Desafios da prototipagem rápida e como a utilização da manufatura aditiva pode impactar diretamente nos custos operacionais da indústria.

Abstract

A manufatura aditiva representa um avanço significativo nos processos de fabricação, com a prototipagem rápida destacando-se como uma aplicação fundamental para acelerar a inovação na engenharia. Este trabalho aborda os desafios da prototipagem rápida por Modelagem por Fusão e Deposição (FDM) e analisa como a sua utilização pode impactar positivamente os custos operacionais na indústria, em comparação com métodos tradicionais como a usinagem. O objetivo geral é motivar o uso da impressão 3D no processo de desenvolvimento do produto, avaliando alternativas para superar desafios práticos como tolerâncias dimensionais, acabamento superficial e não conformidade dimensional. A metodologia baseou-se em um estudo de caso real de desenvolvimento de um sistema de acoplamento eletromecânico para a indústria aeronáutica. Utilizou-se a impressora Creality K1 C, filamento ABS e os softwares CATIA V5 e Creality Print, dividindo-se o estudo em duas fases, onde se realizou uma calibração dos parâmetros de impressão na primeira fase, enquanto na segunda foi feita a impressão e validação funcional do protótipo, analisando estratégias de posicionamento, uso de suportes e ajustes de tolerância dimensional. A análise de impressão do protótipo demonstrou que a orientação da peça afeta diretamente o tempo de fabricação, mas a otimização desses fatores pode comprometer a qualidade de encaixes críticos. Um teste de tolerância específico determinou a necessidade de uma folga de 0,4 milímetros, que aplicada ao modelo 3D, resultou em um protótipo funcional com encaixe estável. O estudo concluiu que a tecnologia FDM é uma ferramenta eficaz e de baixo custo para o ciclo de desenvolvimento de produtos. Embora apresente limitações no acabamento superficial, ela proporciona agilidade nas revisões de projeto, permitindo a identificação de melhorias e a mitigação de riscos antes da manufatura final, validando seu impacto positivo na redução de custos operacionais.

Additive manufacturing represents a significant advancement in manufacturing processes, with rapid prototyping standing out as a fundamental application for accelerating engineering innovation. This research addresses the challenges of rapid prototyping using Fused Deposition Modeling (FDM) and analyzes how its utilization can positively impact operational costs in industry, in comparison with traditional methods such as machining. The general objective is to motivate the use of 3D printing in the product development process, evaluating alternatives to overcome practical challenges such as dimensional tolerances, surface finish, and dimensional non conformity. The methodology was based on a real-world case study involving the development of an electromechanical coupling system for the aerospace industry. The study utilized the Creality K1 C printer, ABS filament, and CATIA V5 and Creality Print software. The study was divided into two phases: the first phase involved the calibration of printing parameters, while the second phase focused on the printing and functional validation of the prototype, analyzing positioning strategies, support usage, and dimensional tolerance adjustments. The prototype printing analysis demonstrated that part orientation directly affects manufacturing time, but optimizing these factors can compromise the quality of critical fits. A specific tolerance test determined the need for a 0,4 millimeter clearance, which, when applied to the 3D model, resulted in a functional prototype with a stable fit. The study concluded that FDM technology is an effective and low-cost tool for the product development cycle. Although it presents limitations in surface finish, it provides agility in design revisions, allowing for the identification of improvements and risk mitigation before final manufacturing, thus validating its positive impact on reducing operational costs.