Buscar

indústria 4.0

Prévia do material em texto

AULA 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TECNOLOGIAS PARA A 
INDÚSTRIA 4.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Gabriel Vergara 
 
 
2 
TEMA 1 – ROBÔS COLABORATIVOS: ASPECTOS GERAIS 
Muito se fala da substituição da mão de obra humana por robôs, mas será 
que de fato isso ocorre ou se trata de uma remodelagem das atribuições 
exercidas? O primeiro aspecto que devemos analisar para responder a esses 
questionamentos é a tecnologia utilizada ao se considerar a robótica. Na prática, 
até o momento, tem-se o maior uso de cobots, robôs autônomos e RPA. De modo 
geral, os RPAs diferenciam-se pelo fato de automatizarem o processo como um 
todo, ao passo que os dois primeiros atuam na estação de trabalho. Numa 
abordagem macro, o RPA automatiza as atividades dos robôs autônomos, ou 
seja, um RPA pode atribuir a lógica para todos os robôs autônomos de uma linha 
de produção. Vale ressaltar também que essa automação de cunho global não se 
aplica somente à indústria, mas também a todas as áreas que possuem métricas 
e repetitividade. 
Saiba mais 
Para maior entendimento sobre robôs autônomos e RPA, recomenda-se o 
aprofundamento por meio das seguintes leituras: 
 • ASL, M. I. et al. (2013). Autonomous Robots for Agricultural Tasks and 
Farm Assignment and Future Trends in Agro Robots. International Journal of 
Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS, v. 13, n. 3. 
 • VAN DER AALST, W. M. P.; BICHLER, M.; HEINZL, A. (2018). Robotic 
Process Automation. Business & Information Systems Engineering, v. 60. 
1.1 Reflexões 
Após leitura do preâmbulo do presente tema, acrescido das leituras 
recomendadas, podemos agora analisar um segundo aspecto: a automatização. 
Tal característica é de grande importância, visto que influencia diretamente no 
contexto global de dada empresa. Quando se fala em automatizar, geralmente 
imagina-se uma indústria repleta de robôs que executam as atividades sem 
necessitar de influência humana ou algo próximo a isso. 
Um possível exemplo para esse perfil de alto grau de automação poderia 
ser uma indústria automobilística. A Volkswagen, por exemplo, seguindo um 
 
 
3 
cenário similar produz um carro a cada 30 segundos. Contudo, quais seriam os 
prováveis problemas dentro desse contexto? 
Algo de grande importância a se verificar é a lei de oferta e procura, sendo 
este um modelo conhecido por estipular o preço de determinado produto no 
mercado. Deve-se levar em consideração também que esse modelo será 
influenciado por aspectos como poder de compra, necessidade e concorrência. 
Constata-se nesse ponto que existe um ciclo para que a economia flua 
naturalmente, visto que as pessoas necessitam de trabalho para poderem 
consumir aquilo precisam e desejam, ou seja, aumentar a produtividade não 
significa, necessariamente, a obtenção de maior lucro por parte empregador. 
Logo, o cenário mais apropriado é a remodelação das atribuições exercidas, 
destinando os colaboradores para funções de menor repetitividade e risco. 
Outro ponto que surge para reflexão é se necessariamente a minha 
empresa precisar estar robotizada para ser competitiva. A resposta mais 
adequada é depende, visto que todos os pilares da indústria 4.0 devem ser 
avaliados conforme o grau de maturidade da sua empresa. Basicamente, a 
empresa precisa estar pronta para dar um passo adiante em vez de dar passos 
para trás por antecipação. 
1.2 Aspectos gerais da robótica 
Após fazer uma reflexão sobre o contexto da robótica, devemos agora 
entender de uma forma um pouco mais técnica como essa tecnologia surgiu, seus 
conceitos inerentes, suas características e respectivas aplicações. 
Sabe-se que o homem sempre buscou construir um humanoide 
mecanizado, ou seja, uma máquina com inteligência artificial e com capacidade 
de agir e pensar de modo semelhante. Esse interesse pode ser notado, seja no 
aspecto industrial no intuito automatizar os processos seja na realização de 
atividades de alto risco, de alta precisão e/ou de movimentos repetitivos. 
Os respectivos pensamentos e ações para esse fim desaguaram no que 
denominamos hoje como robô. Segundo Rosário (2005), a referida palavra possui 
origem tcheca (robotnik), que significa servo. O termo em questão foi utilizado pela 
primeira vez por Karel Capek, em 1923. Vale ressaltar que nessa época a referida 
concepção ainda era vista como uma obra de ficção. 
Conforme citado anteriormente, a tecnologia geralmente advém de uma 
necessidade, de um problema ou ao acaso. No presente contexto, a ideia de 
 
 
4 
construir um robô, que ganhou forte impulso no início do século XX, partiu da 
necessidade de aumentar a produtividade industrial e melhorar a qualidade dos 
produtos. Como grande referência dessa tecnologia, pode-se citar George Devol, 
considerado o pai da robótica. 
Segundo Craig (2013), a utilização do robô industrial tornou-se significativa 
na década de 1960, juntamente com os sistemas CAD (Computer-Aided Design) 
e CAM (Computer-Aided Manufacturing), que juntos caracterizam as últimas 
tendências da automação no processo de manufatura. 
Antes de conceituarmos o que vem a ser um robô, levemos em 
consideração o que se define por robótica que, segundo Rosário (2005), é a área 
que preocupada com o desenvolvimento desses dispositivos (robôs). De forma 
multidisciplinar, ela busca a integração de técnicas e algoritmos para a criação 
destes. Num aspecto global, ela envolve o estudo da engenharia mecânica, da 
engenharia elétrica e da inteligência artificial. 
Por sua vez, como podemos definir o termo robô? Segundo dada pelo RIA 
(Robot Institute of America), em 1981, “um robô industrial é um manipulador 
reprogramável, multifuncional, projetado para mover materiais, peças, 
ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos variáveis programados 
para a realização de uma variedade de tarefas”. 
Segundo definição ampliada, fornecida em 2011 pela ISO 10218, “um robô 
industrial é uma máquina para manipulação, com vários graus de liberdade, 
controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter base 
fixa ou móvel para utilização em aplicações de automação industrial.” 
Em uma definição mais global, Mataríc (2017) emprega o termo robô da 
seguinte maneira: “Um robô é um sistema autônomo que existe no mundo físico, 
pode sentir o seu ambiente e pode agir sobre ele para alcançar alguns objetivos.” 
Note que dois verbos se destacam na definição: sentir e agir. Segundo 
Mataríc (2017), sentir o ambiente significa a utilização de sensores, ou seja, possui 
meio para perceber os sentidos básicos (ouvir, tocar, ver e cheirar) no intuito de 
obter informações. Por sua vez, o agir significa tomar medidas frente as 
informações sensoriais, contudo, essas ações devem ser coerentes. 
Segundo Santos (2015), 
o atual estado da arte de robôs industriais implica preponderantemente 
tarefas de controle de posicionamento e movimentação, que é ainda o 
principal objetivo desses mecanismos. Diversas capacidades de controle 
lógico de entrada e saída têm sido acrescentadas aos recentes robôs, 
assim como a possibilidade de comunicação, como em redes ethernet, 
 
 
5 
fieldbus ou conexões seriais (RS-232, RS-485 etc.). Quanto à forma de 
programação, observa-se o uso de scripts para acesso aos recursos de 
software disponíveis no robô. 
 Ainda, de acordo com Craig (2013), as principais características da robótica 
são: descrição de posição e orientação, a cinemática dos manipuladores, a 
velocidade dos movimentos do robô, o controle de força e, por fim, a programação 
do robô. 
Figura 1 – Conceitos básicos de um robô 
 
Crédito: Smile Ilustras. 
Por fim, pode-se citar algumas aplicações que vão além da utilização de 
braços robóticos, entre elas: carros autônomos; na medicina, com teleoperação e 
reabilitação por meio de próteses; entregas via drones; e sistemas de 
monitoramento militar aéreo.Figura 2 – Utilização na medicina 
 
Crédito: Zapp2photo/Shutterstock. 
 
 
6 
Figura 3 – Entrega de produtos via drone 
 
Crédito: Phoelixde/Shutterstock. 
TEMA 2 – COBOTS E SUA ABRANGÊNCIA 
 Resgatando a abordagem da robótica colaborativa, vislumbra-se um 
cenário mais interessante seja pela empregabilidade como também nas mais 
diversas práticas industriais. Para tanto, é de grande importância sabermos os 
respectivos conceitos, características e o entorno dessa tecnologia. 
2.1 O que são cobots? 
Frente à crescente demanda por customização em massa de produtos no 
mercado global, uma classe completamente nova de robôs apareceu 
recentemente, representando uma solução acessível para esse problema. 
Projetados para colaborar com segurança junto aos trabalhadores humanos, 
esses robôs estão apresentando novas oportunidades para automatizar 
parcialmente os processos de fabricação. 
Anteriormente, o uso de automação e robótica era uma proposta de tudo 
ou nada. Por esses motivos, o campo da robótica colaborativa está expandindo 
rapidamente sua gama de aplicações e de acordo com uma previsão de mercado 
publicada recentemente pela Loop Ventures, até o ano 2025 um em cada três 
robôs será usado para aplicações colaborativas. 
De acordo com Ferraguti (2019), os robôs colaborativos são um dos 
principais impulsionadores da indústria 4.0 e evoluíram consideravelmente desde 
as últimas décadas do século XX. Se comparados aos robôs industriais, os 
 
 
7 
colaborativos são mais produtivos, flexíveis, versáteis e seguros. Nos últimos 
anos, muitos produtores e startups de robôs industriais entraram no segmento de 
robôs colaborativos. Conforme pode ser visto na Figura 4, o contexto da respectiva 
tecnologia promove um equilíbrio bastante interessante, uma vez que erros que 
seriam gerados por humanos em dada atividade são dirimidos pela utilização do 
cobot e, ao mesmo tempo, não há um alto investimento inicial ou ainda a 
necessidade de automatizar todos os processos inerentes a uma linha de 
produção. 
Figura 4 – Proposta da robótica colaborativa 
 
 
Créditos: Tanakrid Prombut; Gorodenkoff; Jenson; Willyam Bradberry/Shutterstock. 
Segundo Zanchettin et al. (2018), estatísticas recentes também indicam 
que o mercado correspondente deve expandir-se a uma taxa de crescimento 
anual composta de quase 60%, atingindo US$12 bilhões nos próximos dez anos. 
Assim como os robôs tradicionais de mais de 40 anos atrás, os primeiros a adotar 
essa tecnologia foram os fabricantes de automóveis. No entanto, enquanto levou 
mais de 40 anos para os robôs tradicionais serem adotados em números 
significativos fora do setor automotivo, a robótica colaborativa já penetrou em 
outros setores desde a sua primeira aparição no mercado. 
Como o nome sugere, um robô colaborativo (cobot) é um robô projetado 
para colaborar com trabalhadores humanos. Nos trabalhos iniciais de pesquisa e 
 
 
8 
padronização, a ênfase principal estava na segurança, com o objetivo de permitir 
que os robôs trabalhassem ao lado de humanos. 
Conforme Østergaard (2018), ao desenvolver o primeiro cobot 
comercialmente bem-sucedido do mundo, percebeu-se que além da facilidade de 
programação, também seria necessária uma flexibilidade leve de design e 
implantação para que um robô fosse realmente colaborativo. A visão era 
desenvolver um robô que pudesse servir como ferramenta para os trabalhadores 
da fábrica. 
Figura 5 – Robô YuMi: o primeiro robô com dois braços verdadeiramente 
colaborativo do mundo 
 
Crédito: Mikedotta/Shutterstock. 
Figura 6 – Interatividade homem e robô colaborativo 
 
Crédito: Zapp2photo/Shutterstock. 
 
 
9 
2.2 Características do cobot 
Robôs colaborativos também podem ser chamados de robôs cooperativos, 
cobots ou assistentes robóticos. De acordo com Vysocky e Novak (2016), um robô 
destinado à cooperação com seres humanos não precisa ter um design 
estritamente diferente dos robôs industriais padrão que estão em conformidade 
com a norma de segurança ISO EN 10218. No entanto, o robô deve estar 
equipado com outros componentes de segurança. As recomendações para robôs 
colaborativos estão resumidas na especificação técnica ISO / TS 15066 (Robôs e 
dispositivos robóticos - robôs colaborativos). 
Conforme Østergaard (2018), CTO e cofundador da Universal Robots, os 
cobots possuem as seguintes características: 
• Segurança para as pessoas trabalharem ao redor - sem necessidade de 
cercas protetoras; 
• Simplicidade na programação, implantação e reimplantação; 
• Serve como ferramenta para operadores, não como dispositivos que 
substituem trabalhadores humanos; 
• Permite que as empresas mantenham o controle de seus próprios 
processos automatizados. 
Figura 7 – Avanço do nível de colaboração entre humano e robô 
 
Crédito: Smile Ilustras. 
De forma complementar, Vysocky e Novak (2016), trazem as vantagens 
que a respectiva tecnologia apresenta: 
 
 
10 
• Do ponto de vista socioeconômico, a implantação de robôs produz maior 
competitividade das empresas em comparação com países com mão de 
obra muito barata. Mesmo uma pequena empresa pode concentrar-se nas 
demandas dos clientes e oferecer um produto por um preço mais baixo. 
• A precisão de posicionamento repetível do robô e a operação contínua 
oferecem melhor qualidade e menores requisitos para pós-processamento 
e controle de qualidade. 
• O robô pode acelerar algumas operações e também ajustar-se a condições 
especiais, o que pode levar ao aumento da produção. 
• Limitar o trabalho desconfortável, repetitivo e tedioso resulta no 
levantamento da carga de seres humanos que, de outra forma, pode 
resultar em doenças ocupacionais. 
• Existe uma relação entre a carga sobre os trabalhadores e a ergonomia 
das operações. Melhorar o ambiente de trabalho pode levar à diminuição 
da quantidade de lesões ocupacionais. 
• Situações perigosas geralmente ocorrem devido à violação das regras de 
segurança e à simplificação dos procedimentos. Se houver uma tecnologia 
mais segura, o risco de ferimentos é menor. 
2.3 Cobots na indústria 4.0 
Os cobots representam uma tecnologia bastante aderente aos princípios 
da indústria 4.0, pois uma vez que são equipados com poderosos computadores 
de bordo, eles são interoperáveis e facilmente capazes de ingressar na Internet 
das Coisas (IoT) em qualquer ambiente de fábrica. Além disso, eles promovem a 
transparência das informações por meio de sua capacidade de coletar dados e 
repassá-los para outros sistemas para análise, modelagem e assim por diante. 
Por fim, eles fornecem assistência técnica no sentido de que apoiam fisicamente 
os seres humanos, realizando uma série de tarefas desagradáveis, exaustivas ou 
inseguras para seus colegas de trabalho humanos (Østergaard, 2018). 
Além disso, os cobots são produtos clássicos da indústria 4.0, pois são 
produtos digitais que continuam evoluindo por meio de atualizações de software 
e de sua própria programação. Eles até suportam modelos de negócios digitais 
(XaaS), a exemplo de empresas como a Hirebotics que aluga cobots por hora. 
Sem a necessidade de isolar sua área de trabalho, a integração de cobots 
nos espaços de trabalho humanos torna-se mais econômica e produtiva e abre 
 
 
11 
muitas aplicações possíveis nas indústrias. Na indústria 4.0, robôs e humanos 
trabalharão de mãos dadas, por assim dizer, em tarefas de interligação e usando 
interfaces homem-máquina com sensor inteligente. 
Segundo Bahrin et al. (2016), a utilização de robôs está em ascensão e 
visa a incluir várias funções, como produção, logística e gerenciamento de 
escritório (para distribuir documentos) que podem ser controlados remotamente. 
Na existência de qualquer eventualidade, o trabalhador receberá uma mensagem 
em seu telefone celular, que está vinculado a uma webcam, de modo que possa 
visualizar determinada ocorrência e dar instruções para que aprodução continue 
normalmente. Assim, a planta está operando 24 horas por dia, enquanto os 
trabalhadores estão lá apenas durante o dia. 
2.4 Abrangência dos cobots 
Os conceitos da indústria 4.0 promovem alto impacto e ampla gama de 
mudanças nos processos de fabricação, nos resultados e também nos modelos 
de negócios. Além disso, propiciam customização em massa, aumento de 
produtividade, flexibilidade e velocidade de produção, e melhoria na qualidade do 
produto. Essa customização em massa permitirá a produção de pequenos lotes 
devido à capacidade de configurar rapidamente as máquinas para se adaptarem 
às especificações fornecidas pelo cliente e à fabricação aditiva. Essa flexibilidade 
também incentiva a inovação, já que protótipos ou novos produtos podem ser 
produzidos rapidamente, sem necessidade de reformulação de ferramentas ou 
configuração de novas linhas de produção. Assim, é possível produzir um produto 
com muitas variantes, proporcionando diminuição no estoque (Boston Consulting 
Group, 2015). 
A velocidade com que um produto pode ser produzido também melhorou; 
os projetos digitais e a modelagem virtual do processo de fabricação reduzem o 
tempo entre o design de um produto e sua entrega. Na Alemanha, as cadeias de 
suprimentos orientadas a dados podem acelerar o processo de fabricação em 
cerca de 120% em termos de tempo necessário para entregar pedidos e em 70% 
no tempo necessário para colocar produtos no mercado (European Comission, 
2015). 
A utilização da robótica em aplicações industriais tem um impacto 
econômico substancial em que o aumento da produtividade pode impulsionar o 
crescimento econômico. Um estudo recente estima que esses benefícios 
 
 
12 
contribuirão com 78 bilhões de euros para o PIB alemão até 2025 (Hermann; Otto; 
Pentek, 2015). 
Outro viés de grande importância é o da acessibilidade, uma vez que os 
cobots têm desempenhado um papel importante ao permitir que empresas que 
talvez não tenham conseguido pagar por robôs industriais possam começar a 
automatizar seus processos. Além disso, por se tratar de dispositivos versáteis, 
fáceis de programar, pequenos, leves e acessíveis, os cobots estão sendo 
implantados nas pequenas e médias empresas no intuito de modernizar fábricas 
mais antigas, promovendo sua compatibilidade com a indústria 4.0. 
Por fim, com essa abrangência e simplicidade, os cobots ajudam as 
empresas em todos os lugares a se unirem com a mais recente onda de 
automação, mesmo que não estejam prontas para ir até o setor 4.0. 
Figura 8 – Alcance da tecnologia 
 
Crédito: Maxuser/Shutterstock. 
TEMA 3 – MANUFATURA ADITIVA: ASPECTOS GERAIS 
A manufatura é fundamental para a prosperidade da sociedade, tanto no 
intuito de atender as mais diversas necessidades quanto no de promover a 
qualidade de vida. O termo manufatura faz alusão a processos de fabricação, 
podendo estes serem enquadrados como convencionais ou não convencionais. 
Mediante novas necessidades frente a um contexto diferenciado, a manufatura 
aditiva ganhou força e merece grande atenção, pois essa tecnologia vai além das 
aplicações industriais. 
Dessa forma, caro aluno, seja você um gestor, empreendedor ou 
colaborador de dada empresa/indústria, é preciso vislumbrar novas oportunidades 
 
 
13 
de negócio ou ainda possíveis melhorias de processo que discorre dessa 
temática. 
3.1 Aspectos gerais da manufatura aditiva 
A manufatura aditiva (AM) é uma tecnologia que está desenvolvendo-se 
rapidamente e sendo integrada à manufatura e ao nosso dia a dia. Muitas pessoas 
ouviram falar de seu surgimento no mundo comercial, embora ele tenha sido 
rotulado por nomes diferentes, como impressão tridimensional (3-D), prototipagem 
rápida (RP), fabricação em camadas (LM) e fabricação de forma livre sólida (SFF) 
(Bandyopadhyay; Bose, 2016). 
Como a AM é uma tecnologia relativamente jovem, quase não houve 
esforços de padronização por muitos anos além de alguns trabalhos preliminares 
na Alemanha, no início dos anos 90. Em 2007, uma recomendação especial 
dedicada à RP foi criada sob a supervisão da Sociedade Alemã de Engenheiros 
Mecânicos e publicada no outono de 2008. A partir de 2009, a Sociedade 
Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME), em cooperação com a Sociedade 
Americana de Testes e Materiais (ASTM), iniciou o desenvolvimento de seus 
próprios procedimentos de padronização. 
No outono de 2009, surgiu o comitê F42 de Manufatura Aditiva (subcomitê 
F42.91 de Terminologia), também chamado de Terminologia Padrão para 
Tecnologias de Manufatura Aditiva. Entre outras definições, o nome manufatura 
aditiva foi definido por esse comitê. Como sempre, leva tempo até que termos 
recém-definidos sejam geralmente aceitos. Uma grande variedade de termos 
diferentes, aumentada por nomes de marcas e termos conduzidos pela empresa, 
ainda está em uso, às vezes até em competição entre si (Gebhardt, 2011). 
Contextualizando a referida tecnologia, dois pontos norteadores se fazem 
presentes: competitividade e complexidade. Tais premissas têm exigido das 
empresas diversas alterações no Processo de Desenvolvimento de Produtos 
(PDP), a fim de reduzir o tempo envolvido e aumentar a qualidade dos produtos 
com o objetivo de promover maior competitividade. Essas alterações envolvem os 
aspectos de gestão e a utilização de novas técnicas e ferramentas para projeto, 
além de habilidades para identificar as necessidades dos clientes (Volpato; 
Carvalho, 2018). 
 
 
14 
Figura 9 – Máquina de impressão 3-D 
Crédito: Blackday/Shutterstock. 
De forma a contemplar uma visão global da manufatura aditiva, 
previamente aos seus conceitos, tem-se o Quadro 1, a seguir: 
Quadro 1 – Definição de níveis de aplicação e tecnologia 
Fonte: Gebhardt, 2011. 
 
 
15 
Saiba mais 
Durante este tema será dada uma especial atenção ao processo de 
prototipagem rápida (ou Rapid Prototyping). Para a outra vertente de aplicação 
(Rapid Manufacturing), recomenda-se a leitura do seguinte artigo: 
• LEVY, N. G.; SCHINDEL, R.; KRUTH, J. P. Rapid Manufacturing and Rapid 
Tooling With Layer Manufacturing (LM) Technologies, State Of The Art And Future 
Perspectives. CIRP Annals, 2003 – Elsevier. 
3.2 Manufatura aditiva: conceitos 
Segundo Volpato e Carvalho (2018), os principais processos de fabricação 
possuem princípios baseados na moldagem do material, caracterizado pela fusão 
ou não (moldagem por injeção de plástico), pela remoção de material como ocorre 
em processos clássicos como o fresamento e o torneamento, ou pela 
conformação do material que objetiva gerar a geometria final pela deformação 
plástica como a laminação e o forjamento. Outros dois processos bastante 
tradicionais têm a união de componentes por meio, por exemplo, da soldagem e 
da divisão de componentes pelos procedimentos que envolvem cortes. 
No final da década de 1980, um novo princípio de fabricação baseado na 
adição de material foi apresentado, sendo este denominado manufatura aditiva ou 
impressão 3-D. De acordo com Prado, Mattos e Rodrigues (2019), a origem dos 
princípios básicos dessa tecnologia remonta de tempos muitos distantes, quando 
os egípcios já empregavam a técnica de construção por sobreposição de 
camadas, utilizando blocos que eram empilhados em camadas sucessivas para 
construírem suas pirâmides. 
A manufatura aditiva, segundo Volpato e Carvalho (2018), consiste em um 
processo de fabricação por meio de adição sucessiva de material na forma de 
camadas, com informações obtidas diretamente de uma representação 
geométrica computacional 3-D do componente originado, geralmente de um 
sistema CAD. Por sua vez, Srivatsan e Sudarshan (2016) definem que a 
manufatura aditiva pode ser descrita como o processo de união ou adição de 
materiais com o objetivo principal de criar objetos com base em dados de modelos 
tridimensionais (3-D) usando o princípio de camada por camada. As tecnologias 
de fabricaçãode camadas (LM) são conhecidas entre as comunidades científica 
e de engenharia como fabricação rápida ou prototipagem rápida (RP). 
 
 
16 
Figura 10 – Impressão 3-D de motor de avião 
 
Crédito: Chesky/Shutterstock. 
O processo de construção é totalmente automatizado e possui tempo 
reduzido se comparado aos processos tradicionais. Em geral, a manufatura aditiva 
apresenta sete categorias: VAT photopolymerisation, FDM, Material Jetting, 
Binder Jetting, Powder Bed Fusion, Sheet Laminatiton e Directed Energy 
Deposition. 
Saiba mais 
Para mais detalhes sobre esses processos, acesse o artigo: 
 • JUNIOR, G. B. M.; COSTA, C. A. Manufatura aditiva aplicada na 
fabricação de insertos para moldes de injeção termoplásticos. Scientia cum 
Industria, 2019. 
 
TEMA 4 – MANUFATURA ADITIVA: O PROCESSO 
Tendo ciência do conceito da manufatura aditiva bem como das diferentes 
categorias, é de grande valia identificarmos cada uma das etapas do processo e 
suas respectivas vantagens e limitações. 
4.1 Etapas do processo 
Tendo como base que esse processo aditivo permite fabricar componentes 
físicos a partir de diversos materiais, formas e princípios diferentes, imagina-se 
 
 
17 
certa complexidade no manejo de cada uma das etapas. No entanto, o processo 
como um todo é automatizado e relativamente mais rápido se comparado aos 
meios tradicionais de fabricação. 
De acordo com Volpato e Carvalho (2018), o processo inicia-se com o 
modelo 3-D da peça sendo fatiado eletronicamente com o objetivo de determinar 
as curvas de nível 2-D, nas quais será ou não adicionado material. Na sequência, 
a peça física é gerada por meio de empilhamento e adesão das respectivas 
camadas, partindo da base da peça até o seu topo. De forma mais específica, 
pode-se definir o processo em cinco etapas: 
• Modelagem tridimensional no intuito de gerar o modelo geométrico 3-D. 
• Obtenção do modelo geométrico 3-D em formato específico, geralmente, 
conforme o padrão STL (STereoLithography) ou AMF (additive 
manufacturing format). 
• Fatiamento, definição de estruturas de suporte e consequente estratégia 
para deposição de material. 
• Fabricação da peça em equipamento de AM. 
• Pós-processamento. 
Figura 11 – Etapas da manufatura aditiva 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
 
 
 
 
18 
4.2 Vantagens da manufatura aditiva 
A seguir, podermos observar as vantagens do referido processo: 
• Não apresenta restrição de design. Tal fato gera diversas oportunidades 
em termos de projeto, uma vez que é possível reduzir o número de peças 
nas montagens por meio da integração das funções. 
• Trata-se de um processo único do início ao fim, que pode fazer a peça 
inteira e não requer várias máquinas ou processos. 
• Redução no custo de produção e no desperdício de matéria-prima por se 
tratar de uma técnica aditiva. 
• Se for constatado que o design que está sendo produzido possui uma falha, 
ou se houver algo que possa ser alterado para otimizar seu uso, ele poderá 
ser alterado instantaneamente. 
• Produção sob demanda. 
4.3 Limitações da manufatura aditiva 
Agora, vamos observar as respectivas limitações: 
• O pós-processamento é necessário para o acabamento ideal da superfície. 
• Taxas de produção mais lentas para fabricação de alto volume. 
• É necessário um grande investimento de capital para a obtenção de 
impressoras 3-D de ponta. 
• Problemas como distorções e empenamento do material devido à natureza 
térmica/química do princípio de adesão selecionado. 
• Restrições de material e tamanho. 
Saiba mais 
Para verificar mais detalhes, entre eles as possíveis aplicações de 
manufatura aditiva, recomenda-se a leitura do capítulo 1 do livro a seguir: 
 • VOLPATO, N.; CARVALHO, J. Manufatura Aditiva – Tecnologias e 
aplicações da impressão 3-D. São Paulo: Blucher, 2018. 
 
 
 
 
19 
TEMA 5 – ESTUDO DE CASO 
Para finalizar esta aula, trazendo o aspecto prático, que é o objetivo de um 
curso de especialização, tem-se um estudo de caso bastante interessante que 
trata da evolução digital na aplicação de cirurgia craniana. Questiona-se aqui 
como a cirurgia craniana pode estar atrelada a alguma das tecnologias 
mencionadas durante a aula. Pois bem, acompanhe o conteúdo a seguir e você 
obterá a resposta. 
• Contextualização: Da cirurgia facial reconstrutiva complexa à cirurgia 
ortopédica e de trauma, os avanços na manufatura aditiva inspiraram 
cirurgiões a cada vez mais encomendarem implantes específicos para 
pacientes (PSIs) impressos em 3-D e guias de corte para procedimentos 
complexos e diretos. 
• Motivação: Diversos estudos de caso fornecem evidências convincentes 
de que os cirurgiões que adotam essa tecnologia em relação aos implantes 
padrão ou tradicionalmente fabricados estão fornecendo, de forma 
consistente, resultados melhores e mais previsíveis em termos de 
segurança e satisfação do paciente, além de eficiência e economia 
hospitalar. 
• Exemplo prévio: Os hospitais do NHS do Reino Unido, em busca de 
melhor qualidade e eficiência, usaram modelos anatômicos, guias e 
implantes impressos em 3-D para melhorar previsibilidade, precisão, 
segurança e velocidade das operações. 
Figura 12 – Reconstrução das costelas localizada no peito de paciente 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
20 
• Ramo industrial: Medicina e saúde. 
• Demanda médica: O paciente necessitou de uma craniectomia para 
retirada de tumor e de uma cranioplastia para reconstruir o crânio. 
• Demanda industrial: Fabricar as peças em máquina de impressão 3-D, 
em titânio, conforme especificação do neurocirurgião. 
• Conclusão: Como a segurança é a principal prioridade, o fornecimento de 
uma guia de corte predefinida e do implante correspondente ajudou a 
eliminar todo o risco que possa advir do trabalho à mão livre durante p 
procedimento. A satisfação do paciente também era uma prioridade e a 
precisão do PSI permitiu ao cirurgião fornecer a qualidade estética 
necessária. Assim como nos procedimentos de reconstrução facial mais 
complexos, o poder do design específico do paciente forneceu dimensões 
adicionais de consistência e previsibilidade. Nenhum ajuste foi necessário 
durante a cirurgia. O uso da guia de corte e implante impressos em 3-D 
economizou aproximadamente 30% do tempo necessário para esse tipo de 
cirurgia. Além disso, tempos de cirurgia mais curtos podem ajudar a reduzir 
o risco de infecção, acelerar a recuperação do paciente e propiciar mais 
produtividade. 
 
 
21 
REFERÊNCIAS 
ASL, M. I. et al. Autonomous Robots for Agricultural Tasks and Farm Assignment 
and Future Trends in Agro Robots. International Journal of Mechanical & 
Mechatronics Engineering IJMME-IJENS, v. 13, n. 3, 2013. 
BAHRIN, M.; OTHMAN, F.; AZLI, N.; TALIB, M. Industry 4.0: A review on industrial 
automation and robotic. Journal Teknologi, 2016. 
BANDYOPADHYAY, A.; BOSE, S. Additive Manufacturing. CRC Press, 2016. 
BOSTON CONSULTING GROUP. Industry 4.0: The Future of Productivity and 
Growth in Manufacturing Industries, 2015. 
CRAIG, J. Robótica. 3 ed. São Paulo: Pearson, 2013. 
EUROPEAN COMISSION. Digital Transformation of European Industry and 
Enterprises – report from the Strategic Policy Forum on Digital Entrepreneurship, 
2015. 
FERRAGUTI, F. et al. A Methodology for Comparative Analysis of 
Collaborative Robots for Industry 4.0. IEEE, 2019. 
GEBHARDT, A. Understanding Additive Manufacturing. Hanser, 2011. 
HERMANN, M.; OTTO, B.; PENTEK, T. Design Principles for Industrie 4.0 
Scenarios: A Literature Review, 2015. 
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO/TS 15066: 
2016 – Robots and robotic devices – Collaborative robots. Genebra, 2016. 
JUNIOR, G. B. M.; COSTA, C. A. Manufatura aditiva aplicada na fabricação de 
insertos para moldes de injeção termoplásticos. Scientia cum Industria, 2019. 
LEVY, N. G.; SCHINDEL, R.; KRUTH, J. P. Rapid Manufacturing And Rapid 
ToolingWith Layer Manufacturing (LM) Technologies, State Of The Art And Future 
Perspectives. CIRP Annals, 2003. 
MATARÍC, M. J. Introdução à Robótica. São Paulo: Unesp/Blucher, 2017. 
METAL AM. Hospital reconstructs patient’s chest using titanium Additive 
Manufacturing. Disponível em: <https://www.metal-am.com/hospital-
reconstructs-patients-chest-using-titanium-additive-manufacturing/>. Acesso em: 
04 mar. 2020. 
 
 
22 
ØSTERGAARD, E. H. The Role of Cobots in Industry 4.0. Universal Robots, 
2018. 
PRADO, A. N.; MATTOS, E. C. A.; RODRIGUES, F. S. Manufatura Aditiva: 
conceitos, aplicações e impactos na gestão. III Encontro Internacional de Gestão, 
Desenvolvimento e Inovação, 2019. 
RENISHAW. Digital evolution of cranial surgery, 2017. 
ROSÁRIO, J. M. Princípios de Mecatrônica. São Paulo: Prentice Hall, 2005. 
SANTOS, W. E.; GORGULHO JR, J. H. C. Robótica Industrial: Fundamentos, 
Tecnologias, Programa e Simulação. São Paulo: Érica, 2015. 
SRIVATSAN, T. S.; SUDARSHAN, T. S. Additive Manufacturing: Innovations, 
Advances, and Applications. CRC Press, 2016. 
VAN DER AALST, W. M. P.; BICHLER, M.; HEINZL, A. Robotic Process 
Automation. Business & Information Systems Engineering, v. 60, 2018. 
VOLPATO, N.; CARVALHO, J. Manufatura Aditiva – Tecnologias e aplicações 
da impressão 3-D. São Paulo: Blucher, 2018. 
VYSOCKY, A; NOVAK, P. Human - Robot collaboration in industry. MM Science 
Journal, 2016. 
ZANCHETTIN et al. Collaborative Robots in the Workplace. IEEE Robotics & 
Automation Magazine, 2018.

Continue navegando

Outros materiais