Utilizando as ferramentas do software 3D Spark, a equipe analisou diversos fatores que afetam os custos de produção. Alguns são específicos das peças, enquanto outros são específicos dos processos. Por exemplo, orientar as peças para minimizar os suportes e maximizar as superfícies construtivas.
Ao simular as forças em uma dobradiça, essas ferramentas conseguem remover material que tem pouco efeito. Isso resulta em uma redução de peso de 35%. Menos material também significa tempos de impressão mais rápidos, reduzindo ainda mais os custos.
Sinceramente, o que eles estão fazendo não deveria ser novidade para ninguém envolvido com impressão 3D. Faz sentido organizar a peça de forma racional. Já vimos a remoção de material desperdiçado tanto na impressão 3D quanto na manufatura tradicional. O mais interessante é usar ferramentas que ajudam a automatizar essa otimização. Não sabemos quanto o software custará e imaginamos que não seja voltado para o mercado de impressão 3D amador. Mas, pensando no que pode ser feito, suspeitamos que, com um pouco de prática e modelagem em softwares disponíveis, seja possível obter resultados semelhantes.
Em teoria, qualquer ferramenta capaz de realizar análises de elementos finitos deveria ser capaz de determinar o material a ser removido. Observamos que as montadoras estão utilizando impressão 3D.
“Ao simular as forças na dobradiça, essas ferramentas podem remover material que não tem um impacto significativo. Não sou engenheiro, mas li isso e pensei em Análise de Elementos Finitos. Aí vi você na penúltima frase. Você mencionou isso. Claro que as montadoras já fazem isso. Como podemos comparar? Esse modelo fornece força em situações de emergência, assim como em uso normal?”
Cada aresta, reentrância e filete exige tempo de usinagem e desgaste da ferramenta. Algumas trocas adicionais de ferramentas podem ser necessárias e, ao trabalhar em uma superfície diferente, as peças podem precisar ser usinadas e remontadas para que possam ser orientadas de forma a criar múltiplos rebaixos – desde que haja uma ferramenta adequada em todas as direções.
Acho que você poderia usar uma máquina com mais graus de liberdade para girar a peça até o melhor ângulo... Mas a que custo?
A impressão 3D geralmente não possui essas restrições de forma, tornando as peças complexas tão fáceis de produzir quanto as simples.
Por outro lado, a vantagem da usinagem subtrativa tradicional é que o material tende a ser isotrópico, apresentando resistência uniforme em todas as direções, e, sem faces internas planas, não há preocupação com má adesão devido à sinterização inadequada. Também é possível utilizar um laminador (etapa de baixo custo) para obter uma boa estrutura granular.
Todos os métodos de impressão 3D têm limitações de forma. Até mesmo partes da SLM (Selective Laser Melting). Como você pode imaginar, a natureza isotrópica da SLM não importa muito. As máquinas e os processos usados ​​diariamente proporcionam resultados bastante consistentes.
No entanto, a precificação é um assunto completamente diferente. Na indústria aeroespacial, a impressão 3D tem dificuldades para ser verdadeiramente competitiva.
Eu diria que a indústria aeroespacial é um dos poucos setores onde o custo da impressão 3D em metal se justifica. Os custos iniciais de fabricação representam uma fração ínfima do custo de um produto aeroespacial, e o peso é tão importante que é fácil encontrar uma aplicação para ele. Comparado aos custos altíssimos de garantia de qualidade para peças compostas, um processo de impressão qualificado e a inspeção de dimensões críticas podem proporcionar economia real e um alívio significativo.
O exemplo mais óbvio é tudo o que é impresso em motores de foguete atualmente. É possível eliminar muitos pontos de qualidade insatisfatória em tubulações complexas, reduzindo as perdas na linha de retorno e o peso. Acho que alguns bocais de motores são impressos em 3D (talvez o Superdraco?). Lembro-me vagamente de notícias sobre algum tipo de suporte metálico impresso em aviões da Boeing.
Produtos como os novos bloqueadores de sinal da Marinha e outros novos desenvolvimentos podem ter muitos suportes impressos em 3D. A vantagem das peças otimizadas topologicamente é que a análise de resistência é integrada ao processo de projeto e a análise de fadiga está diretamente ligada a ele.
No entanto, ainda levará algum tempo até que tecnologias como a DMLS (Sinterização Seletiva a Laser Direta) se popularizem na indústria automotiva e de manufatura. O peso passa a ter um impacto muito menor.
Uma aplicação onde funciona bem é em manifolds hidráulicos/pneumáticos. A capacidade de criar canais e cavidades curvas para revestimento termoencolhível é muito útil. Além disso, para fins de certificação, ainda é necessário realizar um teste de estresse de 100%, portanto, não é preciso um fator de segurança elevado (o estresse já é bastante alto de qualquer forma).
O problema é que muitas empresas se gabam de ter uma impressora SLM, mas poucas sabem como usá-la. Essas impressoras são usadas apenas para prototipagem rápida e ficam ociosas na maior parte do tempo. Como essa área ainda é considerada nova, espera-se que as impressoras se depreciem rapidamente e sejam descartadas em até 5 anos. Isso significa que, embora o custo em si possa ser muito baixo, conseguir um preço justo para um trabalho de produção é realmente difícil.
Além disso, a qualidade de impressão depende da condutividade térmica do material, o que significa que o alumínio tende a criar rugosidade superficial que pode levar a um desempenho problemático em termos de fadiga (embora isso não seja necessário para um coletor de admissão, caso o projeto seja voltado para ele). Ademais, embora o TiAlV6 imprima com excelente qualidade e apresente propriedades de resistência superiores ao alumínio de grau 5, o alumínio está disponível principalmente na forma de AlSi10Mg, que não é a liga mais resistente. O T6, embora adequado para fundição do mesmo material, não é adequado para peças fabricadas por SLM. O Scalmaloy é uma ótima opção, mas difícil de licenciar, sendo oferecido por poucos. Também é possível utilizar titânio com paredes mais finas.
A maioria das empresas também exige um rim, 20 amostras e até um filho para processar a peça impressa. Embora, funcionalmente, seja essencialmente a mesma coisa que as peças fundidas usinadas que custavam uma fortuna para serem fabricadas durante anos, elas acham que as peças impressas são mágicas e os clientes acham que elas têm muito dinheiro. Além disso, as empresas com certificação AS9100 geralmente não têm falta de trabalho e gostam de fazer o que fazem há muito tempo, sabendo que podem ganhar dinheiro com isso sem serem acusadas de causar um desastre.
Sim, a indústria aeroespacial pode se beneficiar de peças fabricadas por SLM, e algumas já se beneficiam, mas as peculiaridades do setor e das empresas que prestam esse serviço estão presas aos anos 70, o que dificulta um pouco as coisas. O único desenvolvimento real está no motor, onde os injetores de combustível impressos se tornaram comuns. Para nós, pessoalmente, a luta pelo fornecimento com a ASML é uma batalha árdua.
Tubo de escape para impressão 3D em aço inoxidável P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Outros fatores associados aos custos de usinagem incluem o gerenciamento das perdas de fluido de corte devido a lascamento e evaporação. Além disso, os cavacos precisam ser processados. Qualquer redução na quantidade de cavacos na produção em massa pode resultar em economias substanciais.
Isso geralmente é chamado de projeto topológico e, como você pode imaginar, é um nível adicional de análise além da análise de elementos finitos (FEA). Essa técnica só ganhou popularidade nos últimos anos, à medida que as ferramentas se tornaram mais acessíveis.
Sempre que você vir o nome Fraunhofer, significa que ele é patenteado e a comunidade de fabricantes ficará proibida de usá-lo por um longo período.
Em outras palavras: inventamos uma nova maneira de garantir que seu carro seja substituído assim que a garantia expirar.
Não vejo nenhuma ligação entre dobradiças de porta mais leves e uma conspiração maligna que te faça jogar o carro inteiro no lixo.
A análise da vida útil à fadiga é uma coisa; se você otimizar apenas a resistência do material, acabará com uma peça que não funcionará.
Mesmo que tenham projetado a peça deliberadamente mais frágil, ela não vai se desgastar logo após o fim da garantia, afinal, é apenas uma dobradiça, mas é nova, e é improvável que você precise jogar o carro inteiro fora... Haverá um carro novo durante a vida útil do veículo, porque, no geral, ele ainda é bom, mas essa peça barata/fácil de substituir se desgasta — nada de novo nisso...
Na prática, para garantir que atenda aos padrões de segurança, etc., provavelmente ainda passa por extensas reestruturações, como a maioria das estruturas/carrocerias/bancos de carros, devido às tensões que sofrerá no uso normal. No ponto de venda, a menos que exigido por lei em sua região.
"É só uma dobradiça", mas também é um exemplo de como projetar uma peça para uma vida útil específica. Se aplicado ao resto do carro, ele se transformará em uma sucata com o tempo.
O escândalo é resultado da frequente proteção de patentes (MP3, pelo visto!).
Toda a economia dos EUA é construída sobre um "chip" como esse. De acordo com alguns padrões, funciona :-/.
Fraunhofer realizou muita ciência. Não apenas pesquisa aplicada, mas também pesquisa fundamental. Tudo isso custa dinheiro. Se você quiser fazer isso sem patentes e licenças, precisa de mais financiamento governamental. Com licenças e patentes, pessoas em outros países também arcam com parte do custo, pois também se beneficiam da tecnologia. Além disso, todos esses estudos são muito importantes para manter a competitividade da indústria.
Segundo o site deles, parte do seu imposto é de cerca de 30% (Grundfinanzierung), e o restante vem de outras fontes disponíveis para outras empresas. A receita de patentes provavelmente faz parte desses 70%, então, se você não levar isso em consideração, haverá menos desenvolvimento ou mais impostos.
Por algum motivo desconhecido, o aço inoxidável é proibido e impopular em componentes de carroceria, motor, transmissão e suspensão. O aço inoxidável só pode ser encontrado em alguns escapamentos caros, e geralmente são de qualidade inferior, como o aço martensítico AISI 410. Se você quiser um escapamento bom e durável, terá que usar aço AISI 304/316 para fabricar algo semelhante.
Assim, todos os orifícios nessas peças acabarão ficando obstruídos com terra úmida e as peças começarão a enferrujar muito rapidamente. Como a peça é projetada para o menor peso possível, qualquer ferrugem a tornará imediatamente frágil demais para a função. Você teria sorte se essa peça fosse apenas uma dobradiça de porta ou algum suporte ou alavanca interna menos importante. Se você tiver peças de suspensão, peças de transmissão ou algo do tipo, estará em apuros.
PS: Alguém conhece algum carro de aço inoxidável que tenha sido exposto à umidade, descongelamento e sujeira por completo, incluindo a maior parte da carroceria? Todos os braços da suspensão, carcaças das ventoinhas do radiador, etc., podem ser comprados a qualquer preço. Conheço o DeLorean, mas infelizmente ele só tem painéis externos de aço inoxidável, e não toda a estrutura da carroceria e outros detalhes importantes.
Eu pagaria mais por um carro com carroceria, chassi, suspensão e sistema de escapamento em aço inoxidável, mas isso implica em um preço mais alto. O material não é apenas mais caro, como também mais difícil de moldar e soldar. Duvido que blocos e cabeçotes de motor em aço inoxidável façam algum sentido.
Também é muito difícil. Pelos padrões atuais de economia de combustível, o aço inoxidável não oferece nenhuma vantagem. Levará décadas para compensar o custo de carbono de um carro feito principalmente de aço inoxidável e, assim, recuperar os benefícios de durabilidade do material.
Por que você acha isso? O aço inoxidável tem a mesma densidade, mas é ligeiramente mais resistente (AISI 304 – 8000 kg/m³ e 500 MPa, 945 – 7900-8100 kg/m³ e 450 MPa). Com a mesma espessura de chapa, uma carroceria de aço inoxidável tem o mesmo peso que uma carroceria de aço comum. E não precisa ser pintada, então não há necessidade de primer/tinta/verniz adicionais.
Sim, alguns carros são feitos de alumínio ou até mesmo de titânio, sendo assim mais leves, mas geralmente pertencem ao segmento de luxo e os compradores não têm problema em comprar carros novos todos os anos. Além disso, o alumínio também enferruja, em alguns casos até mais rápido que o aço.
De forma alguma o aço inoxidável é mais difícil de moldar e soldar. É um dos materiais mais fáceis de soldar e, devido à sua maior ductilidade em comparação com o aço comum, pode ser moldado em formatos mais complexos. Procure por panelas, pias e outras peças estampadas em aço inoxidável, que são facilmente encontradas. Uma pia grande de aço inoxidável AISI 304 custa muito menos e tem um formato mais intrincado do que qualquer para-lama dianteiro estampado a partir daquela chapa de aço de baixa qualidade. Você pode facilmente moldar peças de carroceria usando aço inoxidável de alta qualidade em moldes comuns, e os moldes durarão mais tempo. Na União Soviética, algumas pessoas que trabalhavam em fábricas de automóveis às vezes fabricavam peças de carroceria em aço inoxidável nos equipamentos da fábrica para substituir seus carros. Você ainda pode encontrar o antigo Volga (GAZ-24) com assoalho, porta-malas ou para-lamas feitos de aço inoxidável. Mas isso se tornou impossível após o colapso da União Soviética. Não sei por que e como, e agora ninguém quer lucrar com isso. Também nunca ouvi falar de peças de carroceria em aço inoxidável sendo fabricadas em fábricas ocidentais ou em países em desenvolvimento. Tudo o que consegui encontrar foi um jipe ​​de aço inoxidável, mas, pelo que me lembro, os painéis de aço inoxidável foram reproduzidos à mão, não em fábrica. Há também uma história de fãs do Golf Mk2 da Virgínia Ocidental que tentaram encomendar um lote de para-lamas de aço inoxidável de fabricantes de peças de reposição como a Klokkerholm, que normalmente os fabricam em aço comum. Todos esses fabricantes cortaram imediatamente e grosseiramente qualquer conversa sobre o assunto, nem mesmo sobre o preço. Portanto, não é possível encomendar nada nessa região, nem mesmo em grandes quantidades.
Concordo, por isso não mencionei o motor na lista. A ferrugem definitivamente não é o principal problema do motor.
Sim, o aço inoxidável é mais caro, mas a carroceria de aço inoxidável não precisa ser pintada. O custo de uma peça pintada é muito maior do que o da própria peça. Portanto, uma carroceria de aço inoxidável pode ser mais barata do que uma enferrujada e durará praticamente para sempre. Basta substituir as buchas e juntas de borracha desgastadas do seu veículo e você não precisará comprar um carro novo. Quando fizer sentido, você pode até substituir o motor por algo mais eficiente ou mesmo elétrico. Sem desperdício, sem impacto ambiental desnecessário na fabricação de carros novos ou na operação de carros antigos. Mas, por algum motivo, esse método ecológico não está nas listas de ambientalistas e fabricantes.
No final da década de 1970, artesãos nas Filipinas fabricavam peças de aço inoxidável para a carroceria dos Jeepneys. Originalmente, esses veículos eram construídos a partir de Jeeps remanescentes da Segunda Guerra Mundial e da Guerra da Coreia, mas por volta de 1978, todos foram desmontados, pois era possível alongar a traseira para acomodar mais passageiros. Assim, tiveram que construir novas carrocerias do zero, utilizando aço inoxidável para evitar a ferrugem. Em uma ilha cercada por água salgada, isso era uma grande vantagem.
A chapa de aço inoxidável não possui equivalente em termos de material ao aço Hi-Ten. Isso é crucial para a segurança; lembre-se dos primeiros testes EuroNCAP em carros chineses que não utilizavam esse tipo de aço especial. Para peças complexas, nada supera o ferro fundido GS: barato, com altas propriedades de fundição e resistência à ferrugem. O golpe final é o preço. O aço inoxidável é realmente caro. Eles usam o exemplo de um carro esportivo por um bom motivo, onde o custo não importa, mas para a VW, definitivamente não.
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