O novo milênio apresenta soluções revolucionárias para aplicações de usinagem. A ISCAR, uma das principais inovadoras das tecnologias de usinagem está pesquisando a integração de processos de usinagem aditiva. Ser o precursor no desenvolvimento de novas tecnologias de usinagem faz com que os engenheiros de P&D da ISCAR busquem soluções inovadoras para diminuir os custos de produção e aumentar a produtividade de seus clientes.
Um dos principais resultados da Revolução Digital (também chamada de 3ª Revolução Industrial) foi a introdução da impressão 3D - um método que gera objetos 3D com o uso de material evaporativo, camada por camada, sob controle do computador. Anteriormente considerada como 'ficção científica', nas últimas duas décadas a impressão 3D tornou-se aceita como uma adição bem-vinda a gama de facilitadores tecnológicos de designers e fabricantes.
Hoje, o método é conhecido principalmente como manufatura aditiva (MA). Este termo reflete corretamente dois dos mais importantes recursos de impressão 3D:
a) Manufatura - tendo migrado além do domínio anteriormente reconhecido de prototipagem rápida, o método agora é comum em várias aplicações industriais, onde é usado na produção de várias peças e componentes.
b) Aditiva - em contraste direto com as tecnologias tradicionais de fabricação baseadas na remoção de material, o novo método adiciona material para atingir o componente desejado. Os métodos tradicionais de fabricação adicionam materiais durante o processo de montagem.
Existem várias técnicas de MA, que são baseadas em diferentes princípios físicos: estereolitografia, modelagem por vários jatos e sinterização a laser. De acordo com os padrões internacionais e nacionais em vigor, a MA é precisamente especificada e dividida em categorias. Nos anos 80, a impressão 3D começou como uma ferramenta de design e uma maneira de obter prototipagem rápida. Em vez de confiar nos desenhos 2D convencionais, o uso da impressão 3D permitiu a criação de modelos de protótipo sólidos e táteis, permitindo que os especificadores de produtos adquirissem uma maior compreensão de fatores como estética, funcionalidade, peso e acabamento da superfície. A tecnologia também permitiu a redução dos tempos de produção.
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O progresso técnico no processo de impressão 3D permitiu o seu avanço na MA. No início do século XXI, a tecnologia foi adotada para processos de produção em série. Como em todas as inovações tecnológicas, a popularidade da MA, sua crescente utilização industrial e as economias de escala proporcionadas pelo rápido crescimento das vendas, resultaram em uma forte concorrência entre os fabricantes de máquinas de MA e uma redução no preço da tecnologia. Para alguns, a impressora 3D ainda pode parecer a tecnologia do amanhã, embora em muitas áreas a tecnologia seja considerada uma máquina-ferramenta CNC convencional.
A manufatura aditiva fornece uma porta de entrada para novos horizontes na produção de uma ampla gama de componentes em diferentes segmentos industriais, como: médico, aeroespacial, automotivo, naval e militar. A lista não tem fim. É incrível que as tecnologias digitais simplesmente apaguem os limites existentes: basta enviar o modelo de computador de um componente para uma impressora 3D, que pode estar situada em um local remoto, e o componente necessário será fabricado sem nenhum envolvimento manual adicional. Por exemplo, agora é possível produzir peças de reposição necessárias a bordo, durante um voo espacial.
Além disso, os implantes ósseos "personalizados" podem ser projetados e criados. É incrível considerar que a impressora 3D pode ser uma máquina de autorreprodução e produzir rapidamente sua própria peça quebrada ou uma substituição temporária. A manufatura aditiva tem vantagens e desvantagens; e entender esses prós e contras define o lugar da MA na usinagem.
A manufatura aditiva pode reduzir significativamente os custos de produção ao produzir peças complicadas.
A extrema flexibilidade da tecnologia é outra grande vantagem, por exemplo, a mesma impressora 3D pode facilmente produzir peças diferentes sem grandes ajustes. Além disso, na prototipagem rápida real, se for necessária uma alteração no design, ela é executada rapidamente editando o modelo de uma peça no computador e realizando uma "reimpressão" em 3D. Consequentemente, a MA é capaz de reduzir drasticamente o tempo entre o conceito e a entrega ou permitir alterações nos projetos existentes, produzindo peças de utilização imediata.
O método garante projetos que serão muito próximos do ideal do ponto de vista da engenharia; uma espessura de parede variável para resistência igual, um formato de canal necessário para um fluxo efetivo etc. No processo de manufatura aditiva, o uso de apenas quantidades necessárias de material reduz consideravelmente a quantidade de resíduos de produção.
No entanto, o MA não está livre de desvantagens. Quando se trata de precisão, a tecnologia ainda não está totalmente desenvolvida para superfícies de contato e o acabamento pelos métodos de usinagem tradicionais é frequentemente necessário. Nem todo material de engenharia é adequado para permitir que peças sejam fabricadas através do método de manufatura aditiva. O tamanho das modernas impressoras 3D tem limitações dimensionais para seu espaço de trabalho e é incapaz de produzir grandes componentes.
A divisão de P&D da ISCAR entende os méritos e os deméritos da MA como base para usá-la na indústria metalúrgica. De acordo com a imprensa e os relatórios técnicos, os principais setores que adotaram a impressão 3D são os setores aeroespacial, militar, automotivo e médico, onde a MA não é usado para prototipagem, mas para produção em lote e até em grande volume. Apesar de seu uso crescente, o novo método ainda está longe de ser considerada uma tecnologia convencional na indústria metalúrgica global.
Na indústria aeroespacial, embora algumas peças menores, acessórios e componentes sejam perfeitos para a impressão 3D, devido a razões de segurança (os requisitos de segurança deste setor são extremamente rigorosos), as peças críticas produzidas pela MA precisam passar por vários testes rigorosos antes de serem considerados como substitutos de componentes fabricados por métodos mais tradicionais. No entanto, uma grande variedade de acessórios tecnológicos, gabaritos e medidores são fabricados pelos métodos da MA. A produção de aeronaves envolve toda uma cadeia de fabricação complexa, exigindo muitos equipamentos. A introdução da MA na criação de ferramentas de produção reduz radicalmente tempos e custos de pré-produção.
Tamanhos muito menores e padrões de segurança menos rigorosos abriram as portas para a MA na produção de veículos aéreos não tripulados, onde o novo método permite não apenas reduções de peso, mas também a modelagem dessas aeronaves de forma mais eficaz do ponto de vista aerodinâmico a custos menores.
O titânio é um dos materiais mais usados no setor aeroespacial global. A produção de peças de titânio é um processo que consome muito tempo e material. Em um processo de usinagem convencional, a maior parte desse material de difícil usinabilidade e caro é removido.
Os esforços dos fabricantes de aeronaves são direcionados para a produção de pó de titânio para a fabricação de peças de titânio relativamente pequenas. A indústria automotiva adotou a MA de forma semelhante à indústria aeroespacial.
Quando aplicada à produção de ferramentas de corte, a impressão 3D pode fornecer soluções para diferentes situações. A MA permite a criação de canais e cavidades internas complexas nas ferramentas de corte. Esses recursos fornecem líquido refrigerante para a zona de corte através do corpo da ferramenta. Se a ferramenta foi projetada para usinagem com líquido de refrigeração de alta pressão (HPC), o formato do canal e sua seção transversal são um fator chave; A fabricação aditiva fornece a solução ideal para "formar" os canais. Além disso, a fabricação aditiva permite a criação de um corpo de ferramenta já equipado com bolsões de cavacos, superfícies de alívio e rebaixos. Quando usando a tecnologia convencional, esses recursos são obtidos através de usinagem. A aplicação da MA reduz as operações de usinagem nessas áreas e também o tempo do ciclo. Além disso, a MA garante o contorno correto do perfil, com ótimo equilíbrio entre a resistência do corpo e a evacuação de cavacos.
Quando a MA é desenvolvida para permitir que as peças sejam impressas em metal duro ou formar um material com propriedades físicas semelhantes, um novo patamar na fabricação de ferramentas de corte será atingido. Os engenheiros de pesquisa e desenvolvimento da ISCAR estão adotando novos métodos de trabalho para criar pastilhas intercambiáveis sem a necessidade da utilização matrizes caras e de fabricação demorada. Os tempos de ciclo para ferramentas de teste e pastilhas serão reduzidos drasticamente.
Embora existam grandes perspectivas no horizonte para a aplicação de MA na indústria de ferramentas de corte, vários obstáculos precisam ser superados. Devido a limitações de precisão, a impressão 3D não pode eliminar os processos de usinagem no momento. Atributos essenciais, como furos centrais de mandris ou hastes que exigem retificação, superfícies de referência de um alojamento de inserto exigem fresamento e os furos precisam ser rosqueados. Pode-se notar que os produtores de máquinas-ferramenta já oferecem máquinas "híbridas", que combinam a tecnologia tradicional de remoção de material com a impressão 3D. A vida devido à fadiga, falhas devido ao estresse repetitivo e a confiabilidade em altas rotações são características que precisam ser avaliadas.
A ISCAR, como um dos principais produtores mundiais de ferramentas de corte já introduziu o novo método em seus departamentos de pesquisas e a MA agora está sendo usada de maneira limitada na prototipagem, principalmente para produção seriada. O progresso alcançado nessas áreas irá dizer num futuro próximo o quanto intenso será a adoção da impressão 3D na área de produção de ferramentas de corte.
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