A manufatura aditiva tem o potencial de contribuir para os processos industriais, combinando a flexibilidade das impressoras 3D com a alta produtividade e qualidade dos processos de remoção de materiais. Porém, ao combinar esses três fatores de decisão com o custo final da peça, como muda o processo de tomada de decisão?

O professor do Insper Alex Bottene estava bem posicionado para apresentar respostas a essa questão. Como líder da trilha de design dos cursos de graduação de Engenharia Mecânica e de Engenharia Mecatrônica, além de docente nas áreas de design para manufatura, processos de fabricação, processos avançados de manufatura e gestão integrada da manufatura, ele vinha avaliando os benefícios dessa prática.

O artigo que compara diferentes técnicas foi apresentado durante o 27th International Congress of Mechanical Engineeting (COBEM), realizado em Florianópolis (SC) em dezembro de 2023, e posteriormente publicado em janeiro de 2024. “Comparamos resultados nos pilares de custo, produtividade, qualidade e flexibilidade. Nossa expectativa é que o processo não se mostrasse o mais vantajoso em todos os aspectos, mas se aproximasse o suficiente da usinagem, especialmente quando se trata de tempo e custo, além e garantir a flexibilidade da produção em 3D”, relata Bottene.

“Nossa análise comprovou que o processo é realmente vantajoso”, ele prossegue. Chegamos a um custo e a um tempo de produção próximos da usinagem. Asseguramos a qualidade da peça produzida, que se mostrou mais leve e utilizou menos material. Conseguimos comprovar a tese de que, se a prática for realizada em escala, o investimento no cabeçote da impressora é pago rapidamente.”

Um dos ganhos mais importantes, aponta ele, é a redução da demanda por estoque. “O processo fica mais flexível, permite produzir uma variedade maior de peças, o que representa uma importante vantagem competitiva para o setor industrial.”

Vantagens comparativas

Publicado com o título “Is hybrid additive manufacturing the best option comparing cost, quality, productivity and flexibility? A case study using Bia Area Additive Manufacturing (BAAM) and Fused Filament Fabrication (FFF) for a bearing manufacturing”, o estudo foi assinado por Jesiel Ribeiro da Rocha, técnico de Laboratório de Engenharia do Insper, Damião Fiuza, professor da Faculdade de Tecnologia de São Paulo (Fatec-SP), e Givanildo A. Santos, livre-docente em Engenharia Mecânica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) — além de Bottene.

O estudo comparou dois processos de manufatura aditiva, a fabricação de filamentos fundidos (FFF) e a fabricação aditiva de grandes áreas (BAAM). As peças foram produzidas utilizando quatro combinações diferentes desses processos, com ou sem usinagem no mesmo setup. As condições foram: processo FFF, usinagem (fresamento e furação), manufatura aditiva híbrida com BAAM e usinagem e manufatura aditiva com FFF e usinagem. Os resultados foram avaliados comparando tempo de fabricação, custo, volume de material, tolerâncias dimensionais, rugosidade superficial e flexibilidade (medida em tempo de configuração).

“Nas condições avaliadas, a manufatura aditiva híbrida com BAAM apresentou os melhores resultados equilibrando todos os critérios propostos, com menor custo e consumo de volume de material, mantendo qualidade dimensional e superficial semelhantes aos demais processos”, aponta o estudo. “A FFF representa o processo de fabricação aditiva mais flexível, com o menor tempo de configuração para preparação. A usinagem teve o menor tempo de fabricação, devido às suas altas taxas de remoção no caso avaliado.”
 

Parceria com Romi e Braskem

As aplicações práticas da manufatura aditiva híbrida são, portanto, evidentes — em polímeros, ao menos, já que este foi o foco do estudo. E essa prática já faz parte da rotina do professor do Insper há quase uma década. “Em 2015, criamos no Insper o laboratório de manufatura, o TechLab, em complemento ao FabLab, o primeiro laboratório de fabricação digital brasileiro dentro de uma faculdade de Engenharia. O objetivo do TechLab é ser um espaço dedicado à prototipação, onde ideias ganham vida. Entre 2018 e 2019, visitamos as principais feiras mundiais que abordam esse tipo de tecnologia.”

Foi quando o conceito de impressora 3D híbrida, que concilia a tecnologia recente com modelos industriais tradicionais, se mostrou como uma tendência importante. “Enxergamos a oportunidade de trazer essa novidade para o Brasil, para dentro do Insper”, afirma Bottene. A proposta inicial era importar o equipamento, que na época estava no estágio de protótipo. Mas a recomendação dos próprios fabricantes foi buscar um parceiro nacional capaz de importar apenas o cabeçote e produzir o restante da máquina. Foi o que aconteceu.

O parceiro escolhido foi as Indústrias Romi, com sede em São Paulo — o professor Rafael Galdino do Santos havia trabalhado 15 anos na empresa, onde participou do desenvolvimento de inúmeros projetos de máquinas-ferramenta, atuando em desafios relacionados ao comportamento dinâmico, térmico e vibrações mecânicas. “Em 2020, a Romi começou a desenvolver um equipamento, seguindo as especificações, e ele se mostrou cinco vezes mais barato do que o original.”

O passo seguinte foi utilizar o equipamento nos Projetos Finais de Engenharia (PFE) da instituição. E um cliente se mostrou especialmente interessado: a petroquímica Braskem. “A empresa entendeu o potencial dessa tecnologia, em termos de variedade de aplicações”, relata Bottene. A parceria com a companhia, iniciada em 2021 com um PFE que propôs a maturação de um projeto de estudos e casos de aplicação para uma linha de produtos novos em impressão 3D, segue ativa desde então.

“Todo esse trabalho culminou no artigo apresentado no congresso da COBEM”, sintetiza o professor. “Ele vai ter sequência: teremos novos PFEs utilizando a ferramenta, que pode, por exemplo, ser aplicada ao setor hospitalar, com a construção de órteses e próteses com confiabilidade e eficiência.”