Utilização das impressoras 3D nas rotinas de manutenção

Este artigo tem como objetivo mostrar os avanços e evoluções adquiridas a partir da adoção de modelagem com o uso das impressoras 3D, um conceito de 1984 que só agora, com a evolução tecnológica, vem ganhando espaço na indústria.

1- INTRODUÇÃO

O artigo em questão trata da evolução dos conceitos de manutenção, através da evolução da indústria e dos processos industriais que conhecemos hoje.

Os conceitos de manutenção surgiram ainda no século XVIII, com o princípio da revolução industrial e da otimização dos processos de manufatura, os quais explodiram na Inglaterra. Nessa época, apresentavam-se conceitos de produção de máquinas movidas a vapor com grandes dimensões e construídas sob forja, as quais tinham, realmente, um exagero de estrutura.

Mesmo com o superdimensionamento das máquinas, falhas ocorriam com frequência por diversos motivos, como desgastes naturais, falha humana, falha de projeto, dentre outros. Como na época, construir uma máquina tinha o tempo como fator crítico, um defeito poderia significar a extinção de uma fábrica.

Com base neste problema, as indústrias começaram a entender a necessidade da manutenção, a importância de manter algo em funcionamento e a viabilidade de aumentar a vida útil dos seus maravilhosos inventos. Desde então, a manutenção passou a caminhar lado a lado com a evolução da industrial, de modo que os novos projetos passaram a visar não apenas a eficiência, mas também a manutenção das novas máquinas. Outro grande salto das rotinas de manutenção foram as grandes guerras mundiais. A primeira geração da manutenção moderna, como a conhecemos hoje, atravessou a primeira guerra mundial. Nesse período, houve uma evolução forçada, principalmente pela escassez de mão de obra e pelo emprego de tecnologia e de conhecimento de engenharia no berço da indústria bélica. Este período só terminou após a segunda guerra, a qual trouxe a ideia de que reconstruir partia do princípio de manter o que já estava pronto e em bom estado de funcionamento, tendo em vista que a destruição da guerra atingiu, em cheio, a indústria de transformação, que novamente foi encolhida pela indústria bélica (armamentista).

A partir daí, a nova indústria do pós guerra criou conceitos atuais, como a manutenção preditiva e a manutenção preventiva, pois a demora e a lentidão no reparo das máquinas antigas intervia, diretamente, na produtividade das fábricas, em um tempo em que reconstruir e crescer era fundamental para a humanidade.

A terceira fase teve início em meados dos anos 70, época em que os novos conceitos de manutenção agregaram a essência do mundo como vimos hoje, englobando a tecnologia e a sustentabilidade. Deste então, com a modernidade, a manutenção e a indústria passaram a evoluir juntas, e, com as evoluções tecnológicas, estes novos conceitos se misturam cada dia mais. Hoje, manutenção e tecnologia passaram a ser um conjunto de trabalho perfeito, em que a eficiência e a produtividade crescem a medida em que a tecnologia e a manutenção evoluem.

Com base neste conceito, este artigo trata da introdução de uma tecnologia que vem crescendo cada dia mais e que vai se tornar cada vez mais comum e mais acessível aos diversos níveis da indústria.

2- A ORIGEM DA IMPRESSÃO 3D

A Impressão 3D foi inventada, em 1984, por Chuck Hull, um norte-americano do estado da Califórnia, utilizando a estereolitografia (tecnologia precursora da impressão 3D). Hull já havia desenvolvido, há um ano antes, a tecnologia do que viria a ser a máquina. Nesse momento, ela apresentava duas funções principais, sendo uma delas a criação de lâmpadas para solidificação de resinas, primeiro objeto criado pela ferramenta.

Entretanto, a principal função da máquina foi a confecção de partes de plástico de forma rápida, já que o processo tradicional levava de seis a oito semanas, e as peças ainda precisavam ser refeitas diversas vezes devido a problemas na manufatura. Sendo assim, com a produção desses componentes em um ambiente controlado e de maneira muito mais veloz, a impressora 3D já demonstrava flexibilidade e rapidez, duas de suas principais características até 2014.

A tecnologia de impressão 3D, desenvolvida pela Carbon3D Inc., permite que objetos cresçam a partir de um meio líquido continuamente, em vez de ser construído camada por camada, como têm sido desde dos anos 90, representando, assim, uma abordagem fundamentalmente nova para a impressão 3D. A tecnologia permite que os produtos prontos para uso sejam feitos de 25 a 100 vezes mais rápidos do que outros métodos, além de criar geometrias anteriormente inatingíveis, o que abre oportunidades para a inovação, não só na área da saúde e medicina, mas também em outras grandes indústrias, como automotiva e de aviação.

Dentro dos procedimentos de manutenção, a impressão em 3D é tratada como uma ferramenta de prototipagem. Na manutenção dos dias atuais, a prototipagem é uma forma de materializar conceitos e necessidades de projeto para que se possa trabalha-los em moldes reais e realizar ajustes físicos que não são possíveis de analisar graficamente e que, muitas vezes, são a principal causa de retrabalho na manutenção, seja ela corretiva preditiva ou preventiva. Assim, a melhor maneira de reduzir estes retrabalhos são com a construção de protótipos, pelo fato de poderem ser submetidos a testes de encaixe e simulações reais de principio de esforço, além analisar e corrigir incertezas de medição em máquinas e equipamentos que sofreram desgaste contínuo de componentes fixos ou estruturais.

A diferença é que, com a impressão em 3D, esse processo se tornou muito mais ágil e comum a empresas de todos os tamanhos , de modo que a impressão em 3D passou a ser conhecida também como Prototipagem Rápida, termo que ressume bem a funcionalidade do processo.

FONTE (ENGENHA MUNDO)

2.1 A EXPANSÃO DO MERCADO

Por se tratar de uma evolução de mercado, por que um conceito de 32 anos de criação só agora se tornou popular? A resposta é o mais simples possível: capitalismo. Uma criação só tem investimento e valorização, por parte da indústria, se compensar um investimento. E quando tratamos de investimento, podemos dividir em duas etapas:

Pulverização do produto: muito dinheiro foi gasto com pesquisas tecnológicas para tornar as impressoras 3D acessíveis a industrias de todas as escalas, e não apenas a multinacionais do setor automotivo.

Evolução do produto: desde a invenção das impressoras 3D tivemos também uma explosão de tecnologia gráfica, o que permitiu criar novos formatos com precisão, qualidade e rapidez. Esta evolução, que começou antes mesmo da impressora 3D, com a IBM ainda na década de 70, por muitos anos deixou projetistas e engenheiros em estado de espera pelo dia em que as suas criações pudessem sair do papel de forma barra e instantânea. Isso foi o grande impulso para o mercado de impressoras 3D, de modo que o conceito passou a ser cada vez mais viável e mais desejado, gerando um interesse, ainda maior, em tornar a tecnologia mais moderna, portátil, comum e acessível até mesmo para o cientista louco que constrói ideias no seu porão.

Mas a atual expansão foi impulsionada pelos sistemas de diagnóstico por imagem e pelo crescente interesse da comunidade científica na utilização das impressoras 3D para pesquisas e tratamentos médicos.

3- Impressão em 3D

A impressão em 3D, ou Prototipagem Rápida, é um conceito que deriva da impressão 2D, na qual são sobrepostas diversas lâminas bidimensionais até que se forme um sólido, processo conhecido como fabricação aditiva. Fabricação aditiva é o processo de criar objetos sólidos tridimensionais a partir de modelos digitais. As tecnologias de fabricação aditiva compreendem a fusão a laser, fundição a vácuo e moldagem por injeção.

Trazendo o conceito a um entendimento mais simples, a impressão 3D constrói um sólido a partir da injeção de lâminas feitas de polímeros injetáveis.

3.1 – IMPRESSORAS 3D E OS TIPOS DE MANUTENÇÃO

Não é difícil imaginar o potencial das impressoras 3D atuando sobre uma situação que envolvem a manutenção. Por isso, associamos os tipos de manutenção e descrevemos formas diretas de utilização dos recursos das impressoras 3D na otimização dos processo de manutenção. Desta forma, por definição, vamos incluir as diversas facilidades proporcionadas pelo invento.

3.1.1 Manutenção corretiva não planejada: Esse tipo de manutenção é caracterizado pela atuação das equipes de manutenção em fatos que já ocorreram, sejam eles desempenhos inferiores ao almejado ou uma falha. Não há tempo para a preparação de componentes e nem para o planejamento do serviço, isto é, a manutenção corretiva não planejada é a correção da falha de modo aleatório a fim de evitar outras consequências.

Neste tipo de manutenção, as impressoras 3D podem ser utilizadas no dimensionamento de protótipos de peças causadoras de falhas, como, por exemplo, na impressão de um molde para justificar um rolamento desgastado, na construção de moldes em material plástico para reconstrução de peças forjadas que sofreram quebra.

Do ponto de vista do custo de manutenção, esse tipo tem custo maior do que prevenir falhas nos equipamentos. Porém, com a adoção da impressora 3D, podemos reduzir os custos de fabricação de peças sobressalentes e, até mesmo, enviar moldes aos fabricantes para que não haja dimensionamento errado de componente. Isso, de certa forma, poderia amenizar o custo de manutenção de diversos tipos de máquinas orgânicas e agilizar o processo de retomada de função.

3.1.2. Manutenção corretiva planejada: Neste caso, tem-se uma falha ou condição anormal de operação de um equipamento e a correção depende de decisão gerencial, em função de acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a quebra.

Neste caso, a adoções de recurso 3D pode levar a uma otimização de custos significativa, pois permite a reprodução dos componentes em estágio final de vida útil, antes de se romperem, e a realização de testes operacionais durante os períodos de intervalo de produção.

E, mais uma vez, a manutenção torna-se diferenciada e menos impactante nos índices de produção, tornando a manutenção corretiva planejada tão eficiente quanto a preventiva e a preditiva, sendo observado que é um recurso limitado por questões dimensionais e que, em alguns casos, pode-se obter protótipos para realizar simulações de falhas e desenvolver maneira eficazes de sanar as falhas.

3.2. Manutenção preventiva: Trata-se de atuação realizada de maneira a reduzir ou evitar a falha ou a queda no desempenho do equipamento, obedecendo a um plano de manutenção preventiva previamente elaborada, baseado em intervalos definidos de tempo. Neste contexto, podemos inserir a impressão tridimensional de diversas formas, sendo a principal delas, através do dimensionamento de peças e partes e da reprodução de formatos de análise para que a equipe de manutenção tenha uma familiarização com os componentes do equipamento e uma reprodução exata do funcionamento dos sistemas em revisão.

Desta forma, a manutenção preventiva torna-se mais ativa e barata, pois os custos com a impressão 3D compensam o ganho em tempo de parada e em horas trabalhadas na realização de manutenção.

3.3 Manutenção preditiva: Também é conhecida como manutenção sob condição ou manutenção com base no estado do equipamento. É baseada na tentativa de definir o estado futuro de um equipamento ou sistema, por meio dos dados coletados ao longo do tempo por uma instrumentação específica, verificando e analisando a tendência de variáveis do equipamento. Esses dados coletados por meio de medições em campo como temperatura, vibração, análise físico-química de óleos, ensaios por ultrassom, termografia, não permitem um diagnóstico preciso. Portanto, trabalha-se, no contexto de uma avaliação probabilística. O uso da impressora 3D na manutenção preditiva oferece um ganho substancial na qualidade da manutenção preditiva, pois permite o estudo de variáveis de desgaste a partir da reprodução dos sistemas em formatos tridimensionais, fato que permite a otimização do processo e altera a calibração dos dados de análise de um equipamento.

Peças produzidas (mecatrônica automotiva)

4 Conclusão

Ao término dos estudos sobre a introdução da tecnologias na impressão 3D nos processos de manutenção, entendemos que estamos diante de mais um grande avanço nos processos de manutenção. A medida que a tecnologia vai se popularizando, novas ideias vão surgindo, novos conceitos vão sendo adotados e, num futuro breve, a manutenção será um foco de sucesso para estas tecnologias. Mesmo com as limitações existentes, a tecnologia com o uso de polímeros de combustíveis fósseis e as restrições de dimensões de grandes formatos, já temos um ganho significativo nos novos processo de manutenção de plantes de micromecânicas. Dessa forma, adquirimos um conhecimento muito interessante para nós, como engenheiros, e o levamos para posterior utilização na gestão de ativos de manutenção ao logo das nossa carreiras.

5- Referencias

• veja.abril.com.br/ciencia/medicina-impressaos-avancos-que-a-tecnologia-3d-trouxe-a-saude
• https://pt.wikipedia.org/wiki/Impress%C3%A3o_3D
• http://wwwp.feb.unesp.br/

Sobre os Autores:

Guilherme Borges Mâncio – E-mail para contato: guilherme.mancio@outlook.com.br
Gilcely Rocha – E-mail para contato: arbom_financeiro@hotmail.com
Miguel Ângelo dos Santos – E-mail para contato: migueldex@hotmail.com

Contexto: Artigo apresentado como trabalho graduação Engenharia de Mecânica na Disciplina de Gestão da Manutenção em ministrada pelo Prof. Ms. Ítalo Coutinho do Centro Universitário de Belo Horizonte – UNIBH.

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