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O FutureAM integra a cadeia de valor digital e física, desde os pedidos recebidos até ao componente metálico acabado e impresso em 3D

Projeto futureAM obtém impressões 3D metálicas adequadas para uso industrial

10/03/2021
Acelerar a produção aditiva dos componentes metálicos pelo menos num fator de 10: foi com este objetivo em mente que a Fraunhofer-Gesellschaft lançou, em 2017, o projeto de vanguarda ‘futureAM - Next Generation Additive Manufacturing’. Ao finalizar o projeto, em novembro de 2020, seis institutos Fraunhofer deram saltos tecnológicos em engenharia de sistemas, materiais e controlo de processos, assim como na digitalização de ponta a ponta, aumentando assim o rendimento e a rentabilidade do fabrico aditivo com base no metal ao longo de toda a cadeia de processos.
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Imagem 1: Vários lasers no Fraunhofer ILT de Aachen utilizam a impressão em 3D para transformar o pó metálico num componente de demonstração para a futura geração de motores Rolls-Royce. Foto: Fraunhofer.

Por um lado, os parceiros do futureAM centraram-se na integração da cadeia de valor digital e física desde os pedidos recebidos até ao componente metálico acabado e impresso em 3D e, por outro, em dar um salto para uma nova geração tecnológica de fabrico aditivo. A plataforma digital Virtual Lab desempenha um papel importante nisto, visto que reúne as competências de forma digital e faz com que todo o processo de fabrico aditivo seja transparente para todos os parceiros envolvidos. “Estamos agora no limiar da implementação industrial”, diz Christian Tenbrock, chefe de grupo do Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser ILT e diretor do projeto futureAM. “A experiência que adquirimos juntos deve ser agora transferida para a aplicação industrial”.

O laboratório virtual reúne a experiência

Um importante desafio para o futureAM foi a interação entre todos os participantes, alguns dos quais cobrem áreas muito diferentes de toda a cadeia de processos. O Virtual Lab, uma plataforma digital que assegura o intercâmbio de informação através de todas as áreas de tarefas e intervenientes do fabrico, demonstrou o seu valor. Neste contexto, o Instituto Fraunhofer de Tecnologias de Produção Aditiva IAPT desenvolveu várias ferramentas de software para a conceção de componentes aditivos. Desta forma, criou ferramentas de simulação baseadas na web para o fabrico aditivo de metais, ferramentas que também podem ser utilizadas pelos principiantes.

Imagem 2: Conceção de componentes utilizando simulações multifísicas para gerar modelos 3D prontos para a produção no Fraunhofer IAPT, Hamburgo...

Imagem 2: Conceção de componentes utilizando simulações multifísicas para gerar modelos 3D prontos para a produção no Fraunhofer IAPT, Hamburgo. Foto: Fraunhofer.

Componentes multimateriais sem união posterior

No âmbito da atividade ‘Materiais’, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Materiais IWS, de Dresden, investigou que materiais podem ser combinados entre si num componente e que problemas surgem no processo. Entre outras coisas, os investigadores de Dresden ocuparam-se de ampliar o espetro aplicável de materiais de alta temperatura processáveis adicionalmente e investigaram como podem ser combinados numa conceção multimaterial.

A interação da deposição de material por laser (LMD) e da inteligência artificial (IA) deu um resultado emocionante: graças à análise de processos apoiada pela IA, o instituto pôde analisar uma ampla gama de fatores de influência e otimizar o processo de fabrico. O Fraunhofer IWS demonstra quão bem o processo já funciona utilizando componentes multimateriais de níquel e alumínio. Segundo os requisitos dos componentes, os investigadores adicionam um terceiro ou quarto elemento para adaptar rigorosamente as propriedades à respetiva aplicação.

Imagem 3: No Fraunhofer IWS de Dresden amplia-se o espetro aplicável de materiais processáveis aditivos...
Imagem 3: No Fraunhofer IWS de Dresden amplia-se o espetro aplicável de materiais processáveis aditivos. Com a deposição de energia direta à medida podem-se executar componentes metálicos multimateriais. Foto: Fraunhofer.

Componentes em formato XXL: lançamento 10 vezes mais rápido

Os cientistas do Instituto Fraunhofer de Aachen, desenvolveram um sistema de demonstração construído por um fabricante de máquinas. Trata-se de um sistema para a impressão em 3D de componentes à escala XXL. Por exemplo, um componente de demonstração para as futuras gerações de motores Rolls-Royce poderá ser fabricado com fusão de leito de pó laser (LPBF) graças ao grande volume de construção (1000 mm x 800 mm x 400 mm) e a um novo sistema de máquina com um sistema ótico móvel. Foram conseguidos sucessos semelhantes com a deposição de material por laser de extrema velocidade (EHLA), que agora também se pode utilizar para produzir componentes 3D. O novo processo desenvolvido permite velocidades de deposição extremamente rápidas com alta resolução de detalhes.

O pós-processamento automatizado poupa recursos

Os investigadores também identificaram um grande potencial de otimização no pós-processamento. Por isso, o Instituto Fraunhofer de Máquinas-Ferramentas e Tecnologia de Conformação IWU, em Chemnitz, desenvolveu uma solução automatizada para isso como parte do projeto. Para permitir que o processo identifique e rastreie o componente físico de modo a que não exista qualquer dúvida e de forma contínua, inclui-se um código durante o fabrico e lê-se em voz alta posteriormente. Este código também assegura uma proteção de cópia eficiente e sem problemas. No passo seguinte, a geometria real do componente fixo é registada através de scanners laser e a estratégia de processamento ideal resulta da comparação entre a geometria pretendida e a real. O processamento é então realizado automaticamente por um robô e realiza-se uma verificação no processo através de renovados scaneamentos 3D.
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Imagem 4: Pós-processamento automático de componentes específicos usando um robô, com posterior verificação através de scaneamento 3D na Fraunhofer IWU, em Chemnitz. Foto: Fraunhofer.

Projeto de vanguarda Fraunhofer ‘futureAM - Next Generation Additive Manufacturing’

Com a criação do futureAM, a Fraunhofer-Gesellschaft está a avançar sistematicamente no desenvolvimento do fabrico aditivo de componentes metálicos. Os seguintes institutos participaram numa associação estratégica de projetos no campo do fabrico aditivo:

  • Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser ILT, Aachen (coordenação do projeto),
  • Instituto Fraunhofer de Tecnologias de Produção Aditivas IAPT, (Hamburgo)
  • Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Aplicados-Investigação IFAM, Bremen
  • Instituto Fraunhofer de Investigação em Computação Gráfica IGD, Darmstadt
  • Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Materiais IWS, Dresden
  • Instituto Fraunhofer de Máquina-Ferramentas e Tecnologia de Conformação IWU, Chemnitz, Dresden

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