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Slefty
Artigos

Design Generativo para Produção Aditiva

17-09-2021

 

Com os diferentes métodos de produção que começam a existir, fugindo às técnicas mais tradicionais de produção de materiais em aço, as formas de conceber os elementos devem também de ser adaptadas. A manufatura aditiva associada à impressão 3D, traduz-se numa grande diferenciação de métodos de produção face aos métodos correntes e como tal os métodos de conceção têm de ser adaptados a estes novos métodos produtivos.

A conceção generativa é um processo diferente de conceção que permite explorar as vantagens da manufatura aditiva. A procura é refinada por software alterando os valores mínimos e máximos de um intervalo, no qual uma variável do programa atende a todas as restrições, com o objetivo de reduzir ou aumentar o número de resultados a obter. Otimizações topológicas são também obtidas utilizando este método, tornando possível otimizar um objeto através da reorganização do material, entre outras coisas, o fator de segurança, deslocamento ou deformação. Combinando esses dois métodos, é possível obter bons resultados de otimização de peças.


A Slefty desenvolveu uma análise de um acessório para máquinas de construção, um balde, de forma a verificar as vantagens e desvantagens da manufatura aditiva associada à conceção generativa para este produto.
 



A flexibilidade de utilização associada a este tipo de equipamentos faz com que as solicitações e esforços instalados no mesmo sejam muito variados. Com estas variações não existe um caminho de otimização linear associado à otimização topológica que nos permita reduzir e modificar a peça numa única direção. Isto associado às próprias condicionantes de utilização do equipamento fazem com que a otimização a ser realizada explore pouco as potencialidades da conceção generativa.

Apesar disso o balde foi modificado e uma melhoria na sua conceção foi conseguida. Este produto não é um exemplo de uma grande redução de materiais utilizados, devido a todas as condicionantes mostradas acima, mas ainda assim chegou-se a valores de otimização de 5% em peso de balde. Outro tipo de produtos alvo de uma otimização topológica podem chegar a otimizações em peso na ordem dos 40%, como é o caso do reforço de um elemento metálico mostrado na imagem abaixo.

 

Este tipo de conceção generativa está muitas vezes associado à impressão 3D e no caso deste balde, o objetivo era mesmo analisar os potenciais da produção em 3D e avaliar a fase de maturidade da tecnologia. As tecnologias mais amplamente utilizadas hoje são a fundição seletiva, aglutinante a jato e extrusão de metal. Outros sistemas de impressão 3D de metal foram desenvolvidos com base na impressão 3D de plástico. Apesar da produção em pequena escala do equipamento, por este método, já ser possível em escala real, ainda é algo bastante difícil de aceder. Apesar disso foi possível ter acesso à tecnologia e aos custos associados à mesma.


O estado de maturidade deste tipo de produção é já algum, mas ainda longe de uma massificação por diversos setores da indústria. A sua utilização encontra-se mais ligada à substituição de peças de pequena dimensão, que tinham o seu processo produtivo associado á maquinação, no caso de eventuais quebras de stock ou necessidades de substituição num curto espaço de tempo. Mesmo assim, a utilização do aço na manufatura aditiva ainda é preterida face a outros materiais poliméricos que apresentam características de resistência mecânica e abrasão bastante interessantes.
 

Em termos de custos, a manufatura aditiva associada a um balde de dimensão real apresenta ainda custos bastante elevados. Na produção do mesmo, face aos métodos tradicionais, os custos podem chegar a 10x mais. No que diz respeito ao tempo de produção, o cenário é semelhante com o tempo de produção de um balde pela manufatura aditiva a ficar em cerca de 10x mais do que os processos tradicionais. Apesar das diferenças encontradas entre os dois métodos produtivos serem bastante grandes, quando comparamos o mesmo produto a uma escala de 1/10, os custos e tempo de produção aproximam-se bastante, mostrando que esta tecnologia se apresenta como mais competitiva para peças e elementos de menor dimensão.

A conceção generativa, apesar de ser um método de conceção mais associado à manufatura aditiva, é algo bastante capaz e importante de ter em conta na análise e conceção de produto. Torna-se assim facilmente possível de verificar onde se encontram as maiores solicitações nos elementos e modificar as geometrias com base nas solicitações reais. A manufatura aditiva ou impressão 3D, apesar de ser uma tecnologia possível de aceder, no caso de peças metálicas, ainda encontra o seu espectro de aplicação limitado a algumas aplicações. Os desenvolvimentos recentes associados à tecnologia e o que se perspetiva no futuro próximo, fazem acreditar que cada vez mais esse espectro de aplicação se irá alargar a diversos elementos e industrias.

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