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

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. 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 limitado no processo crucial de resolução de problemas de tentar, falhar e melhorar. No passado, isso significava 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 eram afastados do objetivo real de engenharia e design. Em uma loja de fabricação personalizada, esses operadores provavelmente trabalhavam em uma área de prototipagem separada.

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

Algumas operações agora estão explorando 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 próprios engenheiros cortem um perfil - sem a necessidade de entregar a solicitação à oficina de prototipagem ou ao chão de fábrica.

O corte por jato de água abrasivo desktop é um processo entre um número crescente de tecnologias no que é conhecido como manufatura digital desktop. O conceito criou novas possibilidades para designers de produtos. O tempo gasto indo de um conceito de design inicial a um produto final não é mais o obstáculo que já foi. Este é um resultado direto da democratização da manufatura. 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 desktop. Eles são ótimos para criar peças complexas em vários materiais plásticos. Em seguida, 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. Fresadoras CNC acessíveis também se tornaram populares, oferecendo a capacidade de criar peças 3D complexas em metal.

Essas tecnologias deram aos engenheiros flexibilidade para prototipar peças internamente. No entanto, um processo de fabricação permaneceu indefinido: ferramentas digitais com a capacidade de fazer peças precisas em placas ou chapas duras ainda não estavam disponíveis para a maioria dos engenheiros. No entanto, os cortadores de jato de água de pequeno formato entraram recentemente no mercado, permitindo que os engenheiros produzam 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 bocal, lançando a pasta 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 de peças precisas com ótimo acabamento de superfície em muitos materiais que impressoras 3D, lasers de baixa potência ou máquinas CNC não poderiam manipular (consulte 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. Nessa aplicação, a relação de transmissão entre as polias era uma variável de projeto crítica que afetava o desempenho do dispositivo. Para combater isso, a equipe de design reconheceu o problema e criou uma solução simples para testar e medir melhorias para aumentar a eficiência do design.

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