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DESCRIÇÃO Estudo das técnicas de manufatura aditiva (AM) para compreender e descrever as tecnologias que constroem objetos 3D, tanto softwares de manipulação da imagem 3D quanto hardwares operadores que montam as peças 3D, como, por exemplo, uma impressora 3D. PROPÓSITO Com a Quarta Revolução Industrial, ou seja, a indústria 4.0 (Aprendizado de Máquina, IoT - internet das coisas, Big Data etc.), torna-se importante entender o que é Manufatura Aditiva e seus impactos nos processos produtivos e nos modelos de negócios futuros. Essa tecnologia está transformando o modo de produzir coisas e abrindo espaço para que a criatividade impacte de forma mais atuante os processos de manufatura e projetos de novos produtos. PREPARAÇÃO Antes de iniciar o estudo deste conteúdo, tenha em mãos papel, caneta e uma calculadora, bem como um aplicativo de planilhas eletrônicas. OBJETIVOS MÓDULO 1 Reconhecer os conceitos de manufatura aditiva MÓDULO 2 Identificar os impactos da manufatura aditiva MÓDULO 3 Reconhecer os modelos de negócios e a manufatura aditiva INTRODUÇÃO CONCEITOS SOBRE A MANUFATURA ADITIVA MÓDULO 1 Reconhecer os conceitos de manufatura aditiva RECONHECER OS CONCEITOS DE MANUFATURA ADITIVA O QUE É MANUFATURA ADITIVA? O termo prototipagem rápida (ou RP) é usado em uma variedade de indústrias para descrever um processo de criação rápida de um sistema ou representação de peça antes do lançamento final ou comercialização. Em outras palavras, a ênfase está em criar algo rapidamente e que a saída é um protótipo ou modelo básico do qual outros modelos e, eventualmente, o produto final serão derivados. Consultores de gerenciamento e engenheiros de software usam o termo prototipagem rápida para descrever um processo de desenvolvimento de soluções de negócios e software de forma fragmentada, que permite aos clientes testar ideias e fornecer feedback durante o processo de desenvolvimento. Em um contexto de desenvolvimento de produto, o termo prototipagem rápida foi amplamente usado para descrever tecnologias que criaram protótipos físicos diretamente de dados digitais. Os usuários da tecnologia RP perceberam que esse termo é inadequado e não descreve com eficácia as aplicações mais recentes da tecnologia. As melhorias na qualidade da produção dessas máquinas fizeram com que houvesse uma ligação muito mais próxima com o produto final. Na verdade, muitas peças agora são fabricadas diretamente nessas máquinas, portanto, não é possível rotulá-los como "protótipos". O termo prototipagem rápida também ignora o princípio básico dessas tecnologias em que todas elas fabricam peças usando uma abordagem aditiva. Um Comitê Técnico formado dentro da ASTM International concordou que uma nova terminologia deveria ser adotada. Embora isso ainda esteja em debate, os padrões de consenso ASTM recentemente adotados agora usam o termo Manufatura Aditiva (AM – adictive manufacturing). SAIBA MAIS Chamado abreviadamente de AM, o princípio básico dessa tecnologia é que um modelo, gerado inicialmente em um sistema tridimensional de projeto auxiliado por computador (CAD 3D), pode ser fabricado diretamente, sem a necessidade de planejamento de processo. Embora isso não seja na realidade tão simples quanto parece à primeira vista, a tecnologia AM certamente simplifica significativamente o processo de produção de objetos 3D complexos diretamente de dados CAD. Outros processos de manufatura requerem uma análise cuidadosa e detalhada da geometria da peça para determinar, por exemplo, a ordem em que diferentes recursos podem ser fabricados, quais ferramentas e processos devem ser usados e quais acessórios adicionais podem ser necessários para completar a parte. Em contraste, AM precisa apenas de alguns detalhes dimensionais básicos e um pequeno conhecimento de como a máquina AM funciona e dos materiais usados. O segredo de como o AM funciona é que as peças são feitas adicionando material em camadas; cada camada é uma seção transversal fina da peça derivada dos dados CAD originais. Obviamente, no mundo físico, cada camada deve ter uma espessura finita e, portanto, a parte resultante será uma aproximação dos dados originais, conforme ilustrado na figura a seguir. Quanto mais fina cada camada for, mais próxima a parte final estará do original. Todas as máquinas AM comercializadas até o momento usam uma abordagem baseada em camadas, e as principais diferenças entre elas estão nos materiais que podem ser usados, como as camadas são criadas e como as camadas são ligadas umas às outras. CAD de uma xícara de chá com outras imagens mostrando os efeitos da construção usando diferentes espessuras de camada. O PROCESSO GENÉRICO DE AM AM envolve uma série de etapas que vão da descrição do CAD virtual para a parte resultante física. Produtos diferentes envolverão AM de maneiras diferentes e em graus diferentes. Produtos pequenos e relativamente simples podem usar AM apenas para modelos de visualização, enquanto produtos maiores e mais complexos, com maior conteúdo de engenharia, podem envolver AM durante vários estágios e iterações ao longo do processo de desenvolvimento. Além disso, os estágios iniciais do processo de desenvolvimento do produto podem exigir apenas peças ásperas, com o AM sendo usado devido à velocidade com que podem ser fabricados. Em estágios posteriores do processo, as peças podem exigir limpeza cuidadosa e pós- processamento (incluindo lixamento, preparação de superfície e pintura) antes de serem usadas, com AM sendo útil aqui devido à complexidade da forma que pode ser criada sem a necessidade de considerar ferramentas. Posteriormente, apresentaremos os diferentes estágios do processo de AM, mas, para resumir, a maioria dos processos de AM envolve, pelo menos até certo ponto, as oito etapas a seguir, conforme ilustradas na figura. Processo genérico para a xícara, em 8 etapas. ETAPA 1: CAD Todas as peças AM devem começar a partir de um modelo de software que descreva totalmente a geometria externa. Isso pode envolver o uso de quase qualquer software profissional de modelagem de sólidos (CAD), mas a saída deve ser um sólido 3D ou uma representação de superfície. Equipamentos de engenharia reversa (por exemplo, varredura a laser) também podem ser usados para criar esta representação. ETAPA 2: CONVERSÃO PARA STL Quase todas as máquinas AM aceitam o formato de arquivo STL, que se tornou um padrão de fato, e quase todos os sistemas CAD podem produzir esse formato de arquivo. Esse arquivo descreve as superfícies externas fechadas do modelo CAD original e forma a base para o cálculo das fatias. O arquivo STL (estereolitografia) usa triângulos (polígonos) para descrever as superfícies de um objeto. Foto: Shutterstock.com Impressão 3D estereolitográfica, tecnologia de fotopolimerização líquida sob luz ultravioleta. ETAPA 3: TRANSFERIR PARA AM MACHINE E MANIPULAÇÃO DE ARQUIVO STL O arquivo STL que descreve a peça deve ser transferido para a máquina AM. Aqui, pode haver alguma manipulação geral do arquivo para que tenha o tamanho, a posição e a orientação corretos para a construção. ETAPA 4: CONFIGURAÇÃO DA MÁQUINA A máquina AM deve ser configurada corretamente antes do processo de construção. Essas configurações estão relacionadas aos parâmetros de construção, como as restrições de material, fonte de energia, espessura da camada, tempos etc. ETAPA 5: CONSTRUIR A construção da peça é principalmente um processo automatizado e a máquina pode continuar em grande parte sem supervisão. Apenas o monitoramento superficial da máquina precisa ocorrer para garantir que nenhum erro ocorra, como falta de material, energia ou falhas de software etc. ETAPA 6: REMOÇÃO Assim que a máquina AM tiver concluído a construção, as peças devem ser removidas. Isso pode exigir interação com a máquina, que pode ter travas de segurança para garantir, por exemplo, que as temperaturas de operação sejam suficientemente baixas ou quenão haja partes ativamente móveis. ETAPA 7: PÓS-PROCESSAMENTO Depois de removidas da máquina, as peças podem exigir uma limpeza adicional antes de estarem prontas para uso. As peças podem estar fracas nesse estágio ou podem ter recursos de suporte que devem ser removidos. Portanto, isso geralmente requer tempo e manipulação manual cuidadosa e experiente. ETAPA 8: APLICAÇÃO Foto: Shutterstock.com Porcas e parafusos impressos por impressora 3D. As peças agora podem estar prontas para serem usadas. No entanto, elas também podem exigir tratamento adicional antes de serem aceitáveis para uso. Por exemplo, podem exigir primer e pintura para dar textura e acabamento de superfície. Os tratamentos podem ser trabalhosos e demorados se os requisitos de acabamento forem muito exigentes. Também pode ser necessário montá-los junto com outros componentes mecânicos ou eletrônicos para formar um modelo ou produto final. MÁQUINAS DE AM: PRODUÇÃO E CUIDADOS Embora os vários estágios do processo de AM já tenham sido discutidos, é importante perceber que muitas máquinas de AM requerem manutenção cuidadosa. Muitas máquinas AM usam laser (que é frágil e requer cuidado) ou tecnologia de impressora que deve ser cuidadosamente monitorada e que, de preferência, não deve ser usada em um ambiente sujo ou barulhento. Embora as máquinas sejam projetadas para operar sem supervisão, é importante incluir verificações regulares no cronograma de manutenção, pois diferentes tecnologias requerem diferentes níveis de manutenção. Também é importante observar que os processos de AM estão fora da maioria dos materiais e padrões de processo. No entanto, muitos fornecedores de máquinas recomendam e fornecem padrões de teste que podem ser usados periodicamente para confirmar se as máquinas estão operando dentro de limites aceitáveis. De acordo com a American Society for Testing and Materials (ASTM), atualmente, existem sete processos de manufatura aditiva, diferenciados pelo insumo que pode ser processado, conforme indica o quadro a seguir: Método Processo Insumo VAT Photopolymerisation Cura de camada líquida através de laser. Resina líquida fotossensível. Directed Energy Deposition Um bocal para depósito de pó ou fio metálico sendo fundido por uma fonte de laser, elétrons ou arco de plasma. Pó de metais, níquel, cobalto, titânio etc. FDM (Fused Deposition Model) Extrusão de filamento termoplástico. Filamento termoplástico. Sheet Lamination Laminação de material em folhas. Papel, polímeros, metais em lâminas. Material Jetting Printing Material pressurizado e depositado em gotas endurecido por luz UV. Polímeros. Binder Jetting Material em pó é endurecido por meio de jatos de aglutinantes Polímeros e cerâmicas. Powder Bed Fusion Fusão do leito de pó com feixe de laser ou elétrons. Polímeros, metais, cerâmicas. Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal Observe, a seguir, alguns modelos de impressoras 3D com exemplos de produtos fabricados. Impressora Produto CONNEX3 OBJET500 Lente de luz automotiva DMP Flex 350 Trocador de calor ProX® SLS 6100 Coletor de gases veicular 3D J750™ Digital Anatomy™ Partes do corpo para estudo da anatomia humana FORTUS 450MC Suporte de motocicleta Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal Além do maquinário, os materiais também podem exigir um manuseio cuidadoso. Os insumos utilizados em alguns processos de AM têm vida útil limitada e também devem ser mantidos em condições que os impeçam de ter reações químicas indesejadas. A exposição à umidade, o excesso de luz e outros contaminantes devem ser evitados. A maioria dos processos usa insumos que podem ser reutilizados em mais de uma construção. No entanto, pode ser que a reutilização possa degradar as propriedades se realizada muitas vezes e, portanto, um procedimento para manter a qualidade consistente do material por meio da reciclagem também deve ser observado. Foto: Shutterstock.com Plástico ABS / PLN multicolorido. POR QUE USAR O TERMO MANUFATURA ADITIVA? Vamos, agora, discutir outros termos que são ou foram usados para descrever essa tecnologia como uma forma de explicar o propósito geral e os benefícios da tecnologia para o desenvolvimento de produtos. FABRICAÇÃO AUTOMATIZADA (AUTOFAB) Foto: Shutterstock.com Esse termo foi popularizado por Marshall Burns, em seu livro de mesmo nome, que foi um dos primeiros textos a abordar essa tecnologia, no início dos anos 1990. A ênfase aqui está no uso da automação para a fabricação de produtos, o que implica a simplificação ou retirada de tarefas manuais do processo. Computadores e microcontroladores são usados para controlar os atuadores e monitorar as variáveis do sistema. Esse termo também pode ser usado para descrever outras formas de centros de usinagem controladas numericamente por computador (CNC), uma vez que não há referência direta sobre como as peças são construídas ou o número de estágios que seriam necessários para construí-las. FABRICAÇÃO DE FORMA LIVRE OU FABRICAÇÃO DE FORMA LIVRE SÓLIDA A ênfase aqui está na capacidade dos processos de fabricar formas geométricas complexas. Às vezes, a vantagem dessa tecnologia é descrita em termos de fornecer "complexidade de graça", o que implica que não importa em particular qual é a forma do objeto de entrada realmente. Um cubo ou cilindro simples levaria quase tanto tempo e esforço para ser fabricado dentro da máquina quanto uma estrutura anatômica complexa com o mesmo volume envolvente. A “forma livre” refere-se à independência da forma em relação ao processo de fabricação. Isso é muito diferente da maioria dos processos de fabricação convencionais, que se tornam mais complexos à medida que a complexidade geométrica aumenta. Foto: Shutterstock.com MANUFATURA ADITIVA OU MANUFATURA BASEADA EM CAMADAS Essas descrições se relacionam à maneira como os processos fabricam peças adicionando material em camadas. Isso contrasta com a tecnologia de usinagem que remove ou subtrai material de um bloco de matéria-prima. Deve-se notar que alguns dos processos não são puramente aditivos, pois podem adicionar material em um ponto, mas também usar processos subtrativos em algum estágio. ATENÇÃO Atualmente, todo processo funciona em camadas. No entanto, não há nada que sugira que essa seja uma abordagem essencial para uso e que sistemas futuros possam adicionar material de outras maneiras e, ainda assim, estar sob uma classificação ampla. ESTEREOLITOGRAFIA OU IMPRESSÃO 3D Foto: Shutterstock.com Esses dois termos foram usados inicialmente para descrever máquinas específicas. A estereolitografia (SL) foi denominada pela empresa americana 3D Systems e a impressão 3D (3DP) foi amplamente utilizada por pesquisadores do MIT, que inventaram uma tecnologia baseada em impressão a jato de tinta. Ambos os termos aludem ao uso de processos 2D (litografia e impressão) estendendo-os para a terceira dimensão. Como a maioria das pessoas está familiarizada com a tecnologia de impressão, a ideia de imprimir um objeto físico tridimensional faz sentido. Muitos consideram que, eventualmente, o termo Impressão 3D se tornará o termo mais comumente usado para descrever as tecnologias AM. PROTOTIPAGEM RÁPIDA A prototipagem rápida foi denominada devido ao processo que essa tecnologia foi projetada para aprimorar ou substituir. Os fabricantes e desenvolvedores de produtos costumavam achar a prototipagem um processo complexo, tedioso e caro, que muitas vezes impedia as fases de desenvolvimento e criação durante a introdução de um novo produto. Descobriu-se que RP acelera significativamente esse processo e, portanto, o termo foi adotado. No entanto, os usuários e desenvolvedores dessa tecnologia agora percebem que a tecnologia AM pode ser usada para muito mais do que apenas prototipagem. TECNOLOGIA DE ENGENHARIA REVERSA Mais e mais modelos estão sendoconstruídos a partir de dados gerados usando software e equipamento de imagem 3D de engenharia reversa (RE). Nesse contexto, RE é o processo de captura de dados geométricos de outro objeto. Esses dados geralmente estão disponíveis inicialmente no que é denominado forma de “nuvem de pontos”, o que significa um conjunto desconectado de pontos que representam as superfícies do objeto. Esses pontos precisam ser conectados entre si usando um software de RE, como Geomagic, que também pode ser usado para combinar nuvens de pontos de diferentes varreduras e para executar outras funções, como preenchimento de buracos e suavização. Foto: Shutterstock.com ATENÇÃO Em muitos casos, os dados não estarão totalmente completos. As amostras podem, por exemplo, precisar ser colocadas em um acessório de fixação e, portanto, as superfícies adjacentes a esse acessório não podem ser digitalizadas. Além disso, algumas superfícies podem obscurecer outras, como fendas profundas e características internas, de modo que a representação pode não resultar exatamente como o objeto é na realidade. ENGENHARIA ASSISTIDA POR COMPUTADOR CAD 3D é um recurso extremamente valioso para projetar e para o desenvolvimento de produtos. Um dos principais benefícios do uso de projeto baseado em software é a capacidade de implementar mudanças com facilidade e baixo custo. Se pudermos manter o projeto principalmente em um formato de software por uma proporção maior do ciclo de desenvolvimento do produto, podemos garantir que quaisquer alterações de projeto sejam realizadas virtualmente na descrição do software, e não fisicamente no próprio produto. Quanto mais soubermos sobre o desempenho do produto antes de ser construído, mais eficaz ele será. Essa também é a maneira mais econômica de lidar com o desenvolvimento de produtos. No entanto, o CAD 3D também é comumente vinculado a outros pacotes de software, muitas vezes, usando técnicas como o método de elementos finitos (FEM) para calcular as propriedades mecânicas de um projeto, conhecido coletivamente como software Computer- Aided Engineering (CAE) ou Engenharia assistida por computador. Forças, dinâmicas, tensões, fluxo e outras propriedades podem ser calculados para determinar o quão bem um projeto será executado sob certas condições. ATENÇÃO Embora esse software não possa prever facilmente o comportamento exato de uma peça para a análise de peças críticas, uma combinação de CAE com backup de análise experimental baseada em AM pode ser uma solução útil. MANUFATURA ADITIVA VS. PROCESSOS TRADICIONAIS A manufatura industrial abrange um vasto mundo de produção, impulsionado pela inovação e demanda do consumidor, materiais e maquinário. Manufatura aditiva Na última década, especialmente, a manufatura aditiva (AM) assumiu seu lugar de direito no mundo da tecnologia, cada vez mais utilizada por empresas e indivíduos em todos os níveis – separada como um método aditivo criando estruturas camada por camada, permitindo a redução do desperdício em materiais. Manufatura tradicional A manufatura tradicional é conhecida por métodos subtrativos que esculpem peças industriais usando força total, contando com processos aperfeiçoados ao longo de muitas décadas com direção computadorizada e precisão automatizada. A MANUFATURA ADITIVA OFERECE MAIS OPÇÕES E MAIS LIBERDADE NO PROJETO Baseando-se em métodos populares como sinterização seletiva a laser (SLS), por exemplo, para aquecer partículas de pó e fundi-las em um protótipo ou parte, ou Binder Jetting para fundir partículas de aço inoxidável por meio de um agente de ligação, a manufatura aditiva oferece novas opções para a fabricação. Com a capacidade de criar geometrias complexas anteriormente impossíveis por meio de métodos tradicionais, uma liberdade sem precedentes está disponível no projeto e na produção, desde a pequena à grande escala. Em comparação com a fabricação tradicional, existem restrições mínimas com uma infinidade de opções de materiais, bem como uma ampla gama de opções em termos de acessibilidade, seja escolhendo termoplásticos ou metal. Com a impressão 3D sob demanda, peças personalizadas podem ser produzidas de acordo com a necessidade, em pequenos volumes com a mesma precisão e repetibilidade. A FABRICAÇÃO TRADICIONAL CAPACITA A REPETIBILIDADE E A PRODUÇÃO EM MASSA Os métodos convencionais continuam a resistir ao teste do tempo, oferecendo um poder inegável na produção. Com a capacidade de fabricar milhares – e até milhões – de peças em produção em massa sem qualquer desvio de qualidade ou detalhe, a manufatura tradicional costuma ser a rota mais eficiente para satisfazer a demanda do cliente. SAIBA MAIS Materiais semelhantes podem estar disponíveis também para clientes que estavam anteriormente envolvidos na manufatura aditiva, mas cresceram a ponto de mudar para um processo diferente. Isso é evidenciado em métodos como usinagem CNC e moldagem por injeção, especialmente. Foto: Shutterstock.com Um software de computador pré-programado controla a fabricação subtrativa de peças industriais, emitindo instruções centradas em um arquivo 3D. Realizada por meio de uma variedade de métodos, como fresamento, perfuração, torneamento e corte, a usinagem CNC oferece excelente precisão dimensional em peças, capaz de superar a impressão 3D ou outros processos de fabricação – muitas vezes, tornando-se uma opção melhor para clientes que buscam uma precisão mais refinada. TRANSIÇÃO DA MANUFATURA ADITIVA PARA A TRADICIONAL Para a maioria das empresas, o objetivo da fabricação é fazer peças de qualidade que durem. Pesar os prós e os contras e tomar uma decisão final pode ser opressor no início, para não mencionar lidar com as preocupações de orçamento sobre investimentos em hardware, software e materiais. VOCÊ SABIA A Shapeways é líder mundial em fabricação digital, mas também permanece agnóstica em termos de toda a tecnologia. “Nosso foco é trabalhar em torno das necessidades dos clientes em termos de combinar os materiais e processos corretos para uma aplicação específica”, disse Zach Dillon, líder da equipe de aplicativos do usuário. Os pontos-chave na escolha da manufatura aditiva geralmente se resumem ao nível infinito de inovação possível no design 3D, junto com a capacidade de personalizar produtos intensamente. Muitos clientes da Shapeways se dedicam aos processos de AM e tendem a usá-los o maior tempo possível, especialmente porque são capazes de imprimir em 3D centenas ou até milhares de peças em uma única execução. Se a demanda do cliente aumentou exponencialmente, porém, poderia fazer mais sentido econômico – bem como aumentar a velocidade e a eficiência – escalar para a produção em massa, usando métodos tradicionais para grandes volumes de peças idênticas. Atualmente, muitas empresas também contam com diferentes tipos de tecnologia híbrida. Isso pode significar que eles dependem de uma mistura de processos AM e usinagem CNC, por exemplo, em uma instalação, ou podem ter recorrido a máquinas que englobam AM e a manufatura tradicional, tudo em um. Para empresas que exigem verdadeira versatilidade, a tecnologia híbrida pode ser a resposta para ter tudo em termos de reter todos os benefícios possíveis, com AM complementando a manufatura tradicional e vice-versa. Recentemente, as universidades vêm incorporando a manufatura aditiva em vários currículos. Isso tem variado de segmentos de módulos únicos a cursos completos de pós-graduação. Prevê-se que os alunos estejam familiarizados com a tecnologia CAD de modelagem de sólidos 3D e tenham pelo menos um pequeno conhecimento sobre projeto, desenvolvimento e fabricação de produtos. Espera-se que a maioria dos leitores tenha formação em engenharia, mais especificamente, mecânica, materiais ou manufatura. Uma vez que a tecnologia AM também envolve componentes eletrônicos e de tecnologia da informação significativos, experiência em aplicativos de computador e mecatrônica serãobenéficos. Como o avanço da tecnologia não se conta mais em décadas, mas, sim, em anos, a AM será, em longo prazo, mais amigável e mais acessível, permitindo que qualquer usuário possa projetar um produto, ou baixar da internet seu esquema de fabricação. Imagem: Shutterstock.com VEM QUE EU TE EXPLICO Processos de prototipagem Processos de prototipagem Aplicações de manufatura aditiva Aplicações de manufatura aditiva VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. ANALISE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR: I. O TERMO CAD (DESENHO ASSISTIDO POR COMPUTADOR) DIZ RESPEITO À FASE DE DESENHO NO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE UM PRODUTO. II. A AUTOFAB UTILIZA A AUTOMAÇÃO PARA MELHORIA DE PROCESSOS E APLICAÇÃO DE METODOLOGIAS ÁGEIS EM CHÃO DE FÁBRICA. III. O TERMO CAE (ENGENHARIA ASSISTIDA POR COMPUTADOR) DIZ RESPEITO AO PLANEJAMENTO E CONTROLE DA PRODUÇÃO. ASSINALE A) se apenas as afirmativas I e III estiverem corretas. B) se apenas a afirmativa I estiver correta. C) se apenas a afirmativa II estiver correta. D) se nenhuma afirmativa estiver correta. E) se apenas a afirmativa III estiver correta. 2. (ENADE 2019) NOVOS PRODUTOS CHEGAM AO MERCADO DESENVOLVIDOS A PARTIR DE NOVAS IDEIAS, MATERIAIS E TECNOLOGIAS. EMPREENDEDORES, EM BUSCA DE OPORTUNIDADES, ACOMPANHAM AS INOVAÇÕES. PARALELAMENTE, SURGEM FORMAS INOVADORAS DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO E DA PRODUÇÃO. ALGUNS PRODUTOS, ANTES CONFECCIONADOS SOMENTE PELA SUBTRAÇÃO DE MATERIAIS, PASSARAM A SER PRODUZIDOS COM MANUFATURA ADITIVA. TERMOS COMO INTERNET DAS COISAS E DESIGN THINKING TORNARAM-SE EXPRESSÕES DO DIA A DIA. CONSIDERANDO ESSE CONTEXTO, AVALIE AS ASSERÇÕES A SEGUIR E A RELAÇÃO PROPOSTA ENTRE ELAS. I. OS NOVOS ESPAÇOS DE CRIAÇÃO E DESENVOLVIMENTO ESTÃO SE ESPALHANDO E SE TORNANDO MAIS ACESSÍVEIS A CADA DIA, O QUE CONTRIBUI PARA A ALAVANCAGEM DOS NEGÓCIOS. PORQUE II. O DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS, QUE ABRANGE AS FASES IDEIA INICIAL E TRIAGEM, ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO, FORMULAÇÃO DE ALTERNATIVAS, CONSTRUÇÃO DO MODELO, CONSTRUÇÃO DE UM PROTÓTIPO E APROVAÇÃO, TEM SIDO REALIZADO EM TEMPOS TOTAIS DE CICLO CADA VEZ MAIS CURTOS. A RESPEITO DESSAS ASSERÇÕES, ASSINALE A OPÇÃO CORRETA. A) As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I. B) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I. C) A asserção I é proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa. D) A asserção I é proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira. E) As asserções I e II são proposições falsas GABARITO 1. Analise as afirmativas a seguir: I. O termo CAD (Desenho assistido por computador) diz respeito à fase de desenho no processo de desenvolvimento de um produto. II. A Autofab utiliza a automação para melhoria de processos e aplicação de metodologias ágeis em chão de fábrica. III. O termo CAE (Engenharia assistida por computador) diz respeito ao planejamento e controle da produção. Assinale A alternativa "B " está correta. O CAD (Desenho assistido por computador) é um sistema computacional que desempenha a função de auxiliar no planejamento do projeto e desenho técnico de um produto, por isso, a afirmativa I está correta. A autofab utiliza a automação para melhoria e agilização na produção de produtos. Nisso são utilizados computadores e microcontroladores em sensores para monitorar as variáveis do sistema. CAE (Engenharia assistida por computador) avalia a parte física do produto como dimensões, materiais, processos de fabricação, montagem, temperatura entre outros, portanto, afirmativa incorreta. 2. (ENADE 2019) Novos produtos chegam ao mercado desenvolvidos a partir de novas ideias, materiais e tecnologias. Empreendedores, em busca de oportunidades, acompanham as inovações. Paralelamente, surgem formas inovadoras de desenvolvimento do produto e da produção. Alguns produtos, antes confeccionados somente pela subtração de materiais, passaram a ser produzidos com manufatura aditiva. Termos como Internet das Coisas e Design Thinking tornaram-se expressões do dia a dia. Considerando esse contexto, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas. I. Os novos espaços de criação e desenvolvimento estão se espalhando e se tornando mais acessíveis a cada dia, o que contribui para a alavancagem dos negócios. PORQUE II. O desenvolvimento de produtos, que abrange as fases ideia inicial e triagem, especificações do produto, formulação de alternativas, construção do modelo, construção de um protótipo e aprovação, tem sido realizado em tempos totais de ciclo cada vez mais curtos. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta. A alternativa "B " está correta. As duas proposições estão individualmente corretas, entretanto não apresentam correlação entre si, uma vez que o desenvolvimento de novos espaços de negócios não tem nada a ver com o processo de produção de um protótipo de produto. MÓDULO 2 Identificar os impactos da manufatura aditiva IDENTIFICAR OS IMPACTOS DA MANUFATURA ADITIVA UMA VISÃO GERAL DOS FORMATOS DE DADOS DE MANUFATURA ADITIVA Hoje em dia, o formato de arquivo mais comumente usado para transferir o modelo de dados para AM é o formato de arquivo STL. STL é um formato digital usado para armazenar informações de superfície. Foi reconhecido que o formato STL tem várias deficiências, que reduzem a adequação do uso desse formato para máquinas AM (Additive Manufacturing (Manufatura Aditiva)) mais novas com recursos de vários bicos e materiais com classificação funcional. Os arquivos STL são propensos a informações redundantes e defeitos geométricos, como facetas ausentes, sobrepostas e degeneradas, proteção contra e reparo do que é computacional e processual caro. O arquivo STL também carece de disposição para armazenar material, textura, cor, medição ou informações estruturais. O modelo de informações de triângulo de superfície para STL não fornece mecanismos inerentes para reter informações de superfície múltipla. Como resultado, uma série de alternativas proprietárias para armazenamento de dados de modelo 3D foram propostas e esforços estão em andamento para introduzir padrões para atender de forma abrangente aos requisitos de design de AM. IMPACTOS DA AM As empresas que utilizam e desejam usar essa tecnologia emergente estão focadas não apenas na obtenção de benefícios econômicos, mas também em vantagens competitivas para se destacarem no mercado, além de benefícios ambientais e sociais. A necessidade de uma produção customizada e sustentável vinda dos consumidores e de agências de controle ambiental está provocando mudanças na estrutura de toda a cadeia de valor. Um dos principais problemas relacionados com a adoção da tecnologia de manufatura aditiva, como em qualquer nova tecnologia, é a falta de conhecimento sobre os impactos que a adoção da tecnologia terá no redesenho das configurações da cadeia de valor e na adoção (criar novos) de modelos de negócios focados, cada vez mais, em (quase obrigatório para pressões de competitividade) metas de sustentabilidade. De acordo com um relatório da Comissão Europeia, a manufatura aditiva é uma das tecnologias emergentes da era digital, com um impacto significativo na indústria. Isso se baseia em seus benefícios potenciais, ou seja, reduz a complexidade/dimensão das cadeias de abastecimento e aumenta a eficiência das cadeias de valor de produção por meio da redução do tempo e dos custos para o desenvolvimento, projeto e teste de novos produtos, e aumentos significativos em produtos de baixo custo customização. De fato, a customização de produtos em larga escala (individualização) é vista como um dos desafios dessa tecnologia, que se beneficia da otimização dos processos de digitalização que estão surgindo no contexto da Indústria 4.0. Por exemplo, a tecnologia de manufatura aditiva, incorporada em impressoras 3D, interligadas à IoT, por meio de sistemas de controle CNC, podeser decisiva na automação, sem perder o potencial de individualização. Esses sistemas podem ter grandes benefícios pela interação entre a tecnologia de manufatura aditiva e outros conceitos tecnológicos da Indústria 4.0, ganhando maior eficiência na gestão da produção, pelo controle de estoque e pela gestão de logística, ou pelo controle dos parâmetros de produção, como desgaste de componentes e materiais. No contexto da Indústria 4.0, a tecnologia de manufatura aditiva surge como um dos principais conceitos tecnológicos da próxima década. As sinergias dos conceitos tecnológicos da Indústria 4.0 possibilitam a transformação digital. Alguns autores referem que essa transformação integra e conecta sistemas de manufatura que aceleram o tempo de todos os processos e está mudando os modelos de negócios da manufatura, aumentando a customização, a flexibilidade e a interação produção, fornecedores e clientes. Outros autores preferem enfatizar o conceito de “fábricas inteligentes”, ou seja, sistemas de produção altamente digitalizados, ágeis e conectados baseados em manufatura aditiva, inteligência artificial, robótica, internet das coisas (IoT) e Big Data. Mesmo que existam desafios para a manufatura aditiva, como limitar o tamanho das peças produzidas ou a baixa velocidade de produção, também há benefícios significativos dessa tecnologia, como liberdade de produção de peças de todos os formatos e menor tempo de comercialização, que são altamente habilitados no contexto da Indústria 4.0. SAIBA MAIS A IoT é um dos conceitos tecnológicos da Indústria 4.0 que parece ter o impacto mais significativo sobre os ganhos com o uso de tecnologia de manufatura aditiva. Com efeito, essa tecnologia, associada a redes de comunicação industrial, suportada por Big Data, permite monitorizar e otimizar processos de fabricação aditiva em tempo real, com intervenções corretivas e de manutenção rápida, reduzindo a intervenção humana no processo produtivo. Além disso, essa tecnologia pode favorecer os processos de realocação de empresas que podem assim trabalhar a partir de locais mais remotos. Manufatura aditiva como parte da Indústria 4.0. A realidade aumentada é outra tecnologia que, aliada à manufatura aditiva, pode aumentar a confiabilidade e eficácia dos processos. Essa tecnologia permite monitorar e controlar os processos de produção, avaliar em tempo real a qualidade do produto produzido pela manufatura aditiva, possibilitando sua utilização em ambientes remotos (por exemplo, aeroportos e indústria do cinema), ou dar instruções ao operador na manutenção ou solução de problemas. Como uma tecnologia emergente e altamente flexível, esses atributos podem ser de grande importância para acelerar o uso de tecnologias de manufatura aditiva. O aprendizado de máquina também pode aumentar as capacidades de manufatura aditiva, por exemplo, melhorando a qualidade da produção, por meio de redes neurais artificiais, que podem supervisionar todo o processo de produção, controlando variações geométricas e identificando desvios de processo ou defeitos de componentes. A tecnologia Blockchain pode facilitar as aplicações de rastreabilidade em várias indústrias de manufatura aditiva, como em indústrias com processos de produção de precisão, como a aeronáutica ou a saúde. Com a expansão da manufatura aditiva associada às conquistas da IoT, torna-se possível construir uma manufatura mais flexível, descentralizada e distribuída. Porém, apesar dos inúmeros ganhos da combinação da tecnologia de manufatura aditiva com outros conceitos tecnológicos da Indústria 4.0, ainda existem muitos desafios a serem superados na cadeia produtiva da manufatura aditiva. Essas limitações referem-se a garantir a interoperabilidade e a comunicação normalizada entre os equipamentos de manufatura aditiva e os vários sistemas (físicos e cibernéticos) e processos (equipamentos, objetos inteligentes e pessoas). Alcançar interoperabilidade segura e de qualidade entre sistemas e subsistemas em diferentes estágios de desenvolvimento é, portanto, um grande desafio. Apesar de muitos impactos dessa tecnologia serem potencialmente positivos, outros terão efeitos adversos em diversos setores, com perda de empregos, notadamente em mão de obra não qualificada. Vários desafios foram identificados em relação à disseminação da Indústria 4.0 em toda a África do Sul, a saber, como ela impactará negativamente o desemprego e como o alcance é limitado uma vez que tem um pequeno mercado interno. No entanto, as possibilidades de trabalhar a distância vão trazer novas oportunidades e novos tipos de trabalho, criando novos desafios de aprendizagem e qualificação. O equilíbrio entre os impactos positivos e negativos da tecnologia ainda não é totalmente conhecido. RESUMINDO Está claro que a tecnologia de manufatura aditiva, quando aliada a outros conceitos tecnológicos da Indústria 4.0 (IoT, realidade aumentada, ferramentas de aprendizado de máquina, Blockchain e Big Data), irá revolucionar o cenário de produção. Assim, superando as condicionantes do processo de manufatura aditiva, como interoperabilidade de sistemas e subsistemas, velocidade de produção, segurança de materiais e produção de grandes peças, a indústria do futuro contará com essa tecnologia para maior eficácia, eficiência e qualidade, aumentando o potencial de individualização. Assim, o processo de integração entre digitalização e manufatura aditiva exigirá novos modelos de negócios e novas soluções de produção, reunindo desafios que podem atrasar o processo: novas pesquisas podem fomentar esse caminho. A transformação digital da indústria e a manufatura aditiva terão um impacto duradouro nos modelos de negócios baseados na produção e nas cadeias de valor de negócios, e provavelmente mudarão as formas atuais de criação de valor de negócios na manufatura em geral. IMPACTOS AMBIENTAIS DA FABRICAÇÃO DE ADITIVOS Um crescimento perceptível em infraestruturas inteligentes, devido à Indústria 4.0, pode infligir severos impactos ao meio ambiente, em que as práticas típicas de avaliação do ciclo de vida são principalmente incapazes ou inadequadas para quantificar esses tipos de impactos. Portanto, é identificada uma lacuna entre o campo da avaliação ambiental e os avanços perceptíveis no domínio da manufatura. Frequentemente, um compromisso é feito entre o uso eficiente de recursos e os possíveis benefícios de tecnologias avançadas na redução de materiais e outros efeitos indesejáveis, como o aumento no consumo de energia. Vários estudos abordam o impacto ambiental da manufatura aditiva, e é um assunto que não deve ser descartado, pois, apesar de todos os benefícios que a manufatura aditiva pode trazer, alcançar um método de fabricação cada vez menos prejudicial ao meio ambiente do que a manufatura convencional é um dos pilares dos mais novos modelos de negócios sustentáveis. Existe uma forte argumentação que o impacto da produção de manufatura aditiva é alto. No entanto, do seu ponto de vista, e do ponto de vista ambiental, o alto impacto ambiental presente durante a fase de fabricação de aditivos pode ser compensado por melhorias funcionais durante a fase de uso das peças fabricadas. Os estudos de impacto energético e ambiental existentes na manufatura aditiva não são suficientes e requerem dados adicionais sobre diversos materiais, equipamentos, processos, projetos de produtos e atores da cadeia de suprimentos. EXEMPLO Em relação ao consumo de energia, alguns estudos relataram valores para manufatura aditiva que são 1 a 2 ordens de magnitude maiores quando comparados com os valores de processos de moldagem por injeção convencional ou processos de usinagem convencionais. Para enfrentar esses desafios, muitos pesquisadores em ciência dos materiais estão constantemente em busca de novas matérias-primas, incluindo polpa de madeira de resíduos industriais, por exemplo, para uso em arquitetura ou projeto industrial, ou filamentosde algas marinhas. Entretanto, com relação ao ciclo de vida do produto, quanto maior for esse ciclo, menor será o impacto ambiental derivado da fabricação desse produto. Nesse sentido, produtos feitos por manufatura aditiva podem ser bastante vantajosos. Quando um produto composto por várias peças é fabricado por moldagem por injeção e uma delas está danificada, em geral, um novo produto deve ser adquirido. Já a manufatura aditiva permite ao fabricante produzir peças isoladas, o que prolonga o ciclo de vida daquele produto. Foto: Shutterstock.com Portanto, a manufatura aditiva também permite a adição de novas peças ou a substituição por outras melhores, o que otimiza e prolonga a vida útil do produto original. Vários aspectos relacionados ao ciclo de vida também são considerados, como a possibilidade de a criação de peças mais leves afetar o uso do objeto, por exemplo, o consumo de combustível e as emissões por ele causadas. Além disso, há a perspectiva de possível reciclagem e reutilização de ferramentas para prolongar o ciclo de vida da manufatura aditiva, uma vez que alguns pesquisadores já exploram a reciclagem de alguns pós-metálicos. IMPACTOS ECONÔMICOS DA FABRICAÇÃO DE ADITIVOS Os custos são um fator chave para analisar a viabilidade econômica de qualquer tecnologia ou produto para a tomada de decisão. O impacto econômico da manufatura aditiva pode ser bastante significativo. Na manufatura aditiva, o desperdício é praticamente eliminado, pois o material necessário é fornecido para produzir quase que exclusivamente o formato desejado, e as peças com defeitos podem ser totalmente recicladas. Isso contribui para a construção da economia circular e favorece a sustentabilidade dos recursos de manufatura. O material utilizado pode ser otimizado por meio de modificações no projeto, permitindo peças ainda mais resistentes e leves. As montagens de peças podem ser produzidas em uma operação, reduzindo o número de operações de montagem final e aumentando a confiabilidade do produto resultante. O impacto na cadeia de suprimentos é evidente, embora com muitos desafios quanto à sua quantificação. A possibilidade de produzir localmente a um custo reduzido significa uma transformação radical da atual cadeia de suprimentos: as rotas de transporte podem ser bastante reduzidas. RESUMINDO: PRINCIPAIS IMPACTOS DA MANUFATURA ADITIVA Os tópicos a seguir tentam resumir os principais impactos: Variedade de tecnologias de manufatura aditiva disponível que torna difícil escolher as melhores em algumas áreas. Conflitos com modelos de negócios novos e tradicionais. A disseminação da Indústria 4.0 permitirá que a produção centrada no fabricante passe a ser uma produção centrada no consumidor com cocriação, forçando o produtor a passar de uma relação business to business para business to consumer, com impactos em toda a cadeia de valor. Crescimento da diferenciação e customização especializada com foco em edições especiais de produtos que podem ter impactos significativos sobre os preços e sua regulamentação. A democratização da produção pode levar a uma crescente violação dos direitos de propriedade intelectual, questionando o valor das patentes. Em alguns países, mais permissíveis para esse tipo de infração, isso pode comprometer a viabilidade de modelos de negócios voltados para a exclusividade de algumas patentes. Os novos modelos de negócios serão potencialmente complementares aos modelos tradicionais, mas, em alguns casos, podem canibalizar os tradicionais. Os novos modelos de negócios, quando canalizados pelo consumidor, terão impactos em diversas áreas, principalmente no desenvolvimento tecnológico trazido pela Indústria 4.0 e na inovação que surgirá para dar suporte a esses novos modelos de negócios. A evolução simultânea da tecnologia e de novos modelos de negócios, com a interação de diferentes tipos de conhecimento, deve levar ao crescimento da inovação aberta. A possibilidade de produção ou cocriação com origens diversas (empresas ou produtores domésticos) levanta complexas questões de segurança, normalização e rastreabilidade da cadeia de abastecimento, nomeadamente em áreas como a aeroespacial, automotiva ou medicina. Além disso, os aspectos de controle dos aspectos de sustentabilidade ambiental, como gestão de energia, gestão de resíduos, reciclagem de produtos devolvidos etc., levantam muitas questões. A produção descentralizada, permitindo a produção de peças na hora certa e sob medida para o consumidor, levará a uma redução nos estoques. No entanto, isso terá um impacto nas empresas produtoras de sistemas tradicionais, geralmente localizadas em economias que precisam basear sua produção no uso de mão de obra intensiva. Espera-se que as preocupações com os aspectos da propriedade intelectual levem a mudanças no licenciamento dos direitos de propriedade. Com a crescente demanda por impressoras para uso industrial e pessoal, espera-se que esse mercado se expanda e se adapte às novas necessidades. A possibilidade de explorar uma possível reciclagem e uso/reutilização de ferramentas para um ciclo de vida prolongado, uma vez que a reciclagem de alguns pós-metálicos e tecnologias de uso/reutilização poderiam ser desenvolvidas para economizar pó metálico. VEM QUE EU TE EXPLICO Impactos ambientas da manufatura aditiva Impactos ambientas da manufatura aditiva Impactos econômicos da manufatura aditiva Impactos econômicos da manufatura aditiva VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. ANALISE AS PROPOSIÇÕES A SEGUIR: I. AM PERMITE GEOMETRIAS MAIS COMPLEXAS E DE ALTO DESEMPENHO QUE NÃO SÃO POSSÍVEIS COM OS MÉTODOS CONVENCIONAIS. ISSO APOIA A CONSTRUÇÃO DE PRODUTOS PROJETADOS PARA DESEMPENHO EM VEZ DE CAPACIDADE DE FABRICAÇÃO. II. AM AUMENTA A FLEXIBILIDADE PARA INOVAÇÕES E REDESENHO DE PROJETO. AS MODIFICAÇÕES DO PRODUTO PODEM SER REALIZADAS IMEDIATAMENTE E NENHUM TEMPO É NECESSÁRIO PARA A MONTAGEM, DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS, ENVIO OU TRANSPORTE. III. AM REDUZ O CUSTO TOTAL DE CAPITAL DEVIDO A ESTOQUES MAIS BAIXOS E MENOS MÁQUINAS E FERRAMENTAS. ENTRETANTO, APESAR DE NECESSITAR DE MENOS MATERIAL PARA PRODUÇÃO A GERAÇÃO DE RESÍDUOS É ELEVADA. IV. AM APRIMORA A DIFERENCIAÇÃO DO PRODUTO E AS RELAÇÕES DIRETAS COM O CONSUMIDOR, CRIANDO PRODUTOS INDIVIDUALMENTE PERSONALIZADOS E EXCLUSIVOS SEM REEQUIPAMENTO, PORÉM NECESSITA DE PÓS-PROCESSAMENTO ADICIONAL. ESTÃO CORRETAS AS SEGUINTES PROPOSIÇÕES: A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) I, III e IV. E) I, II, III e IV. 2. OBSERVE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR: I. OS CURSOS EXISTENTES DE PROJETO DE PRODUTO, ENGENHARIA E GERENCIAMENTO RELACIONADOS À PRODUÇÃO E MANUFATURA NÃO POSSUEM UM SISTEMA PARA FORNECER AS HABILIDADES E OS CONHECIMENTOS NECESSÁRIOS PARA A IMPLANTAÇÃO EFICAZ DAS TECNOLOGIAS AM. ALÉM DISSO, OS PROGRAMAS SE CONCENTRAM NO DESENVOLVIMENTO DE ESPECIALISTAS EXPERIENTES, EM VEZ DE TREINAR NOVOS ESPECIALISTAS EM AM. PORTANTO II. UMA TRANSIÇÃO EFICIENTE PARA AM REQUER UMA FORÇA DE TRABALHO CAPAZ DE TRABALHAR EM EQUIPES MULTIFUNCIONAIS E USAR MODELAGEM DE SOFTWARE E SISTEMAS DE DIGITALIZAÇÃO 3D. ELES DEVEM COMPREENDER AS ESPECIFICAÇÕES DOS DIFERENTES PROCESSOS, INCLUINDO PÓS-PROCESSAMENTO, MÁQUINAS, APLICAÇÕES E MATERIAIS, A FIM DE AVALIAR AS IMPLICAÇÕES DA AM EM TODA A CADEIA DE VALOR E MODELO DE NEGÓCIOS. COM BASE A ESTAS AFIRMATIVAS PODEMOS COM RELAÇÃO A AM: A) Ambas estão corretas e a segunda complementa a primeira. B) Ambas estão corretas e a segunda não complementa a primeira. C) Ambas estão corretas, mas não se complementam. D) A primeira está correta e a segunda está errada. E) Ambas estão erradas. GABARITO 1. Analise as proposições a seguir: I. AM permite geometrias mais complexas e de alto desempenho que não são possíveis com os métodos convencionais. Isso apoia a construção de produtos projetados para desempenho em vez de capacidade de fabricação. II. AM aumenta a flexibilidade para inovações e redesenho de projeto. As modificaçõesdo produto podem ser realizadas imediatamente e nenhum tempo é necessário para a montagem, desenvolvimento de ferramentas, envio ou transporte. III. AM reduz o custo total de capital devido a estoques mais baixos e menos máquinas e ferramentas. Entretanto, apesar de necessitar de menos material para produção a geração de resíduos é elevada. IV. AM aprimora a diferenciação do produto e as relações diretas com o consumidor, criando produtos individualmente personalizados e exclusivos sem reequipamento, porém necessita de pós-processamento adicional. Estão corretas as seguintes proposições: A alternativa "A " está correta. As alternativas I e II estão corretas. A III está incorreta, pois as máquinas de AM (impressora 3D) têm uma geração muito baixa de resíduos, e a IV está incorreta, pois nem todos os produtos impressos necessita de pós-processamento. 2. Observe as afirmativas a seguir: I. Os cursos existentes de projeto de produto, engenharia e gerenciamento relacionados à produção e manufatura não possuem um sistema para fornecer as habilidades e os conhecimentos necessários para a implantação eficaz das tecnologias AM. Além disso, os programas se concentram no desenvolvimento de especialistas experientes, em vez de treinar novos especialistas em AM. PORTANTO II. Uma transição eficiente para AM requer uma força de trabalho capaz de trabalhar em equipes multifuncionais e usar modelagem de software e sistemas de digitalização 3D. Eles devem compreender as especificações dos diferentes processos, incluindo pós- processamento, máquinas, aplicações e materiais, a fim de avaliar as implicações da AM em toda a cadeia de valor e modelo de negócios. Com base a estas afirmativas podemos com relação a AM: A alternativa "A " está correta. Como a tecnologia é nova, as universidades e os cursos de tecnólogos, na maioria, não oferecem as habilidades necessárias, ou seja, modelagem de software, sistemas de digitalização 3D, máquinas, aplicações e materiais, cabendo ainda hoje às empresas a iniciativa de complementar a formação de seus colaboradores. Algumas universidades, nas disciplinas de projeto de produto, planejamento e controle da produção etc., apenas citam a tecnologia sem fornecer os recursos físicos necessários. MÓDULO 3 Reconhecer os modelos de negócios e a manufatura aditiva OS MODELOS DE NEGÓCIOS E A MANUFATURA ADITIVA INTRODUÇÃO A importância dos modelos de negócios para aproveitar e aumentar a cadeia de valor de uma nova tecnologia é levar ao mercado uma visão esquemática de como produzir, transportar e gerar valor ao produto, dando maior segurança e agilidade ao processo de inovação. A característica da manufatura aditiva de promover a manufatura de pedidos únicos e customizados e até mesmo individualizados em contraste com a produção em massa requer modelos de negócios inovadores para ganhos econômicos com essa tecnologia. Isso evidencia a necessidade de abordar abordagens distintas para desenvolver modelos de negócios no contexto da manufatura aditiva, tendo em conta a sustentabilidade. De acordo com alguns autores, os modelos de negócios para tecnologia de manufatura aditiva ainda são imaturos para adoção em larga escala. No entanto, a gama de tecnologias emergentes de manufatura aditiva está crescendo e pertence aos mais variados setores: Imagem: Shutterstock.com Construção Imagem: Shutterstock.com Manufatura geral Imagem: Shutterstock.com Aeroespacial Imagem: Shutterstock.com Eletrônica Imagem: Shutterstock.com Segurança Imagem: Shutterstock.com Joias Imagem: Shutterstock.com Arquitetura Imagem: Shutterstock.com Decoração Imagem: Shutterstock.com Medicina As particularidades e o potencial de crescimento da manufatura aditiva exigem o estudo de novas formas de negócio. De acordo com Zhang et al. (2012), a inovação da modelagem de negócios pode ser descrita como um processo para otimizar a reengenharia de recursos complexos. É útil usar uma abordagem de engenharia de sistemas para identificar, desenvolver, otimizar e redesenhar esses modelos de negócios. Além disso, a tecnologia da manufatura aditiva não impacta apenas as empresas manufatureiras, mas também tem efeitos profundos na sociedade, o que requer novas estratégias e políticas corporativas. SAIBA MAIS Um estudo publicado por Makinde et al. (2015), desenvolveu um modelo de negócios aeroespacial de manufatura aditiva para o mercado sul-africano para verificar as oportunidades de mercado para produtos baseados na manufatura aditiva a laser. A África do Sul é um concorrente no mercado global por ser um grande produtor de minerais, como alumínio e vanádio. A estratégia utilizada para criar o modelo de negócios foi baseada em uma abordagem metodológica que define a implantação de produtos, processos e serviços juntamente com as complexas interações entre tecnologia, pesquisa e desenvolvimento para tecnologia de manufatura aditiva. O modelo permite verificar os efeitos de feedback e acompanhar os resultados da produção, por meio da análise de indicadores de desempenho para melhoria contínua, garantindo assim o sucesso de produtos de demanda ininterrupta, rápida e acessível. Com o foco no uso de tecnologias da Indústria 4.0 para reaproveitar e reciclar resíduos para a entrega de novos produtos, vários autores sugerem o desenvolvimento de um modelo de negócios capaz de integrar as práticas da economia circular (EC) em um contexto de manufatura, que leva em consideração manufatura aditiva, sistemas de produção inteligentes e gestão sustentável da cadeia de suprimentos. O modelo visa reduzir o descarte de materiais sólidos não orgânicos e otimizar os recursos naturais considerando uma estrutura circular agrupada em sete fases, em que cada fase está associada a uma logística reversa dos materiais: ciclo de vida do produto, coleta seletiva, triagem de resíduos, tratamento de resíduos, impressão de produtos, montagem de produtos e venda de produtos. Os resultados sugerem uma influência positiva na melhoria da sustentabilidade do negócio, reinserindo resíduos na cadeia de suprimentos para a fabricação de produtos sob demanda. ATENÇÃO A manufatura aditiva não apenas influencia a criação e proposição de valor das empresas, mas também influencia a comunicação, distribuição e captura de valor em uma extensão maior. Por meio da categorização dos tipos de negócios em cinco segmentos (fabricantes de produtos finais, fabricantes de impressoras 3D, empresas que utilizam 3D para prototipagem interna, prestadores de serviços 3D e desenvolvedores), verificou-se que em todos eles há mudança na proposta de valor, comunicação de valor e criação de valor. ESTRUTURA DO IMPACTO DA INDÚSTRIA 4.0 NOS MODELOS DE NEGÓCIOS DE MANUFATURA ADITIVA A Indústria 4.0 promete melhorias importantes para os processos de produção atuais e é essencial para a manufatura aditiva ser parte integrante da Indústria 4.0. Muitas áreas com alto potencial, como Big Data, podem ter grande influência na forma de novos modelos de negócios. Um modelo usando computação em nuvem, ambiente de manufatura conectado da Indústria 4.0, utilizando Big Data para obter maior precisão geométrica para peças fabricadas em manufatura aditiva baseada em laser, é um bom exemplo de integração dessas tecnologias. Ao combinar o projeto do produto e a manufatura aditiva, os custos de manufatura podem ser calculados avaliando mais recursos do modelo do produto com Big Data. Do ponto de vista da sustentabilidade, as empresas estão lutando para reconhecer e compreender todo o potencial da tecnologia de manufatura aditiva. Para entender melhor como a Indústria 4.0 impactará os modelos de negócios sustentáveis da manufatura aditiva, considerando-se a contribuição de todas as partes interessadas, os executivos da Indústria 4.0 precisam estar familiarizados com esses modelos de negócios, bem como com as técnicas de análise dedados de alto volume, sendo capazes de liderar novos trabalhadores digitais; e, acima de tudo, colocar a sustentabilidade em primeiro plano. Imagem: Shutterstock.com Eles devem conhecer as tecnologias mais disruptivas, conhecer seus efeitos na estrutura de custos e compreender o impacto na empresa agora e no futuro. A figura a seguir mostra a estrutura da visão geral da cadeia de valor da manufatura aditiva de todas essas partes interessadas e o impacto da Indústria 4.0. A estrutura da contribuição de todas as principais partes interessadas da manufatura aditiva com base onde eles podem atuar, a luz da transição da Indústria 4.0. Diversos autores mostram que os impactos sociais da tecnologia de fabricação de aditivos são limitados. Esses estudos identificam os impactos sociais da tecnologia de manufatura aditiva na saúde e no bem-estar da população, no consumo de energia e no impacto ambiental, nas cadeias de suprimentos da manufatura e nos riscos potenciais à saúde e ocupacionais e apontam várias áreas de impactos sociais. O avanço na direção da Indústria 4.0 passa pela integração de novas tecnologias de produção, pelo aumento da qualidade e da produtividade e pela melhoria das condições de trabalho. EXEMPLOS DE EMPRESAS AM Hoje em dia, existe uma variedade de modelos de negócios cobrindo diferentes atividades no ecossistema de AM. A seguir, apresentamos alguns exemplos de participantes-chave nesse domínio para ilustrar como as empresas pioneiras já usam AM em seus negócios. SHAPEWAYS THINGIVERSE FABLABS TECHSHOPS 3D HUBS SHAPEWAYS A Shapeways, uma das primeiras empresas nesse mercado, atua com um modelo 3D e serviço de produção. Estima-se que detenha uma participação de mercado de cerca de 70%. A ideia da Shapeways é conectar designers com consumidores, cobrando, assim, determinado serviço e taxa de produção. THINGIVERSE Thingiverse é uma plataforma de compartilhamento de design baseada na comunidade, operada pela MakerBot (de propriedade da Stratasys). A ideia principal por trás dessa plataforma é promover o uso de impressoras 3D domésticas, em particular, dispositivos MakerBot. FABLABS Os FabLabs também visam promover o uso de impressão 3D, no entanto, eles não são orientados para o lucro e trabalham em estreita colaboração com universidades e centros de pesquisa. Esses laboratórios fornecem acesso a ferramentas de fabricação digital local (por exemplo, impressora 3D, laser cortador). TECHSHOPS As TechShops fornecem comercialmente uma infraestrutura de fabricação digital semelhante em uma base de pagamento por uso. 3D HUBS 3D Hubs é uma plataforma para encontrar impressoras 3D próximas. A ideia é compartilhar a capacidade existente de impressoras disponíveis localmente. Os hubs 3D, como o fabricante de jogos, cobram uma taxa de serviço aos usuários. Essa plataforma está, portanto, usando a vantagem da impressão 3D como uma unidade de produção local. Se os arquivos para impressão não forem baixados de uma plataforma de compartilhamento de design como a Thingiverse, eles precisam ser gerados e alterados. Objetos já existentes podem ser digitalizados, usando um scanner 3D. Next Engine ou MakerBot oferecem esse produto. O software CAD, fornecido pela Autodesk, pode ser usado para editar esses arquivos. Como alternativa, ele pode, é claro, ser usado para gerar arquivos de design 3D a partir do zero. Finalmente, existem, é claro, fabricantes de máquinas, como sistemas 3D ou Stratasys, que oferecem impressoras 3D em várias faixas de preços para uso industrial e doméstico. As indicações da crescente confiança do mercado na sustentabilidade de modelos de negócios dependem de ofertas de impressão 3D. Em 2013, anunciou-se a aquisição da MakerBot pela Stratasys por 403 milhões de dólares. ATENÇÃO Além disso, foram lançados fundos de investimento dedicados que acompanham o desempenho do setor de AM. Com base na tecnologia AM, em geral, e nos modelos de negócios mencionados, em particular, surge uma variedade de oportunidades para inovação e empreendedorismo. INOVAÇÃO POR PARTE DO USUÁRIO E AM A produção local pode ser mais atraente para usuários inovadores. Pesquisas mostraram que os usuários foram os criadores de muitos produtos industriais e de consumo. Especialmente quando os mercados estão em ritmo acelerado ou turbulentos, esses usuários líderes estão se tornando uma importante fonte de inovação. O desenvolvimento recente da inIT reduziu o custo de inovação dos usuários: Melhorando continuamente as capacidades de projetos que os avanços em hardware e software de computador tornam possível. Acesso aprimorado a software de desenvolvimento fácil de usar. Crescimento de um conjunto de inovações cada vez mais rico que permite que usuários individuais combinem e coordenem seus esforços relacionados à inovação por meio da Internet. Mas houve um “elo perdido” na inovação do usuário: a manufatura. Muitos usuários (líderes) carecem dos recursos e de capacidades para transformar suas invenções em produtos "reais" além dos protótipos, ou seja, produtos com as mesmas propriedades como bens manufaturados industrialmente. Consequentemente, os usuários muitas vezes revelavam livremente suas inovações ao fabricante, beneficiando-se de sua capacidade de produzir o produto em uma qualidade industrial e estável. As manufaturas, por sua vez, foram beneficiadas ao assumir esse domínio pela oportunidade de vender esses produtos também a outros clientes, proporcionando, assim, um canal de distribuição da invenção do usuário. Para um desenvolvimento mais amplo de inovações pelo usuário, no entanto, esse sistema contou com a disponibilidade e a disposição de um fabricante em aceitar uma inovação do usuário. A AM poderia mudar esse processo. Os usuários podem recorrer a tecnologias AM avançadas para produzir séries menores de produtos para eles próprios e seus colegas. A inovação do usuário, então, será complementada pela fabricação pelo usuário, que definimos como a capacidade de um usuário transformar facilmente seu projeto em um produto físico. ATENÇÃO Ao eliminar o custo de ferramentas (moldes, cortadores) e atividades de comutação, a AM permite uma fabricação econômica de projetos complexos de baixo volume com pouca ou nenhuma penalidade de custo. A AM permite que várias funcionalidades sejam fabricadas usando um único processo, incluindo também materiais secundários (como circuitos elétricos), reduzindo a necessidade de montagem adicional para uma gama de produtos. Além disso, a funcionalidade integrada pode substituir a necessidade de revestimentos de superfície e texturas. Todas essas características tornam AM uma tecnologia de fabricação perfeitamente adequada para usuários-fabricantes. EMPREENDEDORISMO DO USUÁRIO E AM Com essa capacidade de produção disponível, os fabricantes usuários podem se transformar em empresários usuários. Uma pesquisa recente descobriu que os usuários inovadores (líderes) frequentemente se engajam na comercialização de seus desenvolvimentos. Consequentemente, o termo empreendedorismo do usuário foi definido como a comercialização de um novo produto e/ou serviço por um indivíduo ou grupo de indivíduos que também são usuários inovadores desse produto e/ou serviço. O empreendedor usuário experimenta uma necessidade em sua vida e desenvolve um produto ou serviço para atendê-la, antes de fundar a empresa. Como resultado, os empreendedores usuários são distintos de outros tipos de empreendedores porque têm experiência pessoal com um produto ou serviço que desencadeou uma atividade inovadora e porque obtêm benefícios por meio do uso, além do benefício financeiro da comercialização. A opção pela produção local via AM também beneficiará os empresários usuários. Em primeiro lugar, a oportunidade absoluta de obter acesso a um sistema de manufatura flexível em alto custo fixo de investimento pode transformar mais usuários líderes em empresários usuários. Em particular, o processode desenvolvimento de novos produtos pode ser facilitado quando o AM é empregado. Os esforços em termos de custos e tempo podem ser amplamente reduzidos com o acesso aos recursos locais de AM, enquanto as iterações de projeto não envolvem penalidades de custo (sem ferramentas). Uma vez que os empreendedores usuários começaram a comercializar seus produtos, eles podem ter uma vantagem competitiva contra os fabricantes estabelecidos, pois obtêm um melhor conhecimento local sobre a demanda do cliente, permitindo-lhes projetar produtos mais próximos das necessidades locais. Especialmente em uma situação em que a demanda do cliente é heterogênea e os clientes valorizam os produtos que se ajustam exatamente às suas necessidades, os produtores locais podem superar os fabricantes estabelecidos de bens padrão. Foto: Shutterstock.com Os benefícios de oferecer um melhor ajuste ao produto podem superar as desvantagens nos custos de fabricação devido às economias de escala alcançáveis pela empresa estabelecida com sua oferta padrão. Um sistema de fabricantes usuários empreendedores poderia ter um grande impacto na estrutura de mercado em uma determinada indústria. Curiosamente, os empresários não precisam adquirir seus próprios recursos de manufatura. Em vez disso, eles podem usar o ecossistema AM existente e contar com um serviço de impressão 3D (como Shapeways, conforme descrito antes) ou um fabricante contratado para produzir seus produtos – a interface é bastante simples: o arquivo de projeto 3D do produto. Assim, AM reduz as barreiras à entrada no mercado já que os custos fixos de produção são amplamente eliminados. Concluindo, certamente a AM irá influenciar amplamente o processo de inovação e produção, possibilitando o desenho de novas cadeias de valor e modelos de negócios. Para obter economias de escala, muitos produtos físicos foram anteriormente fabricados longe do local de uso final. Isso, às vezes, pode criar altos custos para o usuário devido aos atrasos envolvidos na aquisição de algo físico que é necessário “imediatamente” e “do jeito que eu gosto”. SAIBA MAIS Nos casos citados, AM de produtos físicos no ponto de uso pode fazer sentido, mesmo que implique altos custos de produção por unidade. Essa demanda de mercado, por sua vez, induz o desenvolvimento de métodos e equipamentos de fabricação no local. Assim que estiverem disponíveis, eles tendem a se tornar progressivamente mais baratos e atender a segmentos maiores do mercado. O desenvolvimento futuro da AM e seus aplicativos é difícil de prever, devido principalmente ao fato de a AM estar inserida em um grande ecossistema com uma variedade de atores com diferentes capacidades e interesses. Os usuários podem desempenhar um papel significativo nesse ecossistema. Eles demonstraram com sucesso seu poder de inovação no passado; agora, à medida que obtêm cada vez mais acesso aos recursos de manufatura locais (anteriormente, o “elo perdido”), é provável que a tríade de inovação do usuário, manufatura do usuário e empreendedorismo do usuário seja alimentada. O atual surgimento de uma comunidade AM que utiliza e desenvolve tecnologias é um indicador importante dessa oportunidade. Por sua vez, as empresas estabelecidas precisam repensar seus modelos de negócios existentes e adaptar uma função diferente no ecossistema, por exemplo, uma de operadora de plataforma, mercado ou provedor de serviços. Naturalmente, também existem motivos opostos, então, a questão de saber se a produção mudará para um sistema de manufatura local não é trivial: Sob competição, os fabricantes existentes podem reagir com preços e/ou melhorias de produto, aumentando o apelo de suas ofertas. Foi demonstrado que o esforço para obter economias de escala em um sistema de manufatura convencional centralizado estabeleceu um regime forte e comprovado que é difícil de romper. Finalmente, o limite para se envolver em fabricação própria pode ser alto para muitos usuários. Considere o caso da impressão de fotos digitais: após um forte aumento das impressoras fotográficas domésticas, o mercado hoje se dividiu igualmente em quiosques de impressão descentralizados em drogarias e laboratórios centralizados em grande escala atendidos pela internet. A impressão em casa de fotos, no entanto, diminuiu fortemente. Esses são efeitos de adaptação de transição ou restrições estruturais? Somente o futuro mostrará quem está certo. VEM QUE EU TE EXPLICO Manufatura aditiva e seus impactos no mercado de trabalho Manufatura aditiva e seus impactos no mercado de trabalho Manufatura aditiva na Indústria 4.0 e o empreendedorismo Manufatura aditiva na Indústria 4.0 e o empreendedorismo VERIFICANDO O APRENDIZADO 1. OBSERVE AS ASSERTIVAS A SEGUIR: I. A CRIATIVIDADE É UM TÓPICO CENTRAL NOS ESTUDOS ORGANIZACIONAIS E DE INOVAÇÃO PORQUE PERMITE ÀS EMPRESAS CRIAR VALOR E GERAR UMA ESTRUTURA APROPRIADA PARA O DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS. PORQUE II. A CRIATIVIDADE TAMBÉM PODE FORNECER SOLUÇÕES ÚTEIS PARA A RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS E PERCEPÇÕES SOBRE PROBLEMAS FUTUROS EM AMBIENTES QUE MUDAM RAPIDAMENTE. A RESPEITO DESSAS ASSERÇÕES, ASSINALE A OPÇÃO CORRETA. A) As assertivas I e II estão corretas, mas a segunda não complementa a primeira. B) As assertivas I e II estão corretas, mas a primeira não complementa a segunda. C) As assertivas I e II estão corretas, mas a segunda complementa a primeira. D) As assertivas I e II estão corretas, mas a primeira complementa a segunda. E) As assertivas I e II estão erradas. 2. OBSERVE AS ASSERTIVAS A SEGUIR: I. A MANUFATURA ADITIVA TEM O POTENCIAL DE CAUSAR UM IMPACTO DURADOURO NO MUNDO DA MANUFATURA E É UM ELEMENTO CENTRAL DA QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL. PORQUE II. A MANUFATURA ADITIVA SIGNIFICA UM NOVO CAMINHO DE RUPTURA EM COMO PRODUZIREMOS PEÇAS E PRODUTOS. A RESPEITO DESSAS ASSERÇÕES, ASSINALE A OPÇÃO CORRETA. A) As assertivas I e II estão corretas, mas a segunda não complementa a primeira. B) As assertivas I e II estão corretas, mas a primeira não complementa a segunda. C) As assertivas I e II estão corretas, mas a segunda complementa a primeira. D) As assertivas I e II estão corretas, mas a primeira complementa a segunda. E) As assertivas I e II estão erradas. GABARITO 1. Observe as assertivas a seguir: I. A criatividade é um tópico central nos estudos organizacionais e de inovação porque permite às empresas criar valor e gerar uma estrutura apropriada para o desenvolvimento de novos produtos. PORQUE II. A criatividade também pode fornecer soluções úteis para a resolução de problemas e percepções sobre problemas futuros em ambientes que mudam rapidamente. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta. A alternativa "C " está correta. A criatividade é definida como uma capacidade do indivíduo de produzir ou responder de uma forma que seja nova e apropriada, útil, correta ou valiosa para a tarefa. No entanto, no ambiente de trabalho, a criatividade, muitas vezes, depende de interações e relacionamentos sociais. Levando em consideração que as organizações dependem muito mais de fontes externas para promover a criatividade, é necessário entender como as fontes externas podem levar ao surgimento de comportamento criativo. Portanto, as duas assertivas estão corretas no tocante à criatividade (inovação) e a segunda é um complemento da primeira. 2. Observe as assertivas a seguir: I. A manufatura aditiva tem o potencial de causar um impacto duradouro no mundo da manufatura e é um elemento central da Quarta Revolução Industrial. PORQUE II. A manufatura aditiva significa um novo caminho de ruptura em como produziremos peças e produtos. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta. A alternativa "C " está correta. Vários estudos sugerem que AM pode promover a sustentabilidade em sistemas de manufatura com base em seu potencial de otimizar o consumo de materiais, criando novas formas, customizandoprojetos e reduzindo os tempos de produção que, combinados, transformarão muito alguns dos modelos de negócios existentes. Embora seja necessário atingir certo nível de maturidade de projeto para inserir completamente essa tecnologia em um ambiente industrial, a AM tem o potencial de impactar favoravelmente o setor de manufatura, reduzindo custos de produção, logística, estoques e o desenvolvimento e a industrialização de um novo produto. CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS Como vimos, a manufatura aditiva tem o potencial de causar um impacto duradouro no mundo da manufatura e é um elemento central da Quarta Revolução Industrial. A manufatura aditiva significa um novo caminho de ruptura em como produziremos peças e produtos. Vários estudos sugerem que essa tecnologia pode promover a sustentabilidade em sistemas de manufatura, com base em seu potencial de otimizar o consumo de materiais, criando novos formatos, customizando projetos e reduzindo os tempos de produção que, combinados, transformarão em muito alguns dos modelos de negócios existentes. AVALIAÇÃO DO TEMA: REFERÊNCIAS AGUILAR-DUQUE, J. I. et al. Additive manufacturing: fused deposition modeling advances. In: Best Practices in Manufacturing Processes. Berlin: Springer, 2019. MAKINDE, O. A. et al. Holistic methodologies for optimal reconfigurable vibrating screen design, development, production, utilization and management – part I. Pretoria: The Southern African Institute Of Mining And Metallurgy, out., 2015 MOSHIRI, M. Integrated process chain for first-time-right mould components production using laser powder bed fusion metal additive manufacturing. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Técnica da Dinamarca, Lyngby, 2020. ÖBERG, C.; SHAMS, T.; ASNAFI, N. Additive Manufacturing and Business Models: Current Knowledge and Missing Perspectives. Technology Innovation Management Review, v.8, n. 6, p. 15-33, 2018. OYESOLA, M.; MATHE, N.; MPOFU, K.; FATOBA, S. Sustainability of Additive Manufacturing for the South African aerospace industry: A business model for laser technology production, commercialization and Market prospects. Procedia CIRP, v. 72, p. 1530- 1535, jan., 2018. VOLPATO, N. Manufatura aditiva: tecnologias e aplicações da impressão 3D. São Paulo: Blucher, 2017. ZHANG, Y.; ZHAO, S.; Xu, X. Business model innovation: An integrated approach based on elements and functions. Information Technology Management, n. 17, set. 2016. ZHANG, Y. et al. The Design and Implementation of a Process-Driven Higher Educational Administrative System. IERI Procedia, v. 2, dez. 2012, p. 176–182. EXPLORE+ Para se aprofundar nos assuntos estudados, acesse: Portal da Associação Brasileira de Normas Técnicas; Portal de Periódicos da Capes; Biblioteca Digital de Domínio Público. CONTEUDISTA Mauro Rezende Filho
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