Fabricação aditiva: a impressão 3D digitaliza a manufatura

A fabricação aditiva é um método de fabrico que permite produzir artigos de forma imediata com um modelo digital e sem necessidade de moldes. Associada à impressão 3D, essa tecnologia chegou para revolucionar os centros de fabricação com processos mais eficientes e económicos.

Neste artigo analisamos em que consiste a fabricação aditiva, como melhoraram as cadeias produtivas e, especialmente, o seu papel na logística 4.0.

O que é a fabricação aditiva

A fabricação aditiva é um sistema de produção que utiliza o desenho assistido por computador, CAD nas siglas em inglês, e scanners 3D. Esse novo conceito de fabricação cria objetos adicionando camadas de material, especialmente metal e plástico.

Ao contrário dos processos de fabricação tradicional, esse método não remove material durante a criação (conhecida como fabricação subtrativa). Aplicada à fabricação em série, a fabricação por adição pode reduzir custos, eliminar erros e produzir com maior agilidade e precisão.

Atualmente, esse procedimento é aplicado particularmente em setores onde a personalização e a precisão são fundamentais. Por exemplo, através dele é possível fabricar implantes ou instrumentos cirúrgicos para o setor da saúde ou peças e componentes para a indústria aeroespacial.

Habitualmente relacionada à impressão 3D, a fabricação por adição e a impressão em três dimensões não são exatamente a mesma coisa. A fabricação aditiva refere-se à fabricação de novos componentes complexos e duráveis em contexto industrial, utilizando materiais como o metal, enquanto a impressão 3D relaciona-se a um tipo específico de tecnologia aditiva que permite criar objetos de uma forma limitada e num ambiente mais doméstico.

Tecnologias de fabricação aditiva

A fabricação aditiva é uma tecnologia em constante evolução. Fizemos uma retrospetiva das principais técnicas de fabricação aditiva atuais:

• Estereolitografia (SLA): a primeira técnica de fabricação aditiva que surgiu. Esse método utiliza como material de fabricação uma resina líquida solidificada sob o efeito da luz ultravioleta.
• Sinterização seletiva a laser (SLS): inventada no final da década dos 80 na Universidade de Texas, esse tipo de fabricação aditiva combina um laser com pó de plástico para criar novos objetos.
• Modelagem por deposição fundida (FDM): popularizada devido a sua fácil e económica manipulação, esse sistema ─ patenteado como FDM ─ permite modelar protótipos e produzir em pequena escala.
• Injeção de aglutinantes (Binder Jetting): consiste em pulverizar um aglutinante líquido sobre um leito de pó que logo se solidifica.
• PolyJet ou Material Jetting: trata-se de uma máquina constituída por um laser direcionado a um leito de pó metálico. Serve para fabricar protótipos e peças finais de metal totalmente funcionais em questão de dias.

Embora existam várias técnicas que utilizam metal e plástico para construir objetos camada por camada, cada vez mais empresas estão a experimentar outros materiais, inclusive com alimentos.

O que é necessário para fabricar por adição?

A tecnologia por adição exige um posto de trabalho alinhado à fábrica para desenhar e programar a criação de novos objetos em cadeia. Portanto, uma empresa que opte por esta inovadora tecnologia deve ter:

• Um software de modelagem 3D, ou seja, uma aplicação de desenho assistido por computador (CAD).
• Um equipamento de fabricação aditiva, tal como uma impressora 3D.
• Um pulmão de abastecimento com as matérias-primas necessárias para criar os produtos em série. Noutras palavras, o plástico ou o metal serão adicionados por camadas criando o objeto final.

Como funciona a fabricação aditiva?

A fabricação por adição passa por cinco processos básicos:

1. A criação de um modelo 3D do objeto que se deseja reproduzir. O posto de trabalho deve estar equipado de um computador e um software de desenho CAD.
2. O arquivo criado no software é convertido para um formato que diferencia as camadas em que o objeto é dividido digitalmente. Geralmente é convertido para um formato STL (Standard Triangle Language).
3. Este arquivo deve ser transferido para a impressora 3D ou para a máquina encarregada de reproduzir o produto final.
4. Posteriormente a máquina imprime em série, camada por camada, a quantidade de artigos configurados no posto de trabalho.
5. Após um período de segurança e arrefecimento, o operador retira o modelo da linha de produção, que já estará pronto para ser transportado para a área de armazenamento ou expedição.

Cabe destacar que uma vez desenhado o produto em CAD, a linha de produção adota o modelo digital para fabricar o artigo em série, o que proporciona agilidade, rapidez e precisão a essa etapa.

Benefícios (e inconvenientes) da fabricação aditiva

A fabricação aditiva é uma técnica inovadora que proporciona inúmeras vantagens:

• Precisão no desenho e produção: a modelagem 3D reduz os erros no processo de fabricação.
• Flexibilidade, agilidade e adaptabilidade: este sistema de fabricação só exige um computador, um software e um equipamento de fabricação por adição, o que possibilita a incorporação de linhas de produção de baixa complexidade em armazéns.
• Redução dos custos logísticos e de fabricação: as montagens e o produto podem ser construídos a partir de materiais como o pó de plástico e de metal, diminuindo o impacto económico na etapa de produção e eliminando o transporte entre a fábrica e o centro logístico.
• Personalização do produto: o desenho elaborado previamente permite modelar o produto de acordo com as exigências do cliente, melhorando o serviço proporcionado e imagem de marca para a empresa.

Num contexto com a estratégia omnichannel e a Indústria 4.0, onde as empresas devem gerir cada vez mais pedidos diários com uma menor margem de manobra, fabricar por adição permite produzir de acordo com a procura ─ sistema just in time ou JIT ─, nas condições exigidas pelo cliente, sem necessidade de ter previamente stock. No entanto, a fabricação aditiva também traz alguns inconvenientes:

• Custo inicial elevado: implementar processos de produção mediante essa tecnologia representa um custo elevado para as empresas, especialmente devido à máquina encarregada de modular o produto.
• Uso limitado de materiais: com a tecnologia de fabricação aditiva atual, só é possível fabricar em série com materiais plásticos e metais.
• Porosidade na superfície: as principais técnicas de fabricação por adição geram, atualmente, peças com porosidades na estrutura difíceis de detetar a olho nu, podendo causar falhas.

Aplicações da fabricação por adição para o armazém

O número de empresas que introduz a fabricação aditiva nos seus processos de produção aumenta dia após dia. Essa técnica garante uma redução dos custos operacionais, mais eficiência na logística de produção e uma melhoria significativa na qualidade do produto final.

A possibilidade de desenhar e construir um elemento personalizado digitalmente facilita a aposta das empresas nesse sistema de produção. Afinal, a fabricação por adição funciona tanto para a produção em série quanto para a fabricação de objetos personalizados de acordo com as necessidades de um cliente.

Por isso, indústrias como a da saúde e a aeroespacial já implantaram esse tipo de processo nas suas instalações. A resiliência do plástico e do metal, assim como a higiene do processo de produção garantem a máxima qualidade do produto final.

Cabe destacar que a indústria automóvel já a incorporar a fabricação 3D em vários processos. Por exemplo, a equipa de Fórmula 1 McLaren está a equipar os seus carros de competição com peças elaboradas mediante impressoras 3D.

A fabricação aditiva: eficiência nas fábricas

Embora até agora a impressão 3D se tenha tornado popular apenas como método padrão para a produção de objetos industriais, as diversas tendências de fabricação por adição existentes têm potencial para revolucionar todos os aspetos da fabricação. A logística será especialmente beneficiada com a implantação desses processos nas fábricas. Dentre os benefícios mais notórios dessa tecnologia destacam-se:

• Reduzir os custos de produção.
• Reduzir o stock do armazém.
• Personalizar o produto sem necessidade de ter um posto de trabalho de valor acrescentado.

Exige poucas ferramentas para ser colocada em prática. Com apenas um computador, um software de desenho e um equipamento de fabricação aditiva, as empresas já podem incorporar linhas de produção de baixa complexidade dentro dos seus próprios armazéns.