Tecnologias aditivas e digitalização 3D em engenharia mecânica: 7 histórias de sucesso

As tecnologias 3D estão se tornando cada vez mais o foco das principais exposições industriais russas, o que reflete a disposição das empresas em implementar soluções 3D inovadoras em suas cadeias de produção. Portanto, na exposição Metalworking-2018, as tecnologias aditivas foram apresentadas pela primeira vez em um site separado; A produção digital se tornou o tema principal da Exposição Industrial Internacional Innoprom, realizada em julho de 2018 em Ecaterimburgo.

Para a engenharia, como um dos principais setores da economia russa, o desenvolvimento de novos equipamentos e a aplicação de soluções avançadas são extremamente importantes. A tecnologia 3D atende totalmente a essas necessidades. Melhorando, eles fornecem eficiência crescente, permitindo que as empresas reduzam e simplifiquem o processo e otimizem os custos de produção.

Por exemplo, a criação de um protótipo em uma impressora 3D não levará meses, como em uma produção tradicional, mas apenas algumas horas. Economizou significativamente tempo gasto na finalização do design e no lançamento do produto na produção em massa e, consequentemente, o custo de todo o projeto é reduzido. Graças ao uso de scanners e software 3D para engenharia reversa e controle de geometria, o tempo e o dinheiro são reduzidos em uma média de 1,5 vezes.

Benefícios da impressão 3D

• Produção de peças com geometria de qualquer complexidade , deixando muito para trás as possibilidades dos métodos tradicionais.
• Otimização de parâmetros do produto, como precisão e resistência, além de redução de peso devido à criação de paredes super finas, canais internos e estruturas biônicas.
• Aceleração e redução do custo do processo de produção: não há necessidade de usar equipamentos caros e, em alguns casos, de usinagem.
• Melhorar a rentabilidade da produção de produtos de pequena escala e personalizados.
• Redução de riscos e erros de design, inclusive devido à possibilidade de alterações de design em estágios posteriores do design.
• Gerenciamento de propriedades físicas e mecânicas do produto através do uso de materiais de alta tecnologia.

Tarefas resolvidas em engenharia usando impressão 3D

1. Teste funcional e prototipagem.
2. Produção de protótipos técnicos para testar o design de produtos.
3. Realização de experimentos tecnológicos.
4. Verificando a ergonomia dos produtos.
5. Criação de modelos principais de fundição, incluindo modelos de cera perdida e queimados.
6. Produção rápida de ferramentas.
7. Produção de elementos moldantes para moldagem de termoplásticos e materiais leves.
8. Produção de peças funcionais para uma variedade de unidades e montagens.
9. Criação de estruturas complexas, incluindo sólidas, que foram previamente montadas a partir de vários elementos.

Tecnologia de impressão 3D para empresas de engenharia

• Depósitos (FDM).
• Impressão a jato de tinta colorida (CJP).
• Impressão a jato de tinta múltipla (MJP).
• Estereolitografia a laser (SLA).
• Derretimento seletivo a laser (SLM).
• Sinterização seletiva a laser (SLS).

Benefícios da digitalização 3D

• Dispositivos de digitalização de alta velocidade.
• Medições precisas em uso real.
• Capacidade de integração em sistemas de produção automatizados .
• Medição de qualquer objeto, independentemente do tamanho, complexidade, material ou cor.
• Simplicidade e conveniência no trabalho.

Tarefas resolvidas usando scanners 3D e software especializado

1. Engenharia reversa ( engenharia reversa), obtendo desenhos finalizados.
2. Controle metrológico de produtos no processo de fabricação, análise de desgaste.
3. Controle de geometria, deformação e danos aos produtos.
4. Controle de qualidade .
5. Arquivamento digital.

7 histórias de sucesso

Bloco de válvula hidráulica



Arquivo CAD do bloco final de válvulas pronto para impressão 3D

O design do novo bloco de válvulas hidráulicas, desenvolvido pela VTT e Nurmi Cylinders, foi otimizado usando a tecnologia Selective Laser Melting (SLM), que pode economizar significativamente peso, volume e material. Como resultado, foi criado um produto cujo peso é 66% menor que o modelo original. Graças ao design inovador, foi possível otimizar o fluxo de fluido através dos canais internos e resolver o problema de vazamento.

Projeto em detalhe

Misturador de gás



Esquema de um misturador todo em metal criado usando a tecnologia SLM. Em baixo à direita: o modelo original de 12 elementos

O Jurec Rapid Prototyping Center, usando o equipamento SLM Solutions, concluiu um projeto para atualizar um misturador de gás líquido. Inicialmente, o dispositivo foi montado com 12 peças, incluindo 3 elementos grandes - a primeira e a segunda conexões do corpo com flange e a inserção do misturador. A fusão seletiva a laser tornou possível criar um corpo único, reduzindo o número de peças de 12 para um. Não há necessidade de usar várias conexões de metais e flanges: as roscas são simplesmente cortadas dentro da caixa de metal, devido à qual o peso do misturador é reduzido de 1,3 kg para 50 g e o tempo de produção foi reduzido pela metade. Finalmente, os custos financeiros de produção diminuíram 73%.

Exemplos mais práticos de impressão 3D em metal

Separador acústico



Esquerda: Um formulário mestre de duas partes impresso em uma impressora 3D. Direita: Removendo a peça acabada do molde de silicone.

OJSC Concern Okeanpribor A OJSC (São Petersburgo) fabrica sistemas de comunicação para a Marinha da Rússia, incluindo equipamentos com um grande número de pequenos elementos, por exemplo, um divisor - um dos principais componentes da nova antena de sonar. Para prototipagem rápida na fabricação de peças moldadas por injeção, a preocupação utiliza uma impressora 3D profissional 3D Systems ProJet 660Pro, trabalhando na tecnologia CJP. Um molde é cultivado em uma impressora 3D, que é preenchida com silicone. Qualquer outro material pode ser derramado no molde de silicone, neste caso poliuretano. Como resultado, a empresa recebe um tipo de formulário para os formulários - não apenas um protótipo, mas um protótipo, pronto para uso. A implementação do projeto usando métodos padrão exigiria vários meses, mas, graças à impressora 3D, o tempo de criação da antena foi reduzido para três semanas.

Projeto em detalhe

Componentes do motor de turbina a gás



Modelo 3D de cera e produto acabado

Empresa americana Turbine Technologies, Ltd. desenvolveu uma modificação de motores de combustão interna nos quais turbinas de alta pressão estão instaladas. A empresa adquiriu a impressora 3D Systems ProJet MJP 3600W 3D para impressão 3D de modelos em cera e recebe a peça acabada em três a quatro dias. Os modelos de cera agora são feitos diretamente a partir de modelos CAD 3D, e a fundição da Turbine Technologies fabrica componentes de protótipos de motores de turbinas a gás com maior precisão e menor custo.

Exemplos mais práticos do uso da impressão 3D em fundição

Componentes e componentes para a indústria aeronáutica



A impressão 3D com fotopolímeros usando a tecnologia QuickCast economiza tempo e dinheiro, pois elimina a necessidade de equipamentos caros

A Vaupell desenvolve soluções de fabricação para fundições que atendem pedidos das indústrias aeroespacial e de defesa. Graças à impressora 3D estereolitográfica 3D Systems ProX 800, a empresa conseguiu aumentar radicalmente a eficiência da produção. A impressora possui um modo de impressão especial com fotopolímero - QuickCast , que reproduz a parte externa da peça com paredes finas e os vazios no interior da peça são preenchidos com uma estrutura de malha. Os modelos QuickCast substituem os modelos tradicionais de fundição e não exigem equipamentos caros. Assim, a empresa reduziu o custo dos modelos de fundição em 95%.

Assista ao vídeo

Controlar a geometria da carcaça da bomba



Mapa de desvio da geometria do revestimento

A IQB Technologies concluiu um projeto que incluiu uma varredura 3D da carcaça da bomba após a usinagem e uma varredura 3D separada da carcaça com revestimento para controlar a espessura do revestimento. Na primeira etapa, o produto foi digitalizado com um scanner 3D portátil Creaform HandySCAN 700 e, em seguida, foi obtido um modelo 3D de alto poli da carcaça da bomba. Em seguida, os especialistas realizaram um controle dos desvios da geometria no software Geomagic Control X. Desvios identificados na superfície do revestimento criam pressão adicional na carcaça, portanto, reduzem sua vida útil. O projeto foi concluído em apenas 4 horas.

Exemplos mais práticos de controle de qualidade usando um scanner 3D

Engenharia Reversa do Impulsor de Turbina Hidráulica



Digitalização 3D de uma roda de turbina para posterior engenharia reversa

A Dependable Industries (fabricante de modelos e ferramentas de fundição de Vancouver) entrou em contato com o empresário Matthew Percival, da 3D Rev Eng, para ajudar na engenharia reversa da fundição de impulsores de uma turbina hidráulica de eixo radial. O programa de engenharia reversa Geomagic Design X permite criar modelos com formas complexas em poucas horas, que levariam várias semanas para serem utilizadas nas tecnologias tradicionais. Graças ao Geomagic Design X, o tempo de engenharia reversa foi reduzido em 50% e os custos de fabricação foram reduzidos em 48%.

Projeto em detalhe

Conclusão

A tecnologia 3D tem algumas limitações. Esse é o alto custo de equipamentos e materiais, o conhecimento insuficiente, a falta de especialistas e as dificuldades de integração nas cadeias tecnológicas tradicionais. Atualmente, os métodos aditivos não podem suplantar ou substituir as tecnologias clássicas, mas provam os benefícios econômicos da prototipagem e da produção em pequena escala e se tornam a única solução possível na fabricação de peças pequenas complexas. Por fim, o uso de tecnologias tridimensionais de impressão, digitalização e modelagem possibilita a introdução de novos produtos no mercado mais rapidamente e, portanto, aumenta a competitividade das empresas de engenharia.