Fabricação metamórfica: metalurgia mais sustentável

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  Previsão Quantumrun
• 18 de outubro de 2023

Resumo do insight

A ferraria robótica, também conhecida como manufatura metamórfica, utiliza algoritmos avançados e aprendizado de máquina para moldar metal com alta precisão, oferecendo uma alternativa mais sustentável na fabricação de metal. A tecnologia aquece e molda metal sem fundição ou usinagem, imitando de perto a ferraria humana, mas com maior eficiência e precisão. Em comparação com métodos tradicionais como a usinagem CNC, que pode desperdiçar até 90% do material, ou a impressão 3D, que tem limitações na resistência do material, a ferraria robótica gera menos desperdício e pode produzir componentes mais fortes e resistentes ao calor. 

Contexto de ferraria robótica

A fabricação metamórfica, também conhecida como ferraria robótica, permite que as máquinas modelem e moldem metal sem fundição ou usinagem. Tal como os ferreiros humanos, os homólogos mecânicos moldam repetidamente o metal até atingir a forma desejada, utilizando sensores para descodificar a forma de cada peça, lasers para aquecer o metal e uma prensa com ferramentas intercambiáveis ​​para aplicar força nas áreas necessárias. Alterando lentamente a forma do metal e usando o calor conforme necessário, o ferreiro robótico pode atingir a microestrutura desejada sem adicionar ou subtrair nada do material original.

Uma equipe de estudantes de graduação da Ohio State University apresentou esta técnica de usinagem como parte de um desafio apresentado pela Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT), uma organização financiada pelo governo. Eles aprimoraram uma fresadora controlada por computador com hardware e software, permitindo-lhe realizar deformações controladas. O professor de Ciência e Engenharia de Materiais Glenn Daehn descreve a manufatura metamórfica como a terceira onda de manufatura. 

A primeira onda, conhecida como manufatura controlada numérica por computador (também chamada de usinagem CNC ou manufatura subtrativa), é considerada um desperdício e demorada, pois apenas uma fração do material é utilizada. Na verdade, até 90% de um bloco de metal pode ser removido. A segunda onda, que envolve impressão 3D ou manufatura aditiva, também gera resíduos. Além disso, o custo das matérias-primas, como pós metálicos e equipamentos, pode ser uma barreira à entrada.

Impacto disruptivo

Cada método de fabricação tem suas vantagens e desvantagens potenciais. Embora a impressão 3D tenha beneficiado enormemente os fabricantes, ela tem algumas limitações. Os objetos criados através da fabricação aditiva são normalmente mais fracos e mais propensos à deformação sob altas temperaturas. Além disso, é impossível modificar a microestrutura dos objetos metálicos produzidos por impressão 3D, pois o produto final é construído camada por camada. Os ferreiros humanos não podem trabalhar XNUMX horas por dia, criar peças idênticas com precisão ou fabricar componentes em escala grande o suficiente para uso em aviões ou espaçonaves.

Em contraste, a ferraria robótica pode criar peças vitais com temperaturas de deflexão térmica mais elevadas sem a necessidade de materiais especialmente adaptados, como a impressão 3D. A manipulação repetida do metal pode alcançar as propriedades desejadas no produto final, como o revenido do aço para aumentar sua resiliência. Este método gera menos resíduos, pois não envolve a remoção de nenhum material. Além disso, como isso é feito por robôs, o processo pode operar continuamente, produzindo objetos grandes em uma peça sólida, sem a necessidade de soldar ou aparafusar várias peças, reduzindo o risco de pontos fracos. Consequentemente, está se tornando uma alternativa viável para muitas das atuais tecnologias de usinagem em uso.

Implicações da ferraria robótica

Implicações mais amplas da ferraria robótica podem incluir: 

• Custos mais baixos e lucros mais elevados para empresas envolvidas em ferraria robótica. Esta tendência também poderá criar novas oportunidades de emprego para indivíduos com competências em robótica e automação.
• Redução dos custos laborais e diminuição da procura de ferreiros humanos, levando a potenciais perdas de emprego e mudanças no mercado de trabalho.
• A redução da procura de ferreiros humanos conduz ao declínio das competências e conhecimentos tradicionais da ferraria, conduzindo potencialmente à perda do património cultural nas cidades industriais.
• Tempos de entrega de fabricação mais rápidos e maior produção. 
• Menos lesões e acidentes de trabalho, resultando em condições de trabalho mais seguras para os funcionários.
• Aumento do investimento na investigação e desenvolvimento da indústria transformadora, conduzindo potencialmente a um aumento das despesas governamentais e a mudanças nas prioridades de investigação.
• A mudança para a automação e a robótica exige a reconversão profissional dos trabalhadores das indústrias afetadas por estas mudanças, o que poderá conduzir a custos adicionais para as empresas e os governos.

Questões a considerar

• Quais são algumas possíveis desvantagens ou limitações da ferraria robótica?
• Que outras indústrias poderiam beneficiar da utilização de robôs na produção?