Ao fazer um bolo, o que você coloca não é o mesmo que você tira. Morder uma esponja dourada e macia não tem gosto de ovo, farinha ou açúcar; tem gosto de bolo – ou deveria, se você seguir a receita. A manufatura aditiva é um pouco assim. Você pode conhecer seus ingredientes no início – o materials, o design, o forno que está usando – mas há química e física acontecendo no meio, uma receita, que faz com que a peça se torne algo novo. Depende muito da precisão. Há variabilidade – o potencial para porosidades, empenamentos e irregularidades de superfície – que torna a qualidade e a inspeção de peças impressas em 3D um desafio e, à medida que a adoção da tecnologia em aplicações de produção cresce, esse desafio só se aprofunda.
Em uma edição recente da Jornal Internacional de IA para Materiais e Designfundado pelo professor Wai Yee Yeong, um artigo sobre ‘Técnicas de aprendizado de máquina para garantia de qualidade em processos de manufatura aditiva‘, escrito por Surajit Mondal e Shankha Shubhra Goswami, afirmou que “apesar do seu potencial transformador, a AM coloca desafios únicos, particularmente no domínio da garantia de qualidade”. Ao contrário dos métodos de controlo de qualidade estabelecidos nos processos de fabrico tradicionais – inspeção visible, inspeção dimensional, ensaios não destrutivos (END), por exemplo – “a natureza dinâmica e aditiva da AM introduz novas complexidades e incertezas que os métodos tradicionais de garantia de qualidade podem enfrentar”. para abordar de forma eficaz.”
“A maior diferença é que a fabricação aditiva é, na verdade, a criação de um materials”, disse Kirill Volchek, diretor de tecnologia. Oqtondesenvolvedora de software program com tecnologia de IA para AM aditiva, disse à TCT. “A física é muito complicada e você obtém um tipo de matéria-prima que coloca dentro da máquina e depois retira uma peça – o processo cria seu materials actual, digitalmente, e isso é uma grande diferença.”
Na usinagem CNC, um tarugo de alumínio colocado em um centro de usinagem de 5 eixos será o mesmo pedaço de materials no remaining, apenas no formato desejado. Mas Volcheck afirma que a adoção de tecnologias de simulação de processos, que permitem um monitoramento próximo das peças impressas in-situ, está possibilitando taxas de sucesso mais altas para AM. Oqton, por exemplo, recentemente fez parceria com a EOS para integrar Oqton Construct High qualityuma ferramenta alimentada por IA especificamente para tecnologia de leito de pó metálico e fornece aos usuários rastreabilidade completa de suas peças. O software program avalia o desempenho da construção para detectar, prevenir e corrigir anomalias e defeitos, permitindo que os problemas sejam detectados e corrigidos antecipadamente.
“Aditivo é muito diferente do que temos feito historicamente”, Noah Mostow, gerente de desenvolvimento de negócios da Fase3Dum desenvolvedor de soluções de monitoramento in-situ para AMconcordou. “Com o aditivo, você cria o materials e a geometria ao mesmo tempo. Com a conformação, pretendemos criar apenas a propriedade do materials e controlar a propriedade do materials por causa da sua forma, que é a sua geometria. Dentro do subtrativo, você tem as propriedades do seu materials, você está transformando-o na forma correta. Dentro do aditivo, estamos fazendo as duas coisas ao mesmo tempo. Onde entra o desafio é: como você controla todos os parâmetros necessários para criar essas duas peças-chave de materials e geometria?”
Os principais produtos da Phase3D, Pesquisa marginal e Qualificação marginalmede cada camada de uma construção AM, criando mapas de calor para ajudar os usuários principalmente de máquinas de leito de pó metálico a garantir qualidade e produtividade. No início deste ano, a empresa revelou seu trabalhar com a Força Aérea dos EUA e a NASA desenvolver a Fringe Analysis para validar dois materiais em duas máquinas diferentes de fusão de leito de pó a laser. A Phase3D acredita que é a primeira empresa de inspeção de AM a medir anomalias durante a construção que levam à porosidade, o que é considerado uma das principais causas de rejeição de peças para ambas as organizações.
“Estamos agora atingindo um período, especialmente no mundo aeroespacial, em que os projetistas desejam criar peças que não podem ser inspecionadas usando métodos tradicionais como tomografia computadorizada ou que são incrivelmente demoradas e caras”, disse Mostow.
Todas as coisas que a AM deveria ser superior – compressão de tempo, liberdade de design e redução de desperdícios – correm o risco de serem anuladas pelos desafios impostos pela inspeção pós-impressão. A estrutura camada por camada da AM introduz a ameaça de defeitos e anomalias em cada fase do processo de impressão, enquanto os seus benefícios de design “ilimitados” podem tornar a inspeção por meios tradicionais largamente ineficaz para geometrias complexas.
“Com a capacidade de ter mais liberdade de projeto, projetos geométricos mais complexos foram desenvolvidos para reduzir o custo do materials, reduzir o número de peças e/ou melhorar o desempenho da peça ou produto pretendido”, diz o Dr. David Menzies, diretor comercial da Additive Assurance. “Juntamente com este novo espaço de design, ele cria complexidades na maneira como o controle de qualidade e a inspeção podem ser realizados. Além disso, os processos de fabricação de aditivos metálicos, como a fusão em leito de pó a laser, são extremamente complexos. As menores alterações no processo de fabricação, como variação de pó de lote para lote ou saída de laser, podem levar a diferentes características de solidificação e resultar em variabilidade na qualidade.”
A Additive Assurance é uma desenvolvedora australiana de soluções de monitoramento de processos e garantia de qualidade para fusão em leito de pó a laser. Seu produto AMiRIS é uma solução independente de monitoramento de processo in-situ que utiliza sensores de alta resolução para monitorar o processo LPBF metálico até o nível de mícron e fornecer monitoramento e controle de qualidade em tempo actual. É completamente independente de máquinas e pode operar em uma frota de máquinas. Em agosto, a empresa anunciou parceria com Additive Industries para integrar AMiRIS em seus sistemas MetalFAB.
“A qualidade é uma preocupação primordial para todos os fabricantes, independentemente dos processos que utilizam para gerar os seus produtos”, continuou Menzies. “Investimentos significativos são feitos para garantir que irregularidades de qualidade possam ser identificadas o mais cedo possível nos processos de fabricação. O custo do tempo de produção e das matérias-primas perdidas versus a rentabilidade da produção ditam quanto investimento é necessário e em que fase do processo de produção para mitigar este risco.”
O custo continua sendo uma enorme barreira para a adoção da AM, e as etapas pós-impressão, como a inspeção, podem representar uma despesa importante.
“O maior desafio no aditivo é o preço de uma peça”, diz Volchek. “Portanto, ao tentar reduzi-lo e garantir que essa peça atinja o preço-alvo adequado, precisamos garantir que não haja custos adicionais envolvidos no processo. Portanto, precisamos prevenir problemas.”
Pensar preventivamente pode economizar custos no futuro. De acordo com Volchek, ter uma visão completa do processo é important – “já é tarde demais quando você chega ao remaining de um processo”. Significa também ser capaz de se preparar e contabilizar quaisquer desvios que possam ocorrer ao longo do caminho.
“Quando você chega à produção, precisamos não apenas imprimir com sucesso, mas também atender às tolerâncias exigidas pelos clientes. Então, as iterações acontecem”, disse Volcheck. “Se você não tem um software program que permite prever seus desvios e contabilizar isso durante a preparação, então você está iterando e iterando novamente, chegando a um custo.”
Depois de adotar o sistema operacional de manufatura da Oqton em suas instalações centrais de fabricação em Houston, Texas, a empresa de tecnologia de energia Diz-se que a Baker Hughes obteve uma redução de 98% no tempo de engenharia de monitoramento ativo e economizou 136 horas de engenharia por impressora anualmente. Crucialmente, também relatou uma redução de 18% nos custos associados à sucata devido a alertas acionáveis em tempo actual durante a produção de peças.
“Essa economia está realmente acontecendo apenas por causa dos dados”, disse Volchek, “por causa dos dados que estão sendo coletados e analisados e dos dados sendo rotulados e usados em treinamentos”.
Em um episódio do podcast Additive Perception da TCT no início deste ano, Andreas Bastian, cofundador e chefe de produto da Lumafielduma empresa californiana que trabalha em inspeção industrial de CT e IA, descreveu o custo de verificação de uma peça AM como “astronômico”. Com altos custos de instalação e operação de máquinas, construir um caso de negócios econômico sólido para AM já pode ser uma batalha, e altas taxas de sucata e custos de inspeção tornam o caso ainda mais difícil, especialmente porque os fabricantes lutam para encaixar AM em seus KPIs habituais e processos estabelecidos .
“O uso dessas tecnologias de inspeção, na minha perspectiva, está sendo enfatizado porque é necessário”, disse Mostow. “Não podemos ter uma tecnologia com taxa de sucata tão alta porque não é econômica.”
Menzies acrescenta que os longos ciclos de produção de algumas peças de fusão em leito de pó a laser, em comparação com os processos tradicionais, com algumas construções funcionando por vários dias, também criam uma maior necessidade de produtividade e detecção precoce de falhas, especialmente em circunstâncias onde a lucratividade da produção é pequena.
“O tempo e os materiais perdidos nestas circunstâncias têm um grande impacto no desempenho financeiro e quaisquer novos métodos para mitigar esta situação são de claro interesse para os fabricantes”, explicou Menzies. “Com a crescente adoção do PBF-LB/M, mais produção de baixa rentabilidade está sendo aberta e, no outro extremo do espectro, a produção com requisitos de maior qualidade também está aumentando.”
Este artigo apareceu originalmente dentro TCT Europa Edição Vol. 32 Edição 6. Inscreva-se aqui para receber sua cópia impressa GRATUITA da Revista TCTentregue na sua porta seis vezes por ano.