Como a fabricação digital de desktop afeta o corte por jato de água abrasivo

Aug 22, 2023

FIGURA 1. O cenário de fabricação digital de desktop compreende quatro tecnologias principais: usinagem CNC, impressão 3D, corte a laser e corte por jato de água.

Os fabricantes de chapas metálicas personalizadas de hoje estão muito familiarizados com o “único”. Um cliente pode querer uma ou algumas peças para um pedido de volume muito baixo, ou talvez apenas uma quantidade de uma. Esse pedido pode ser para um protótipo e, quando se trata de prototipagem, o tempo é essencial.

A prototipagem requer iteração rápida. Os designers gastam um tempo cada vez mais limitado no processo crucial de resolução de problemas: tentar, falhar e melhorar. No passado, isso significou alavancar uma equipe dedicada de modeladores e maquinistas profissionais internos com um complemento correspondentemente grande e especializado de equipamentos complexos que exigiam operadores qualificados que geralmente estavam afastados do objetivo real de engenharia e design. Em uma fábrica personalizada, esses operadores provavelmente trabalhavam em uma área de prototipagem separada.

Alternativamente, um fabricante pode enviar um pedido urgente de protótipo para a área de produção. As máquinas de fabricação de chapas metálicas são mais flexíveis do que costumavam ser. Mesmo assim, incluir um protótipo ou um pedido de baixa quantidade ainda atrapalha o fluxo de produção.

Algumas operações estão agora a explorar uma terceira opção. Eles estão trazendo máquinas-ferramentas para o próprio departamento de engenharia. Alguns experimentaram impressoras 3D, tanto em plástico quanto em metal, que impedem que os engenheiros de prototipagem utilizem a oficina mecânica. Outros estão utilizando uma tecnologia emergente de corte de perfil que permite que os engenheiros cortem eles próprios um perfil – sem necessidade de entregar a solicitação à oficina de prototipagem ou à área de produção.

O corte por jato de água abrasivo de mesa é um processo entre um número crescente de tecnologias no que se tornou conhecido como fabricação digital de mesa. O conceito criou novas possibilidades para designers de produtos. O tempo gasto desde um conceito de design inicial até um produto final não é mais o obstáculo de antes. Este é um resultado direto da democratização da produção. Hoje, a fabricação pode ocorrer na produção, em uma célula de prototipagem ou em uma área da oficina a poucos passos da estação de trabalho do engenheiro.

A prática da fabricação digital de desktop começou há mais de uma década com impressoras 3D de mesa. Eles são ótimos para criar peças complexas em vários materiais plásticos. Depois surgiram os cortadores a laser de mesa, que podem criar peças 2D precisas em materiais macios e finos, como madeira e plástico, feitos que as impressoras 3D não conseguiam alcançar. As fresadoras CNC acessíveis também se tornaram populares, oferecendo a capacidade de criar peças 3D complexas em metal.

Essas tecnologias deram aos engenheiros flexibilidade para criar protótipos de peças internamente. No entanto, um processo de fabricação permaneceu indefinido: as ferramentas digitais com a capacidade de fabricar peças precisas em chapas ou chapas duras ainda não estavam disponíveis para a maioria dos engenheiros. No entanto, cortadores a jato de água de pequeno formato entraram recentemente no mercado, permitindo aos engenheiros produzir peças de precisão em chapas metálicas, fibra de carbono, vidro e borracha.

Os jatos de água cortam uma variedade de materiais concentrando água em pressão ultra-alta e partículas abrasivas em um bico, lançando a lama na peça de trabalho. Como todos os materiais sofrem erosão e como é um processo de corte a frio, os jatos de água podem produzir protótipos precisos com ótimo acabamento superficial em muitos materiais que impressoras 3D, lasers de baixa potência ou máquinas CNC não conseguiriam lidar (veja a Figura 1). .

Por exemplo, um projeto para uma nova peça de equipamento industrial exigia um grande motor elétrico com transmissão por correia e polia. Nesta aplicação, a relação de transmissão entre as polias foi uma variável crítica do projeto que impactou o desempenho do dispositivo. Para combater isso, a equipe de projeto reconheceu o problema e desenvolveu uma solução simples para testar e medir melhorias para aumentar a eficiência do projeto.

Primeiro, os engenheiros criaram desenhos CAD para uma série de polias motrizes de tamanhos alternativos, algumas com mais dentes e outras com menos, para que as diferentes relações de transmissão pudessem então ser testadas para determinar aquela com maior eficiência. Em vez de enviar as diversas polias para uma oficina mecânica e adicionar os atrasos e custos de produção associados, os engenheiros do projeto cortaram internamente as peças para as polias de teste em seu pequeno cortador a jato de água (veja a Figura 2).