Marta Gonçalves, Anabela Reis e Joana Mendonça Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento, IN+ Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa

portugal 3d

Modelo de custo para fabricação aditiva em metal: aplicação no setor aeroespacial A fabricação aditiva, mais conhecida como Impressão 3D, é um processo de fabricação que difere do tradicional na medida em que se baseia na adição de material, camada a camada, para construir a peça desejada (Syed, 2015). A fabricação aditiva pode ser aplicada a um espectro alargado de materiais como polímeros, cerâmicos, sistemas biológicos e metais (Frazier, 2014).

Pré-processamento 6,21%

Processamento 0,40%

Despesas associadas à máquina 40,95%

robótica

26

Pós-processamento 38,70%

Despesas gerais de produção 9,98%

Despesas gerais de administração 3,75%

Figura 1.

A fabricação aditiva em metal (FAM) é uma tecnologia recente e que carece ainda de estudo e desenvolvimento em vários domínios, como o estudo de propriedades mecânicas e materiais, software, tratamentos de pós-processamento, otimização de design e criação de diretrizes (Herderick, 2011). No entanto, a FAM permite o desenvolvimento de aplicações que não eram possíveis até agora, como próteses ortopédicas personalizadas (Singh and Ramakrishna, 2017), turbinas a gás mais complexas e eficientes (Metal AM, 2017) e bocais de motor a jato que combinam 20 peças numa única parte (Kellner, 2014). Além disso, a FAM oferece vantagens relevantes como a possibilidade de fabricar peças mais leves e com designs mais complexos (Attaran, 2017). Devido à liberdade de fabricação

e à otimização topológica, a FAM permite aumentar a eficiência da peça resultando frequentemente na redução de material utilizado e, em consequência, de peso da peça (Seabra et al., 2016). No setor aeroespacial, a redução de peso é de elevada importância, uma vez que o uso de componentes mais leves numa aeronave permite reduzir o seu peso total e, por isso, utilizar menos combustível, reduzindo custos e emissões poluentes (Lyons, 2011). Apesar das vantagens de integração e aplicação da FAM no setor aeroespacial é importante estudar esta tecnologia sob um ponto de vista económico. A eficiência económica da FAM pode ser avaliada usando um modelo de custo que tem em conta os fatores envolvidos na produção de uma peça, as caraterísticas da máqui-

na, o material usado, o processo utilizado e mão de obra necessária (Hopkinson and Dickens, 2003). Esta análise permite fazer uma comparação com métodos de fabricação tradicionais, o que, em última instância, permite compreender qual o método mais vantajoso de produção (Ruffo et al., 2006). Para analisar a eficiência económica da FAM, utilizou-se como caso de estudo um componente de suporte aeronáutico, fabricado em aço inoxidável, numa máquina de FAM, desenvolvida pela ADIRA e localizada no Centro de Engenharia e Desenvolvimento de Produto (CEiiA), em Matosinhos. Esta máquina usa o processo de fusão em cama de pó (PBF), onde o material é disposto, em camadas, numa cama de pó. Parte do material, correspondente à secção do componente que está a ser fabricado, é fundido por um laser (fonte de energia mais comum) ou feixe de eletrões (Gibson et al., 2015). Este processo é repetido as vezes necessárias até o componente estar completo. No seguimento do trabalho desenvolvido por Ruffo et al. (2006), a análise que se apresenta neste artigo considera os custos segmentados em duas categorias: custos diretos e indiretos. Os custos diretos (€) são associados à construção da peça e estão diretamente relacionados com o número de peças produzidas. Por outro lado, os custos indiretos (€/hora) são custos fixos e independentes do número de peças que integram a produção. Os custos diretos foram organizados tendo em conta as várias fases do processo de produção: no pré-processamento incluem-se os tempos de preparação dos ficheiros STL e CAD da peça, de carregamento dos ficheiros e pré-aquecimento da máquina (horas); no processamento incluem-se o tempo de fabricação (horas), a taxa de rejeição (%), o peso da peça (em kg), o preço do material utilizado (€/kg), o preço da eletricidade (€/kWh) e