A evolução dos equipamentos de prototipagem rápida - Inovação e Processos - CIMM
A evolução dos equipamentos de prototipagem rápida
Por Ipesi 15/01/2008
Fotos: Cimject Ufsc e Ipesi
Presentes no Brasil desde a década de 1990, os equipamentos de prototipagem rápida vêm alcançando evolução tecnológica vertiginiosa nos últimos tempos. "Atualmente, os protótipos tem uma gama vasta de aplicações, passando pela indústria automotiva, eletroeletrônica, eletrodomésticos, calçados, entre outras", explica Fernando Schmiegelow, diretor de marketing da Sisgraph, uma das pioneiras desse mercado.
Sistemas de prototipagem rápida surgiram inicialmente em 1987, com o processo de estereolitografia (StereoLithography - SL) da empresa americana 3D Systems, processo que solidifica camadas (layers) de resina foto-sensível por meio de laser.
O sistema SLA-1, o primeiro sistema de prototipagem disponível comercialmente, foi um precursor da máquina SLA - 250, bastante popular nos dias de hoje. Após a empresa 3D Systems iniciar a comercialização de máquinas SL nos EUA, as empresas japonesas NTT Data e Sony/D-MEC passaram a comercializar suas versões de máquinas de estereolitografia em 1988 e 1989, respectivamente. Em seguida, em 1990, a empresa Eletro Optical Systems - EOS na Alemanha, passou a comercializar o sistema conhecido como Stereos.
Logo após vieram as tecnologias conhecidas como Fused Deposition Modeling (FDM) da empresa americana Stratasys, Solid Ground Curing (SGC) da israelense Cubital e Laminated Object Manufacturing (LOM), todas em 1991.
A tecnologia FDM faz a extrusão de filamentos de materiais termoplásticos camada por camada, semelhante à estereolitografia, só que utilizando um cabeçote de fusão do material em vez de cabeçote laser. SGC , também trabalha com resina foto-sensível a raios UV, só que solidifica cada camada numa única operação a partir da utilização de máscaras criadas com tinta eletrostática numa placa de vidro. LOM solidifica e corta folhas de papel (atualmente folhas de termoplásticos reforçado com fibras) usando laser controlado por computador.
A figura abaixo apresenta um esquema simplificado do processo FDM.
Sistemas de sinterização (Selective Laser Sintering - SLS) da empresa americana DTM e o sistema Soliform de estereolitografia da japonesa Teijin Seiki tornaram-se disponíveis em 1992. Usando calor gerado pelo laser, SLS funde pós metálicos e pode ser utilizado para obtenção direta de matrizes de injeção.
Na figura abaixo: Esquema de um sistema de sinterização a laser.
Em 1993, a americana Soligen comercializou o produto conhecido por Direct Shell Production Casting (DSPC), que utiliza um mecanismo de jato de tinta para depositar líquido agregante em pós cerâmicos para produção de cascas que podem por sua vez serem utilizados na produção de moldes e peças injetadas em Alumínio, processo este desenvolvido e patenteado pelo MIT (Massachussets Institute of Technology).
Em 1994 muitas outras tecnologias e sistemas surgiram, como o ModelMaker da empresa americana Sanders Prototype, usando sistema de jato de cera ( ink-jet wax). Outro sistema que apareceu foi o Solid Center da empresa japonesa Kira Corp., utilizando um sistema laser guiado e um plotter XY para produção de moldes e protótipos por laminação de papel.
Também merecem destaque os sistemas de estereolitografia da empresa Fockele & Schwarze (Alemanha); o Sistema Eosint, da empresa alemã EOS, baseado em sinterização, além do sistema de estereolitografia da empresa japonesa Ushio.
O sistema Personal Modeler 2100 da empresa BPM Technology (EUA) foi vendido comercialmente a partir de 1996 (BPM significa Ballistic Particle Manufacturing). A máquina produz peças a partir de um cabeçote a jato de cera.
No mesmo ano a empresa Aaroflex (EUA) passou a comercializar o sistema SOMOS em estereolitografia da multinacional DuPont, e a empresas Stratasys (EUA) lançou seu produto Genisys, baseado em extrusão , similar ao processo de FDM, mas utilizando sistema de prototipagem desenvolvido no Centro de Desenvolvimento IBM (IBM´s Watson Research Center).
No mesmo ano, após oito anos comercializando produtos em esterolitografia, a empresa 3D Systems (EUA) comercializou pela primeira vez seu sistema Actua 2100, sistema baseado em impressão a jato de tinta 3D. O sistema deposita materiais em cera camada por camada através de 96 jatos. No mesmo ano, Z Corp. (EUA) lançou o sistema Z402 3D para prototipagem baseado na deposição de pós metálicos em 3D.
A tendência, segundo o executivo da Sisgraphs, é que a prototipagem rápida se transforme em manufatura rápida. "Hoje já podemos contar com a utilização de protipagem rápida para fazer a peça final diretamente na máquina. Em empresas que fazem peças customizadas, pode-se fazer a peça final com este equipamento", afirma o executivo.
Aumento da vida útil do produto, redução de erro de projeto, segurança pessoal e o apelo ecológico-ambiental são alguns dos benefícios atestados por uma das mais importantes compradoras desse equipamento, a Bosch – fabricante mundial de autopeças, eletrodomésticos e ferramentas, entre outros produtos.
No Brasil, a empresa optou por adquirir uma máquina Dimension BST, fornecida pela Sisgraph. O investimento foi de US$ 45 mil, e a máquina está instalada na unidade de Ferramentas Elétricas, em Campinas (SP).
Segundo Roderley Camargo, Engenheiro de Desenvolvimento de Produto da Bosch, a Dimension BST é utilizada quase que diariamente, cerca de 8 horas por dia. "Em alguns picos de projeto, a máquina chega a ser utilizado 24 horas por dia. O equipamento fica no laboratório de testes da engenharia de ferramentas elétricas. Os profissionais habilitados que operam este equipamento são engenheiros e projetistas".
Antes disso, a divisão era obrigada a comprar serviços em diversos fornecedores deste serviço. Camargo destaca que a tecnologia de prototipagem diminui o tempo de desenvolvimento de um produto. Assim, é possível lançar no mercado um produto num menor tempo.
Além disso, é possível minimizar os problemas de engenharia como encaixes, montagens, interferências e folgas. "Também utilizamos o protótipo rápido como mock-up – um modelo – físico e funcional na mesma proporção do modelo matemático 3D".
Outros benefícios de ter o equipamento de prototipagem "em casa" também merecem destaque, na opinião de Camargo. Ele cita o fato do know-how ficar dentro da Bosch e a garantia de aprovação do futuro molde plástico.
"O protótipo é funcional e submetido a alguns testes de laboratório, como forma de premeditar futuros problemas técnicos e o departamento de marketing realiza aprovação do design 3D de forma segura e real. Com relação ao projeto globalizado, temos a certeza de aprovar um novo produto de maneira confiável, pois validamos pelo mock-up físico em forma de protótipo".
O engenheiro da Bosch conta que o principal argumento na escolha da Dimension BST, que é fabricada pela Stratasys foi o custo/benefício. "Em se tratando de um equipamento da família das impressoras tridimensionais, o valor que esta agrega em nosso negócio é muito alto. Com o uso intensivo da prototipagem, inclusive na fase de conceito do projeto, é possível mensurar alguns ganhos na utilização da prototipagem rápida, por exemplo: redução do time-to-market; análise preventiva / redução de erro de projeto e economia de serviço externo em prototipagem".
O consumidor final dos produtos Bosch também se beneficia da tecnologia. O gerente de Trade Marketing da Unidade de Ferramentas Elétricas da Bosch, Marcelo Cassone, afirma que a aplicação destas novas técnicas de engenharia, visa beneficiar o usuário, que percebe a qualidade do produto Bosch pela robustez das soluções empregadas, no aumento da vida útil do produto, na segurança pessoal e também na segurança ecológico-ambiental.
Após o uso intensivo da técnica de prototipagem rápida, particularmente com o equipamento Stratasys, a engenharia de ferramentas elétricas da Bosch, em Campinas, obteve vários ganhos adicionais, como aumento da vida útil do produto, graças às alterações feitas na fase de criação de design e redução do tempo de construção de um protótipo convencional e melhoria da qualidade do modelo CAD, através da assepsia do modelo matemático 3D, que fora previamente checado via mock-up físico.
"A unidade de Ferramentas Elétricas da Bosch, em Campinas iniciou os trabalhos com prototipagem rápida no ano de 1996, sendo que até 2004 o serviço era comprado de diversos bureaus. A partir de 2005, reduzimos drasticamente a compra destes serviços, pela aquisição da Dimension BST".