impressão em 3D de peças metálicas mais baratas e leves para automóveis, viabilizadas pelos pesquisadores da Fraunhofer
No que poderia ser um prenúncio do que está por vir na indústria de fabricação de carros pesados, uma peça metálica para carros foi criada usando um método de impressão em 3D que a tornou muito mais barata do que o processo tradicional de moagem. Pesquisadores do Instituto Fraunhofer - você sabe, aquele que nos deu o primeiro olho protético impresso em 3D a ser instalado nos soquetes dos pacientes - conseguiram imprimir uma dobradiça de porta de carro que se tornou 50% mais barata e 35% mais leve que seu equivalente fresado.
Para alcançar estas vantagens de tirar o fôlego, os pesquisadores da Fraunhofer utilizaram seu próprio software 3D Spark - uma ferramenta de análise de banco de dados de peças acionada por IA - para identificar o mais adequado para a impressão em 3D com as chamadas peças de fabricação de aditivos (AM). Até agora, a impressão em 3D de componentes de automóveis tem sido normalmente feita quando algo precisa ser adaptado à carroceria ou estilo individual do piloto, ou em quantidades muito limitadas para corridas e supercarros. O uso da impressão em 3D é limitado a peças de automóveis em volume extremamente baixo, principalmente por causa dos custos em comparação com os métodos tradicionais de fabricação em massa.
A abordagem analítica do Fraunhofer, entretanto, primeiro identificou uma peça adequada para a fabricação de aditivos, depois tentou otimizar a estrutura de custos em cada etapa, começando com a orientação da peça, daí as estruturas de suporte necessárias:
Na etapa seguinte, a estrutura do braço da dobradiça foi otimizada de forma direcionada, utilizando um dos benefícios da fabricação de aditivos, na medida em que permite geometrias de componentes completamente novas. Isto deu ao componente uma forma básica que só continha material onde o fluxo de força simulado o exigia. No total, isto reduziu o peso do braço da dobradiça da porta em 35%. E devido às exigências reduzidas de material e ao menor tempo de impressão, os custos em comparação à impressão 3D sem otimização estrutural caíram outros 20%
Qualquer estrutura de suporte que não tenha que ser removida economiza tempo e evita assim parte dos custos significativos incorridos na fase altamente manual de pós-processamento. A redução do número de estruturas de suporte no projeto também tem um efeito positivo no tempo de produção e nos requisitos de material, o que reduz novamente os custos em 10%. A seleção hábil do material ideal de pó metálico a partir do portfólio cada vez mais amplo de materiais imprimíveis em 3D torna possível reduzir os custos em mais 10%
O ajuste dos parâmetros do processo AM proporciona formas adicionais de reduzir custos. Por exemplo, maior espessura da camada durante a impressão, otimização dos parâmetros do processo e deformação do perfil do feixe laser reduzem significativamente o tempo de construção. Embora isto resulte em uma leve perda de qualidade das peças (embora ainda superior à das peças fundidas), permite que os custos de impressão sejam reduzidos em mais 15%. A otimização da utilização da máquina através do encaixe e, se necessário, do empilhamento na área de construção, leva a uma economia adicional de custos de 10%.
No total, a otimização de custos passo a passo permitiu ao Fraunhofer imprimir em 3D uma peça metálica de automóvel que custa apenas 20% do que teria sem o processo de análise de fabricação aditiva. "Aotimização da orientação e topologia, bem como a otimização do suporte contribuem com 45%", diz Fraunhofer, enquanto "A seleção otimizada do material, parâmetros de velocidade e maximização da carga de trabalho no processo AM reduz os custos em mais 35%", demonstrando assim que as peças adequadas de automóvel impressas em 3D podem ser produzidas a apenas um quinto dos custos envolvidos até agora. Isto tornou a porta do carro esportivo não apenas muito mais leve e esteticamente agradável do que sua contraparte fresada, mas também metade de seu custo, abrindo caminho para lotes muito maiores de peças de carro que podem ser produzidas através da impressão em 3D no futuro.
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