O uso de manufatura aditiva de metal revolucionou a indústria de manufatura, permitindo a criação de peças complexas e intrincadas de maneira mais rápida e econômica.
No entanto, o pós-processamento essencial dessas peças introduz restrições financeiras e de tempo ao custo total por peça, o que pode anular completamente os benefícios da manufatura aditiva. A remoção do suporte é a primeira etapa crítica do pós-processamento de peças de manufatura aditiva de metal e é desafiadora.
Hoje, os suportes ainda são essenciais para a fidelidade da peça durante o processo de fabricação, mas devem ser removidos para obter o produto acabado necessário com a forma, os recursos e as tolerâncias pretendidos.
Embora a remoção manual do suporte ainda seja o status quo para muitas aplicações de manufatura aditiva de metal, este artigo abordará a transição para soluções automatizadas de remoção (e acabamento) do suporte e considerará as vantagens e desvantagens do uso de sistemas de controle numérico computadorizado (CNC) versus a versatilidade e confiabilidade dos robôs.
Apoiar ou não apoiar
Há um argumento de que o enigma da remoção de suporte na manufatura aditiva será eventualmente resolvido pela chamada impressão sem suporte. Claro, este seria o objetivo final, permitindo total liberdade de projeto com eficiência de recursos otimizada, onde matérias-primas e energia seriam usadas apenas para fazer a peça final e não os suportes.
Infelizmente, o setor de manufatura aditiva ainda não existe e, embora os suportes estejam sendo minimizados por meio do design, eles ainda são – e serão no futuro próximo – uma necessidade.
Minimizar a quantidade de material e energia usada para suportes é a coisa certa a fazer em quase todas as situações, mas também pode comprometer a liberdade de design e ter um impacto negativo na funcionalidade desejada da peça de uso final, que pode, por exemplo, precisam ser projetados com cavidades preenchidas ou saliências, levando à perda de peso leve.
Projetos generativos também podem ser desnecessariamente limitados para obter os ângulos necessários para suportes reduzidos.
O foco na redução do suporte também pode afetar a eficiência do processo. Por exemplo, peças longas podem ter que ser construídas em uma orientação específica e, portanto, ocupam mais da placa de construção, e as construções empilhadas podem se tornar impraticáveis devido às estruturas de suporte interconectadas.
Em suma, embora devamos sempre nos esforçar para obter menos suportes, eles ainda são uma ferramenta necessária para as aplicações de manufatura aditiva mais complexas.
Pós-processamento manual
Surpreendentemente, a remoção manual do suporte continua sendo o processo de escolha para a maioria dos usuários de manufatura aditiva atualmente. Requer técnicos altamente treinados para remover suportes com todos os tipos de ferramentas manuais tradicionais.
As Dremels também são úteis. É experimentado e testado, mas requer habilidade, resolução de problemas e criatividade. Ele pode ser adequado para ambientes de produção de alto volume e baixo volume.
No entanto, a remoção manual do suporte também é muito demorada, trabalhosa, confusa, com poeira tóxica que requer EPI ou ambientes protegidos. Risco de ignição e explosão de pólvora e lesões por esforço repetitivo são problemas comuns.
Além disso, não é repetível com precisão com variabilidade de pessoa para pessoa e até mesmo de turno para turno, causando problemas de controle de qualidade e aumentos na taxa de refugo. Também é difícil escalar se a demanda por peças de manufatura aditiva começar a aumentar significativamente.
Automação, automação, automação
Houve algum progresso com soluções para automatizar o pós-processamento de peças de manufatura aditiva de metal. O mais comum tem sido a utilização de fresadoras CNC, uma tecnologia comprovada para uma variedade de aplicações de manufatura, incluindo uma abordagem híbrida para manufatura aditiva.
Eles são inegavelmente precisos e repetíveis. No entanto, só porque algo é comum e tem um bom histórico em algumas áreas, não significa necessariamente que seja sempre a melhor solução.
O CNC pode funcionar bem se a peça em questão tiver recursos com tolerância restrita e onde planicidade, circularidade, concentricidade ou dimensões tiverem que estar dentro de alguns mícrons.
É também a tecnologia preferida para remoção de suporte em grandes construções em lote, onde as geometrias são simples ou se prestam a uma fixação fácil em apenas algumas orientações.
Da mesma forma, pode ser uma boa opção para impressões em que a remoção da plataforma com um CNC EDM cuida da maioria dos suportes.
No entanto, as máquinas CNC não são uma boa solução para componentes de paredes finas, construções empilhadas que economizam espaço e peças com estruturas de treliça ou suportes separados. Também é justo dizer que os programadores CNC não gostam de formas orgânicas projetadas generativamente com curvas compostas.
Isso começa a esclarecer e fortalecer o argumento contra o CNC para remoção de suporte no ecossistema de manufatura aditiva.
Um dos principais impulsionadores da manufatura aditiva é a flexibilidade do projeto que permite aos usuários iterar, personalizar e atualizar componentes de um lote para o próximo. Isso significa que é raro que empresas que usam manufatura aditiva para produção invistam em automação industrial rígida.
Qualquer iteração, qualquer alteração no projeto significaria uma nova trajetória do CNC para um novo caminho de ferramenta e teria um custo alto. a manufatura aditiva precisa que essa flexibilidade de projeto seja transportada para cada etapa da cadeia do processo de fabricação.
O problema é semelhante para ferramental e fixação. Os tipos de acessórios de alta precisão necessários para a automação industrial rígida simplesmente não fazem sentido, a menos que você esteja preparado para se comprometer com um projeto de longo prazo.
E há o problema da variabilidade de lote para lote. Mesmo se você tivesse um acessório perfeito e um caminho de ferramenta perfeito, confiar em uma superfície de suporte perfeitamente previsível direto da impressora pode não ser a melhor ideia.
Isso ocorre porque espera-se que os suportes de fabricação aditiva desviem, de modo que as peças AM não precisem. Os suportes AM são feitos finos para maximizar o uso de estoque de pó. Conexões finas são feitas ao componente para minimizar as testemunhas da superfície e facilitar a quebra do andaime.
Às vezes, a composição do material é até alterada entre os lotes, o que significa que os suportes podem parecer e se comportar de maneira muito diferente de um lote para o outro.
robôs para o resgate
Portanto, a manufatura aditiva precisa de automação que possa se adaptar à variabilidade, especialmente para suporte e remoção de testemunhas. E esse desafio foi resolvido por meio do uso de software sofisticado e sistemas de inteligência artificial para ajudar a gerar caminhos de ferramentas e movimentos de robôs sem mobilizar toda uma equipe de engenharia de sistemas.
Isso permite uma iteração rápida, bem como a automação de pequenos lotes.
A digitalização 3D pode ser usada para localizar peças em vez de acessórios de alta precisão, o que significa que as impressoras FDM de mesa podem ser usadas para fazer acessórios de plástico rapidamente, sem se preocupar com precisão ou alterações no design.
Além disso, sensores de força podem ser usados para sentir a superfície e adaptar a usinagem de acordo, ou para passar mais tempo em pontos altos até que a forma final seja alcançada, ou para polir para um acabamento consistente
Uma grande vantagem é que qualquer ferramenta pode ser utilizada para remoção e acabamento do suporte. Se já se sabe quais ferramentas funcionam bem com os materiais ou os tipos de suportes impressos, as mesmas ferramentas exatas podem ser anexadas a um robô para automatizar com mais confiança.
Com a tecnologia atual, as etapas para adicionar uma nova ferramenta personalizada são basicamente como adicionar um novo tipo de fresa a uma máquina CNC e não requer um integrador de sistema que cobra por hora.
A Rivelin Robotics, especializada em pós-processamento de manufatura aditiva de metais, já possui produtos que fazem isso. A empresa é especializada no desenvolvimento e instalação de robôs para uma ampla gama de aplicações de pós-processamento AM.
No contexto da remoção de suportes de peças metálicas fabricadas com aditivos, a Rivelin Robotics oferece soluções robóticas avançadas projetadas especificamente para executar essa tarefa de maneira confiável e precisa.
Os robôs da empresa oferecem uma série de benefícios em relação às máquinas CNC tradicionais, como maior velocidade, precisão e repetibilidade quando aplicados para suporte de remoção e acabamento. Eles também são altamente flexíveis, o que permite que sejam facilmente adaptados a diferentes aplicações e processos.
Os robôs da Rivelin Robotics também são projetados com a segurança em mente, com invólucro protetor e recursos de segurança que reduzem o risco de acidentes e ferimentos.
Além disso, os requisitos de energia e refrigeração são muito menores do que no caso das máquinas CNC, o que ajuda a aumentar a eficiência de recursos e de energia e, ao mesmo tempo, reduzir o desperdício.
solução superior
Resumindo, os robôs estão surgindo como uma solução superior em comparação com as máquinas CNC para a remoção automatizada de suportes de peças de manufatura aditiva de metal devido à sua velocidade, eficiência, flexibilidade, precisão, repetibilidade, segurança, economia e sustentabilidade.
O uso de robôs neste processo não apenas resulta em um produto acabado melhor, mas também fornece um processo de fabricação de ponta a ponta mais seguro, sustentável e econômico.
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