Do pó ao componente: impressão 3D para fabricantes de máquinas móveis
A manufatura aditiva, comumente conhecida como impressão 3D, tornou-se um conceito-chave na indústria off-road. Todos os principais fabricantes de maquinário de construção, florestal e agrícola, bem como seus parceiros OEM, estão usando essa abordagem para protótipos e produção de pequenos lotes e alguns até integraram totalmente a impressão 3D na produção em massa.
De 12 a 18 de novembro, SYSTEMS & COMPONENTS em Hannover, Alemanha, será o principal local para todos os fornecedores e usuários de máquinas móveis interessados em impressão 3D industrial.
Disponibilidade personalizada, adaptabilidade, pequenas quantidades de produção e um alto grau de liberdade na forma e na forma – a manufatura aditiva pode reduzir drasticamente os tempos de desenvolvimento e produzir geometrias de componentes altamente complexas com economia. Os desenvolvimentos mais recentes estão atraindo cada vez mais o interesse das indústrias off-road e, em SYSTEMS & COMPONENTS, a impressão 3D deixará seu nicho de prototipagem rápida e se preparará para mudar significativamente a cadeia de valor industrial em todos os setores. Ao contrário da manufatura subtrativa convencional, na qual o material é removido por fresagem, torneamento ou retificação, a manufatura aditiva aplica o material camada por camada para formar um componente. Vários processos são usados, e o espectro de materiais varia de plásticos e metais a cerâmicas.
Novas liberdades de design em desenvolvimento
Além das conhecidas tecnologias baseadas em pó e arame, os expositores do centro de exposições de Hannover também estão trabalhando em combinações inovadoras de materiais para ultrapassar os limites da impressão 3D. Por um lado, eles estão usando a tecnologia de ‘binder jetting’, um processo aditivo para a produção rápida de moldes de fundição em areia, para serem usados na fundição de componentes de alta qualidade, como caixas de eixo ou cubos de roda. Fazer moldes 3D com areia tem vantagens decisivas na construção leve. Além disso, o projeto de fundição pode ser mais complexo do que o normal, pois a necessidade de linhas de partição é bastante reduzida.
Equipamentos de impressão capazes de produção contínua de peças fundidas em areia já foram integrados às linhas de produção de fundições e oficinas de protótipos que atuam na área fora de estrada, bem como de OEMs.
Na SYSTEMS & COMPONENTS e na feira paralela Agritechnica, os fabricantes de máquinas agrícolas e seus parceiros OEM, que já estão imprimindo componentes diretamente, poderão explorar todo o potencial da manufatura aditiva. Tecnologias como ‘Fused Deposition Modeling’ (FDM) ou ‘Selective Laser Sintering’ (SLS) possibilitam o uso de materiais próximos da qualidade de produção na construção de protótipos e componentes de pré-produção que são então representativos da produção industrial em larga escala.
A produção aditiva pode oferecer características especiais não encontradas na fabricação tradicional, como elementos de amortecimento flexíveis feitos de poliuretano termoplástico (TPU), capas de motocicleta feitas de plástico reforçado com fibra de alta resistência ou montagens que permitem mais graus de liberdade no equipamento da cabine do motorista . A impressão 3D também pode ser usada para produzir componentes que não podem ser fabricados em uma única peça usando moldagem por injeção padrão.
Manufatura aditiva para uso industrial
Um exemplo de manufatura aditiva industrial são os consoles de controle específicos para veículos, como os fabricados pela IBL Hydronic, que em apenas um mês concluiu o desenvolvimento de um módulo de controle e o apresentou ao cliente do setor de engenharia agrícola. As partes da carcaça foram impressas usando SLS, montadas e equipadas com um apoio de braço de couro. Para torná-lo não apenas funcional, mas também visualmente atraente, a superfície foi texturizada e os componentes tingidos e polidos. O resultado: uma textura de couro que realça visualmente a superfície e arredonda o design. Para peças individuais menores, como as teclas brancas e laranjas, foi utilizada a estereolitografia (SLA), uma tecnologia aditiva que permite a impressão de componentes transparentes. Desta forma, as luzes de aviso iluminadas podem ser integradas diretamente no teclado.
O exemplo também mostra a necessidade de uma ampla gama de materiais de impressão 3D na manufatura aditiva. Embora muitos tipos de componentes possam ser feitos usando apenas plásticos, os metais são um dos materiais mais procurados para processos de manufatura aditiva. Sem surpresa, suas propriedades podem torná-los a escolha ideal para aplicações exigentes, oferecendo desempenho e resistência. Os metais podem resistir melhor às tensões, temperaturas e pressões de aplicações fora de estrada, tornando possível produzir peças com as resistências necessárias para componentes de acionamento em máquinas móveis. O alumínio tem um potencial particular para construção leve e eficiente.
Máquinas em uma nova classe de peso
De trocadores de calor a dissipadores de calor, para protótipos totalmente funcionais ou construção de ferramentas e acessórios, a impressão 3D em metal permite a criação de componentes com geometrias complexas, cavidades, rebaixos e estruturas internas detalhadas, sem o uso de ferramentas adicionais, outros materiais de entrada ou montagem adicional etapas, tudo diretamente de um arquivo de projeto digital, o modelo CAD, com peso mínimo e rigidez máxima. O processo usa um feixe de laser focado para derreter um pó de metal e, à medida que o metal solidifica, uma nova camada de pó é aplicada, resultando na fabricação de um componente 3D homogêneo.
Entre os processos emergentes de manufatura aditiva está o ‘metal binder jetting’ (MBJ). A John Deere está usando a tecnologia Metal Jet S100 da HP para produzir válvulas de sistema de combustível para tratores que funcionam em condições climáticas extremas. Semelhante à ‘fusão seletiva a laser’ (SLM), o processo usa um leito de pó que é construído camada por camada, mas, em vez de derreter o pó com um laser, a cabeça de impressão deposita gotas de material de ligação nas posições definidas, ligando o pó para formar o componente, camada por camada. A “parte verde” resultante é curada e depois sinterizada, removendo o aglutinante e resultando no componente acabado. As impressoras 3D da HP podem aplicar com precisão até 630 milhões de nanogotas do aglutinante no leito de pó por segundo. A John Deere também usa o tecnologia para protótipos para testar e ajustar componentes como suportes de pára-brisa. “Estamos entre os primeiros na indústria agrícola a aproveitar a impressão 3D para prototipagem e produção final de componentes”, enfatiza o Dr. Jochen Müller, gerente global digital Engenharia na John Deere.
Chave para uma manutenção eficaz
Outro tópico importante em SYSTEMS & COMPONENTS são as peças de reposição sob demanda e sua produção para pós-venda. Um número crescente de peças de reposição pode ser produzido usando uma impressora 3D, atendendo com precisão aos requisitos do cliente e igualando a qualidade do original. A vantagem é que as peças sobressalentes só precisam ser criadas e armazenadas como modelos de dados, enquanto a produção pode ocorrer conforme e quando necessário. Especialmente para máquinas agrícolas mais antigas, onde as peças desgastadas não podem mais ser fabricadas com eficiência usando métodos de produção tradicionais, a impressão 3D é vantajosa.
Todo o potencial da manufatura aditiva só pode ser realizado com melhorias coordenadas em equipamentos, materiais e processos. Os materiais usados atualmente muitas vezes não atendem aos diversos requisitos de máquinas móveis, onde, por exemplo, flexibilidade, estabilidade de temperatura e propriedades magnéticas devem ser combinadas em uma peça. Além disso, a maioria dos aços e ligas ainda não podem ser impressos com sucesso, devido à potencial formação de trincas, um problema que se torna mais pronunciado quando se juntam aditivamente dois ou mais materiais. “A fabricação de vários materiais usando impressão 3D está em sua infância. A incapacidade de combinar materiais conforme necessário é o maior obstáculo para o avanço dessa tecnologia”, enfatiza o Prof. Dr. Thomas Tröster, presidente do Institute for Lightweight Construction with Hybrid Systems (ILH, Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen) e o Institute for Additive Manufacturing (PIAF, Paderborner Institut für Additive Fertigung) na Universidade de Paderborn. Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Paderborn está desenvolvendo aplicações industriais para esta tecnologia revolucionária. MADE-3D (Multi-Material Design using 3D Printing), um projeto coordenado pelo Prof Tröster, visa levar a manufatura aditiva para o próximo nível, usando vários materiais com diferentes propriedades físicas. O objetivo é permitir uma liberdade de design sem precedentes para componentes leves altamente complexos, algo que também pode beneficiar o setor fora de estrada no futuro.
