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Fabrico Aditivo: como a reparação de moldes através da impressão 3D minimiza o impacto ambiental

23 março 2021
Artigo de Joana Gouveia, investigadora do INEGI na área de Desenvolvimento de Produto.  


O fabrico aditivo tem vindo a quebrar convenções e a revolucionar o universo da manufatura graças ao seu baixo custo, flexibilidade nos materiais usados, e rapidez de impressão de peças – independentemente da variação da complexidade de geometrias ou da personalização necessária.  

Também conhecida como impressão 3D, esta tecnologia disruptiva permite uma produção essencialmente isenta de resíduos com uma poupança na energia necessária por peça. Possui potencial para reduzir o consumo de recursos durante o processo de fabrico e aumentar a produtividade, sendo uma possível ferramenta para enfrentar o desafio da "Fabricação-Zero defeitos”, à qual o projeto TOOLING4G - Advanced Tools for Smart Manufacturing pretende dar resposta com a ajuda do INEGI.  

Acrescentar valor a produtos e processos através da redução de consumíveis e a obtenção de ganhos ao nível energético, é uma estratégia cada vez mais na mira das empresas. Razão pela qual o INEGI, no âmbito do trabalho de desenvolvimento de equipamentos e processos de fabrico aditivo e híbrido, também avalia as tecnologias sob o ponto de vista do impacto ambiental.  

Ao aumentar o ciclo de vida, reduz-se a pegada ambiental  

Para demonstrar o potencial tecnológico do fabrico aditivo de metais, o Instituto e os parceiros deste projeto focaram a atenção na aplicação na reparação de moldes danificados. Concluíram que, com a impressão 3D, é possível reabilitar estes moldes, aumentando o seu tempo de vida útil e reduzindo a sua pegada ambiental. Evita-se assim o consumo de recursos para produzir um novo molde, ao mesmo tempo que nasce a possibilidade de uma nova área de atividade dentro das empresas do sector.  

Para tornar este cenário realidade, é utilizada a tecnologia DED (Directed Energy Deposition/Deposição Direta de Energia), que consiste na fusão e deposição de pós metálicos através da energia fornecida por um feixe de laser de elevada potência.  

Este sistema inovador híbrido (pois possibilita a adição e subtração de material) foi desenvolvido pelo INEGI, que operacionalizou a primeira estação laboratorial de DED em Portugal. A tecnologia permite elevadas taxas de deposição de material de peças com dimensões até 2000 mm por 1000 mm, e inclui um pós-processamento para acabamento (por via subtrativa) e controlo dimensional, com elevado grau de precisão e qualidade.  

Paralelamente à operacionalização, no âmbito do projeto TOOLING4G, procuramos determinar a performance ambiental desta tecnologia, de forma a identificar potenciais pontos de melhoria e otimizar o seu desempenho.  

Com este objetivo, realizou-se um estudo para quantificar os impactos ambientais da produção de peças metálicas por fabrico aditivo, através da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). O caso de estudo analisado é um postiço de aço inoxidável, produzido de forma convencional, que durante a sua utilização sofre uma quebra ou defeito. 

O estudo de ACV focou-se nos processos que ocorrem quando o postiço chega já danificado ao processo de fabrico híbrido, ou seja, nos processos de corte, fabrico aditivo com a tecnologia DED, e acabamento por maquinagem. Também foi analisado o cenário business as usual do fabrico convencional de um novo postiço através de fresagem para efeitos de comparação. 

Impacto ambiental do fabrico híbrido é menor em peças de grandes dimensões  

O estudo concluiu que o processo híbrido possui mais impactos do que o processo convencional, porém, a partir de uma massa de cerca de 148 gramas, o processo de fabrico híbrido passa a ser a opção mais favorável a nível ambiental

Ou seja, o cenário de reparação tem elevado potencial para melhorar o desempenho ambiental do postiço analisado. Extrapolando para outros casos, com peças maiores que necessitem de reparação, a tecnologia de fabrico híbrido tem potencial para não só reduzir os impactos gerados pelo fabrico e substituição destas peças, como também reduzir custos e tempo de espera na reposição da peça. 

Através desta análise, é evidente o potencial de melhoria do desempenho ambiental dos processos decorrentes na indústria dos moldes através da utilização de tecnologias de fabrico híbrido.  

Apesar desta análise incidir sobre uma peça de pequenas dimensões e a reparação ocorrer sobre condições laboratoriais, a diferença entre cenários foi mínima. À medida que as especificações geométricas da peça se tornam mais complexas, a tecnologia de fabrico aditivo torna-se mais vantajosa, melhorando o desempenho ambiental e reduzindo o tempo de processamento face às tecnologias de produção convencionais.  

Assim, ao possibilitar a redução do tempo de manutenção e custos associados, esta tecnologia permite aumentar a disponibilidade e capacidade de resposta do sistema onde se insere o componente.  

Com os resultados obtidos, verifica-se assim que a tecnologia de fabrico híbrido é uma ferramenta potenciadora de inovação para o desenvolvimento de um ecossistema industrial mais económico, competitivo, circular e sustentável. 

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Projeto Mobilizador TOOLING4G. Projeto N.º POCI-01-0247-FEDER-024516 financiado pelo Programa Operacional Competitividade e Internacionalização e Programa Operacional Regional de Lisboa, PORTUGAL 2020, através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER). 

  




Uma versão deste artigo foi originalmente publicado na edição de janeiro de 2021 da revista O MOLDE.