidade no chão de fábrica, as empresas automotivas e de transporte estão encarando a tecnologia de uma nova maneira. Uma maneira muito mais séria.
Em uma conferência de imprensa da Formnext, o vice-presidente sênior da Ultimaker, Paul Heiden, compartilhou detalhes de como a Ford utilizou as impressoras 3D da empresa em sua fábrica de Colônia, na Alemanha, para criar ferramentas de produção para o Ford Focus. Ele afirmou que a empresa economizou cerca de 1.000 euros por ferramenta impressa em comparação com a compra da mesma ferramenta de um fornecedor externo.
Se os engenheiros de produção precisarem de ferramentas, podem carregar o projeto em um software de modelagem CAD 3D, aprimorá-lo, enviá-lo para uma impressora e tê-lo impresso em poucas horas. Os avanços em software, como a incorporação de mais tipos de materiais, ajudaram a tornar as ferramentas de projeto mais fáceis de usar, de modo que até mesmo pessoas sem treinamento específico conseguem trabalhar com o software, disse Heiden.
Com a Ford demonstrando a utilidade de ferramentas e dispositivos impressos em 3D, Heiden afirmou que o próximo passo para a empresa é resolver o problema do estoque de peças de reposição. Em vez de armazenar centenas de peças, as impressoras 3D serão usadas para imprimi-las conforme forem solicitadas. A partir daí, espera-se que a Ford observe o impacto que a tecnologia pode ter na produção de peças.
Outras empresas do setor automotivo já estão incorporando ferramentas de impressão 3D de maneiras inovadoras. A Ultimaker fornece exemplos de ferramentas que a Volkswagen utiliza em sua fábrica em Palmela, Portugal:
Produzida em uma impressora 3D Ultimaker, a ferramenta é usada para guiar a colocação de parafusos durante a montagem de rodas na fábrica da Volkswagen em Portugal.
Quando se trata de redefinir a fabricação de automóveis, outros estão pensando muito mais longe. Kevin Czinger, da Divergent3D, é um deles.
Czinger quer repensar a forma como os carros são construídos. Ele deseja criar uma nova abordagem usando modelagem computacional avançada e manufatura aditiva para criar chassis mais leves do que as estruturas tradicionais, com menos peças, maior desempenho e custo de produção reduzido. A Divergent3D apresentou seu chassi impresso em 3D no estande da SLM Solutions Group AG na Formnext.
O chassi impresso na máquina SLM 500 consiste em nós auto-encaixáveis ​​que se unem após a impressão. Os executivos da Divergent3D afirmam que essa abordagem para o projeto e montagem do chassi pode gerar uma economia de US$ 250 milhões, eliminando custos com ferramentas e reduzindo o número de peças em 75%.
A empresa espera vender esse tipo de unidade de produção para montadoras no futuro. A Divergent3D e a SLM formaram uma estreita parceria estratégica para atingir esse objetivo.
A Senior Flexonics não é uma empresa muito conhecida do público, mas é uma importante fornecedora de componentes para empresas dos setores automotivo, de motores a diesel, médico, de petróleo e gás e de geração de energia. Representantes da empresa se reuniram com a GKN Powder Metallurgy no ano passado para discutir as possibilidades da impressão 3D, e ambas compartilharam suas histórias de sucesso na Formnext 2018.
Os componentes redesenhados para aproveitar a Manufatura Aditiva incluem válvulas de admissão e escape para resfriadores de recirculação de gases de escape em caminhões comerciais, tanto para uso em rodovias quanto fora delas. A Advanced Flexonics está interessada em descobrir maneiras mais eficientes de criar protótipos que resistam a testes em condições reais e, possivelmente, à produção em massa. Com anos de experiência na produção de peças para aplicações automotivas e industriais, a GKN possui um profundo conhecimento da porosidade funcional de peças metálicas.
Este último ponto é importante porque muitos engenheiros acreditam que as peças para certas aplicações em veículos industriais exigem uma densidade de 99%. Em muitas dessas aplicações, isso não ocorre, de acordo com Adrian Keppler, CEO da EOS, conforme confirmado pelo fornecedor e parceiro de tecnologia de máquinas.
Após desenvolver e testar peças fabricadas com o material EOS StainlessSteel 316L VPro, a Senior Flexonics descobriu que as peças fabricadas por manufatura aditiva atendiam às suas metas de desempenho e podiam ser produzidas mais rapidamente do que as peças fundidas. Por exemplo, o portal pode ser impresso em 3D em 70% do tempo em comparação com o processo de fundição. Na conferência de imprensa, todas as partes envolvidas no projeto reconheceram o grande potencial para a futura produção em série.
“É preciso repensar a forma como as peças são fabricadas”, disse Kepler. “É preciso encarar a manufatura de uma maneira diferente. Não se trata de peças fundidas ou forjadas.”
Para muitos na indústria de manufatura aditiva, o objetivo final é ver a tecnologia ser amplamente adotada em ambientes de produção em larga escala. Aos olhos de muitos, isso representaria a aceitação completa.
A tecnologia de manufatura aditiva (AM) é utilizada para produzir essas válvulas de entrada e saída para resfriadores de recirculação de gases de escape em caminhões comerciais. A fabricante dessas peças protótipo, a Senior Flexonics, está investigando outros usos para a impressão 3D dentro da empresa.
Com isso em mente, desenvolvedores de materiais, softwares e máquinas estão trabalhando arduamente para entregar produtos que possibilitem essa transformação. Fabricantes de materiais buscam criar pós e plásticos que atendam às expectativas de desempenho de forma consistente. Desenvolvedores de software estão tentando expandir seus bancos de dados de materiais para tornar as simulações mais realistas. Fabricantes de máquinas estão projetando células que operam mais rapidamente e possuem faixas de produção maiores para acomodar mais peças simultaneamente. Ainda há trabalho a ser feito, mas existe grande entusiasmo em relação ao futuro da manufatura aditiva na produção industrial.
“Estou neste setor há 20 anos e, durante esse tempo, sempre ouvia: 'Estamos prestes a ter essa tecnologia em um ambiente de produção'. Então, esperamos e esperamos”, disse Paul Bates, diretor do Centro de Competência em Manufatura Aditiva da UL e gerente e presidente do Grupo de Usuários de Manufatura Aditiva. “Mas acho que finalmente estamos chegando ao ponto em que tudo está convergindo e está acontecendo.”
Dan Davis é editor-chefe da The FABRICATOR, a revista de fabricação e conformação de metais de maior circulação do setor, e de suas publicações irmãs, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal e The Welder. Ele trabalha nessas publicações desde abril de 2002.
O Relatório de Manufatura Aditiva foca no uso de tecnologias de manufatura aditiva na produção em larga escala. Atualmente, os fabricantes utilizam a impressão 3D para produzir ferramentas e dispositivos, e alguns até mesmo a manufatura aditiva para trabalhos de produção em grande volume. Suas histórias serão apresentadas aqui.