Impressão 3D de grande formato no setor de fundição

Fundição - um processo antigo

A fundição em qualquer uma de suas variantes, como a fundição em moldes de areia ou o processo de cera perdida, é uma técnica muito antiga que foi validada ao longo dos séculos e é muito útil para a fabricação de peças metálicas em tamanhos que variam de alguns centímetros a peças gigantescas de vários metros, como componentes para máquinas industriais, navios, turbinas, esculturas, entre outros. 

A natureza do processo, que envolve o manuseio de altas temperaturas para levar os metais ao ponto de fusão, os complexos sistemas de elevação necessários para lidar com os enormes pesos e a volumetria das peças metálicas, dificulta muito a terceirização, e todas as inovações tecnológicas devem ser absorvidas e realizadas internamente. 

Uma das inovações que as fundições começaram a incorporar é a impressão 3D de mesa, que as ajuda a otimizar o projeto do molde e os tempos de desenvolvimento, fabricando e validando protótipos em escala. Recentemente, os avanços na tecnologia permitiram o desenvolvimento de impressoras 3D de grande formato, como a Big-T da Trideo, que pode produzir modelos com dimensões de até 1.000 mm x 1.000 mm x 1.000 mm em uma única execução em questão de horas. 

Modelos de fundição em 3D

O processo de fundição tem muitas variantes, mas qualquer uma delas tem em comum a necessidade de fabricar um modelo mestre, que é tradicionalmente feito por um artesão usando materiais como madeira, alumínio, poliestireno, resinas; exigindo longos tempos de desenvolvimento, uma enorme dependência do operador e uma alta exposição a erros na interpretação de planos e erros técnicos durante a fabricação e o pós-processamento, o que, no negócio de fundição, está associado a enormes custos econômicos.

Modelos digitais

A substituição de modelos físicos por modelos projetados com software CAD 3D e a transferência do know-how do processo de fundição para sua versão digital é uma mudança de filosofia que leva tempo em empresas tão tradicionais. 

No entanto, a vantagem de poder fazer redesenhos, derivações e aprimoramentos contínuos nos modelos digitais, de poder armazenar centenas deles sem precisar de espaço físico e de poder garantir sempre a precisão dimensional e a repetibilidade, mais do que justifica a mudança.

Materiais especiais

O desenvolvimento de materiais de impressão 3D para o setor de fundição cresceu muito nos últimos anos, a ponto de hoje termos materiais disponíveis com diferentes características de fluidez e temperaturas de fusão que permitem que seu uso seja adaptado a diferentes processos. Um exemplo disso são os materiais projetados para o processo de cera perdida, que permitem que os modelos sejam fundidos e removidos do molde sem deixar resíduos na cavidade, nos casos em que a natureza da peça impossibilita a desmoldagem (veja a Fig. 2).

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Há fundições que já fizeram algumas incursões na manufatura digital com a impressão 3D de mesa, o que lhes permite produzir modelos pequenos/médios ou criar peças interligadas para gerar modelos maiores, mas assumindo um grande número de variáveis de falha relacionadas a tolerâncias de ajuste, problemas dimensionais devido à contração térmica, entre outros que podem ser resolvidos com o uso de impressoras 3D de grande formato. Outras tecnologias substitutas, como a usinagem CNC ou o roteamento CNC, sendo uma tecnologia de remoção de cavacos, geram muitos resíduos que aumentam os custos, além de não serem capazes de fabricar formas complexas como as obtidas no espectro da impressão 3D, em que a complexidade adicional é gratuita. 

Impressão em grande formato - Um novo paradigma 

Os principais desafios técnicos da impressão 3D de grande porte são a velocidade de extrusão e o aumento da confiabilidade da máquina. A linha Big-T de impressoras 3D da Trideo, por exemplo, apresenta uma extrusora de alto fluxo que pode depositar até 8 vezes mais material do que as máquinas de mesa, reduzindo radicalmente os tempos de fabricação de peças gigantes e permitindo que as empresas tenham taxas de produção competitivas. Em relação à confiabilidade das máquinas, o uso de sensores inovadores, funções eletrônicas e software controlam permanentemente a operação do equipamento e garantem uma taxa mínima de falhas. Além disso, uma máquina de impressão 3D como a Big-T pode fabricar simultaneamente séries curtas de peças pequenas, distribuindo-as por todos os cantos de sua superfície de 1m x 1m.

Outra das grandes vantagens da impressão 3D de grande formato é que, uma vez que os arquivos digitais tenham sido depurados, as modificações e os refinamentos no molde impresso devem ser mínimos, e a replicabilidade e a precisão dimensional da peça serão garantidas, eliminando a variabilidade no processo e padronizando a qualidade do produto final.

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Pós-processamento 

Outro item de custo importante é o pós-processamento do modelo, que, em muitos casos, pode levar um tempo enorme e que, no caso de tecnologias com controle numérico, como CNC ou impressão 3D, é muito menos necessário. No caso da impressão 3D, por exemplo, o empilhamento das camadas na direção vertical gera uma rugosidade característica nas faces laterais, que pode ser eliminada com a aplicação de produtos como enchimentos, primers ou resinas. 

Outras vantagens da manufatura digital em fundições

• Armazenamento: com o passar do tempo, as empresas acumulam modelos que se deterioram gradualmente se não forem usados com frequência, ocupando um espaço físico significativo na empresa e cujo reparo é muito caro. Usando técnicas de digitalização ou modelagem 3D, esses modelos podem ser digitalizados e armazenados até que precisem ser fabricados novamente. 
• Peças de reposição: Mas também é possível que as empresas digitalizem ou modelem peças sobressalentes de máquinas de processo que são suscetíveis à substituição por impressão 3D e que, devido à obsolescência, são difíceis de adquirir, melhorando assim a disponibilidade e evitando o custo de armazenamento.
• Gabaritos e acessórios: a impressão 3D se aplica igualmente bem à fabricação de ferramentas e auxiliares de processo, abrindo a possibilidade de desenvolver configurações de produção personalizadas em qualquer estágio do processo.
  

Conclusão

A impressão 3D de grande formato no setor de fundição é um desafio que contrasta com a inércia de anos de tradição e know-how. No entanto, os benefícios irrefutáveis que ela oferece, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico, abriram caminho para a fabricação digital em larga escala no setor:

• Mais precisão: a manufatura digital produz resultados repetíveis e confiáveis que não podem ser obtidos por métodos artesanais tradicionais, resultando em maior qualidade e produtividade.
  

• Mais rápido: as impressoras 3D industriais de grande formato podem trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, o que multiplica a produtividade em comparação com a disponibilidade e o custo do tempo do operador. Além disso, a capacidade de modificar rapidamente o design digital 3D e repetir o modelo em caso de problemas melhora radicalmente os tempos de desenvolvimento.
  

• Mais barato: o processo de desenvolvimento de modelos de impressão 3D FDM está associado a uma grande redução nos custos de matéria-prima, não apenas porque os filamentos de impressão 3D são proporcionalmente mais baratos, mas também porque há uma grande redução no desperdício final. Além disso, são necessários menos recursos humanos, pois as máquinas são autônomas e os projetos digitais são feitos apenas uma vez e, em seguida, os códigos de fabricação são repetidos várias vezes de forma automatizada.
  

Nas empresas que já iniciaram sua transformação com a introdução de impressoras 3D de mesa, máquinas como a Big-T da Trideo, com seu enorme volume de trabalho, abrem novos níveis que antes não eram possíveis ou mesmo lucrativos devido ao tempo consumido na montagem de várias peças do mesmo modelo.