Uma versão deste artigo foi publicada originalmente na Forbes.
A tecnologia FDM já provou que é capaz de fabricar a peça. A questão mais complexa no chão de fábrica atual é se é possível comprovar que todas as peças que saem da impressora atenderão aos requisitos, serão aprovadas na certificação e ainda farão sentido do ponto de vista econômico. Responder a essa pergunta digitalmente é a função do software de simulação FDM, e isso só funciona se a simulação compreender como a peça é realmente impressa.
Este artigo analisa por que a qualificação de peças impressas é tão cara, por que a simulação de uso geral não leva em conta o que é essencial na FDM e o que os líderes de manufatura podem fazer agora para transferir as peças do laboratório de prototipagem para uma produção confiável.
De acordo com a Wohlers Associates, a receita global da manufatura aditiva atingiu US$ 24,2 bilhões em 2025, uma taxa de crescimento de 10,9%. Trata-se de um ligeiro aumento em relação a 2024, mas ainda bem abaixo das taxas superiores a 20% registradas pelo setor antes da pandemia. O sinal mais revelador é a origem desse crescimento: os serviços de impressão, ou seja, as empresas que realmente produzem peças, agora representam 48% da receita do setor e cresceram 15,5%, enquanto as vendas de sistemas cresceram 3,6%.
O valor está se deslocando para a produção. O próximo capítulo do setor depende menos da venda de mais impressoras e mais da confiança nas peças que essas impressoras fabricam.
Para aplicações em que a segurança é fundamental, a confiança tem um custo inerente ao próprio projeto. O NIST observa que a qualificação completa de um material por meio de testes empíricos extensivos geralmente requer muitos milhares de testes individuais, milhões de dólares e de 5 a 15 anos. Diante desse fardo, muitos fabricantes mantêm a impressão aditiva restrita ao laboratório de prototipagem, onde os erros têm custo baixo e ninguém faz perguntas difíceis sobre o histórico de uma peça.
As impressoras raramente são o gargalo. Os sistemas FDM modernos são mais capazes do que os fluxos de trabalho que os cercam. Uma produção confiável exige que cada etapa informe a seguinte: projeto, definição do processo, construção, inspeção, desempenho e custo. Na maioria das organizações, essas etapas ocorrem em ferramentas separadas, e cada transferência entre elas é um ponto onde a confiança se esvai.
A simulação é um exemplo claro. Se você simular uma peça FDM sem conhecer seu percurso de ferramenta real, estará prevendo o comportamento de uma peça que talvez nunca venha a ser fabricada. Quando não se pode confiar nos modelos digitais, a única alternativa é recorrer a testes físicos lentos e destrutivos ou projetar a peça de forma exagerada para compensar o que a simulação não consegue prever.
Na usinagem convencional, uma peça começa como um lingote certificado, e suas propriedades de material são gerenciadas separadamente de sua geometria. A manufatura aditiva funciona de maneira diferente. O material é criado no mesmo momento em que a geometria, e a trajetória da ferramenta é o que cria ambos.
O programa de testes físicos da Novineer, que já realizou mais de 700 testes a caminho de uma validação de 1.500 testes, mostra o quanto isso é importante. Duas peças com geometria e matéria-prima idênticas, impressas na mesma máquina e carregadas da mesma forma, podem apresentar diferenças de deflexão de até seis vezes, apenas com base na trajetória da ferramenta usada para preenchê-las. Qualquer simulação que separe o processo do material estará estruturalmente incorreta.
Uma maneira de visualizar isso: uma peça impressa tem uma anatomia (sua geometria) e uma fisiologia (seu material). Ela também possui um sistema nervoso, a trajetória da ferramenta, que define como a peça é formada camada por camada e, juntamente com seu histórico térmico, como ela se comporta sob carga. É por isso que a simulação da trajetória da ferramenta é muito mais importante para o FDM do que a análise baseada apenas na geometria.
Quando modelos de simulação validados por meio de testes físicos são vinculados à trajetória real da ferramenta e ao registro de construção, as evidências são transferidas de uma peça para a outra. A qualificação passa a ser um ativo que se acumula, em vez de um custo que se repete toda vez que um parâmetro é alterado.
O NoviPath foi desenvolvido pela Novineer para preencher essa lacuna para os usuários da Stratasys. Em vez de simular um sólido idealizado, ele simula a peça exatamente como ela será impressa, utilizando o percurso real da ferramenta, a orientação das camadas, o material e os dados da impressora transmitidos diretamente do GrabCAD Print Pro, sem necessidade de exportação.
O fluxo de trabalho envolve quatro etapas: abrir o trabalho no GrabCAD Print Pro, que repassa à NoviPath os dados de geometria, trajetória da ferramenta, material e impressora; aplicar cargas pontuais, cargas de área e restrições de fixação; resolver, com o NoviPath mapeando a orientação do filamento, que varia localmente, na peça em questão de minutos; e, em seguida, analisar pontos críticos de tensão, deslocamento e o ponto de falha previsto em um relatório automatizado.
Resultados validados por meio de testes destrutivos em bancada:
O NoviPath é compatível com as impressoras Stratasys F900, Fortus 450mc e F3300, com parâmetros pré-validados para ULTEM 9085, Antero 800NA e FDM Nylon 12CF. Ele já está disponível como uma atualização para clientes do GrabCAD Print Pro, e não é necessário cartão de crédito para iniciar um período de teste.
Para um guia mais detalhado sobre o método, leia nossa postagem anterior sobre simulação de manufatura aditiva para FDM.
Para os líderes da indústria que estão avaliando a impressão 3D para produção, três prioridades se destacam:
A produção não tolerará peças sem histórico. Mais cedo ou mais tarde, um cliente solicitará o registro por trás de uma peça. A questão é se você terá um para lhe entregar.
O software de simulação FDM prevê como uma peça fabricada com modelagem por deposição fundida se comportará sob carga antes de ser impressa. As ferramentas mais precisas utilizam o percurso real da ferramenta e os dados reais do material, pois as peças FDM se comportam de maneira diferente dependendo de como o material é depositado.
Ferramentas gerais de análise de elementos finitos (FEA), como o ANSYS e o Abaqus, simulam a peça como um sólido homogêneo, de modo que a trajetória da ferramenta nunca é incorporada ao modelo. O NoviPath implementa a trajetória real da ferramenta do GrabCAD Print Pro e mapeia a orientação do filamento, que varia localmente, na peça, de modo que a rigidez e a resistência de cada região sigam a forma como o material foi depositado. Os dados são transferidos diretamente do GrabCAD Print Pro.
No FDM, o percurso da ferramenta determina como o material é depositado, o que afeta diretamente a resistência e a rigidez. Peças com geometria idêntica podem apresentar desempenho muito diferente dependendo de seu percurso da ferramenta; portanto, a simulação baseada no percurso real da ferramenta oferece previsões muito mais confiáveis do que a análise baseada apenas na geometria.
A simulação validada por meio de testes físicos permite que os engenheiros verifiquem os requisitos estruturais digitalmente primeiro, reduzindo os ciclos de testes físicos e reservando os testes destrutivos para a certificação final. Ela também reduz o excesso de dimensionamento, já que as equipes não precisam mais aumentar a espessura das paredes e o preenchimento para compensar incertezas.
Você precisa de uma assinatura ativa do GrabCAD Print Pro e de uma impressora FDM da Stratasys compatível (F900, Fortus 450mc ou F3300) para gerar exportações de trajetórias de ferramenta compatíveis. Você pode iniciar um período de teste sem precisar de cartão de crédito.
Experimente o NoviPath com o GrabCAD Print Pro e descubra onde sua peça irá falhar e sob qual carga, antes mesmo de chegar à placa de impressão. Inscreva-se para um teste gratuito
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