Baixe Prototipagem Rápida - Uma nova ferramenta no Desenvolvimento do Produto e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity!
PROTOTIPAGEM RÁPIDA: UMA NOVA FERRAMENTA NO
DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO
Gabriele Nascimento de Oliveira (gabriele_eng.prod@yahoo.com.br) 1 Magno Diego Pereira Costa (magno2006_diego@yahoo.com.br) 2 Samanda Marques de Almeida Costa (samanda.markes@hotmail.com) 3 Prof. MSc. Nilson Rodrigues da Silva (nilson.rodrigues@aedb.br) 4
RESUMO
Esse artigo tem por objetivo apresentar e divulgar uma tecnologia em crescimento e que vem de encontro às aspirações do Engenheiro do Produto: a Prototipagem Rápida. Além disso, mostrar como esse assunto ainda é incipiente na maioria das universidades e empresas. Essa tecnologia permite reduzir o tempo despendido no Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) e identificar precocemente os problemas de projeto, de montagem e do processo de fabricação, evitando os altos custos na correção e atraso, devido à ocorrência de um eventual problema em uma fase avançada do projeto. Para que fosse possível alcançar o objetivo de identificar quão conhecidas são as vantagens e desvantagens dessa tecnologia nos meios acadêmico e industrial da região sul fluminense, foi realizada uma pesquisa com alunos do primeiro ao último ano de engenharia, bem como com engenheiros graduados atuantes nas empresas da região.
Palavras-Chave: Prototipagem Rápida. Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP). Custos. Estudantes de Engenharia. Engenheiros.
(^1) Graduando 5º Ano de Engenharia de Produção Automotiva – Faculdade de Engenharia de Resende (^2) Graduando 5º Ano de Engenharia de Produção Automotiva – Faculdade de Engenharia de Resende (^3) Graduando 5º Ano de Engenharia de Produção Automotiva – Faculdade de Engenharia de Resende (^4) Coordenador dos cursos de Graduação Gestão da Produção Industrial, Pós Graduação em Engenharia da Qualidade e Pós Graduação em Gerenciamento Produção Automotiva na Associação Educacional Dom Bosco
1 INTRODUÇÃO
Segundo Kotler (2000), diante das mudanças tecnológicas e o aumento da concorrência no mercado atual, as empresas estão buscando desenvolver novos produtos para se adequarem a tal situação e às mudanças de necessidades dos clientes. Além disso, ser capaz de lançar um novo produto em um período mais curto torna-se uma vantagem competitiva. A Prototipagem Rápida apresenta cada vez mais resultados significativos, vindo de encontro à necessidade do engenheiro do produto, na execução das alterações no projeto nas fases iniciais, caso necessário, sem demandar de grandes recursos. Essa ferramenta, amplamente difundida em países desenvolvidos, vem apresentando um crescimento de sua aplicação em países emergentes como o Brasil, porém sua utilização ainda é pequena por ser uma tecnologia relativamente nova. Uma das maiores empresas de impressora 3D no Brasil, a Robtec, que foi recentemente comprada pela 3D Systems, uma das maiores empresas mundiais do ramo, possui diversos clientes do segmento corporativo como Embraer, GM, Volkswagen, Ford, Fiat, Renault, PSA, Visteon, Mercedes, Honda, Toyota, Whirlpool, Submarino e Saraiva. No meio acadêmico, algumas das maiores universidades brasileiras como FEI, USP e Unicamp investiram em laboratórios de Prototipagem Rápida, que auxiliam o estudante de Engenharia a visualizar diversos aspectos como custos, viabilidade e analisar os resultados encontrados para definir qual melhor tipo, e qual a aplicação que cada máquina apresenta melhores resultados no desenvolvimento de um produto.
2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
2.1 Fundamentos do Processo No âmbito do desenvolvimento de produtos, os empresários encontram questões que causam preocupação, tais como: desafios no gerenciamento de capital disponível, do potencial intelectual, bem como gerenciamento estratégico de projetos e tomada de decisão quanto aos investimentos, dentre outros. A empresa
que seus custos sejam especificados. Nesta etapa, pode ser dado o início da construção de modelos físicos, conhecidos como mockup para a avaliação de estilo, layout e roteirização. Também nessa fase também é feito um estudo de viabilidades, que é uma etapa importante no desenvolvimento de um projeto. Nela se estabelece a formação do problema e se obtém as soluções adequadas. c) Engenharia do Produto: é composto pela transformação das informações geradas na fase anterior em desenhos e normas, ou seja, a transformação das informações geradas no Conceito e Planejamento do Produto em um projeto específico e detalhado do produto, com dimensões e características reais, envolvendo a criação de protótipos e realização de testes.
Ainda, de acordo com Consoni e Carvalho (2002):
d) Engenharia do processo: é a etapa onde se estabelece a ligação entre o conceito do produto e a fábrica; toda a informação acumulada sobre o produto é convertida em informações sobre ferramentas, equipamentos, softwares utilizados na produção, qualificação requerida dos trabalhadores, procedimentos padrões de operação que serão empregados durante as etapas de produção.
E segundo Daniel Jugend (2006):
e) Produção Piloto: consiste em produzir um pequeno lote do produto em condições normais de operação na fábrica, para que assim sejam feitos acertos finais de fabricação, testes e homologação. f) Produção: introduzir os produtos no mercado, de forma a iniciar a produção em pequenos volumes, aumentando-os conforme o crescimento das vendas
2.3 A Finalidade dos Protótipos no Desenvolvimento do Produto Com a necessidade de se atingir o mercado consumidor, que deseja formas mais harmoniosas, ou mesmo na fabricação de itens para as indústrias que utilizam um alto grau de complexidade geométrica em seus produtos, como por exemplo, a indústria aeronáutica, automotiva ou de moldes e matrizes, um intensivo avanço tecnológico nos processos de desenvolvimento de produtos vem acontecendo,
visando manter a qualidade exigida e ao mesmo tempo obtendo um ciclo de desenvolvimento de produto reduzido (TOLEDO; BRITO, 1999). Na utilização de protótipos na fase de desenvolvimento de produtos pode-se considerar que uma das vantagens principais é a possibilidade de se obter a certificação que uma peça complexa necessita em todas suas características. O produto pode ser otimizado de várias formas com o uso de protótipos, uma contribuição fundamental é a possibilidade de facilitar o processo de decisão baseado em resultados de simulações, avaliações, testes e integração de clientes pilotos nas fases iniciais do projeto.
2.4 Prototipagem Rápida Aplicada ao Desenvolvimento do Produto No ciclo de desenvolvimento do produto é possível se obter algumas vantagens, dentre as quais a maior é a redução do tempo necessário desde a conceituação até a introdução no mercado, ou seja, a redução do tempo de lançamento, conhecido também como TTM (time to market) do produto. Nesse contexto, a possibilidade de identificar e resolver possíveis problemas que possam ser encontrados, desde o início de um projeto de desenvolvimento de produto, diminuem os custos e aumentam as chances de implementação das soluções encontradas, uma vez que possíveis alterações nessa fase são menos onerosas. Segundo Wohlers (1998), o custo das mudanças de projeto ao longo do ciclo de desenvolvimento do produto, aumenta aproximadamente em cerca de uma ordem de magnitude conforme se passa de uma fase para a seguinte conforme indicado na Figura 1.
Figura 1 - Custo de Alteração de Projeto a cada fase do Desenvolvimento de Projeto Fonte: Elaborado pelo autor
- E a Prototipagem Rápida subtrativa ou SRP ( subtractive rapid prototyping ), é a tecnologia, cujo processo de fabricação parte de um princípio onde os protótipos são obtidos por desbaste de blocos de diversos materiais. Atualmente, o termo tradicional “ rapid prototyping ” (RP) é aplicado para ambos tipos de processo de produção, sendo eles por adição ou subtração de material, ou ainda, independente do uso ou não das tecnologias que envolvem hardware ou software. (DVORAK, 2004).
2.6 Tipos de prototipagem rápida O processo de fabricação de uma peça por meio da Prototipagem Rápida por deposição de material segue as seguintes etapas: um modelo virtual tridimensional é processado por um software que “fatia” esse modelo em diversas camadas. Essas camadas são, então, sistemicamente recriadas e combinadas para formar um objeto 3D (WOHLERS, 2003). De acordo com Volpato (2007), os processos de Prototipagem Rápida por deposição, ainda, podem ser classificados a partir da forma inicial do material utilizado: a) Baseado em líquido: stereolithography apparatus (SLA), solid ground curing (SGC), stereos systems (EOS), solid objetc ultraviolet laser plotter (SOUP), entre outros. b) Baseado em sólido: laminated object manufacturing (LOM), fused deposition modelling (FDM), entre outros. c) Baseado em pó: selective laser sintering (SLS), 3 dimensional printing (3DP), stereos systems (EOS), direct shell production casting (DSPC), entre outros. Quanto ao processo de Prototipagem Rápida por remoção de material, ou SRP, é comumente confundido com o VMC ( vertical machining center ), chamados também de centros de usinagem, devido as semelhanças entre esses equipamentos. Na verdade, a base da tecnologia é a mesma, ambos iniciam o processo de fabricação a partir de um bloco de material, desbastando-o até se obter o objeto desejado. O acabamento superficial e o tempo de execução dos protótipos são influenciados diretamente pela escolha do material, das ferramentas de usinagem e dos controles via software das atividades do equipamento a ser utilizado. Quanto à qualidade desse acabamento, essa não se restringe apenas ao processo ou
equipamento utilizado, mas também de acordo com sua aplicação: desde uma simples análise visual a uma análise de interferências. Portanto, a diversidade de materiais e a flexibilidade do processo de SRP, além da velocidade de resposta a execução de protótipos, habilitam este processo ao conceito de Prototipagem Rápida.
2.6.1 Materiais utilizados Existem dezenas de métodos diferentes de Prototipagem Rápida conforme já mencionados, e cada um trabalha de uma maneira distinta e utiliza materiais próprios, que podem variar desde simples ligas plásticas a tecidos humanos e alimentos. Os métodos mais usuais trabalham com uma variedade enorme de materiais, dentre eles o plástico (ABS, PLA, polímeros, acrílico, poliestireno, nylon), os metais (aço, titânio, ouro, prata), compostos de cerâmica, papel, entre outros. Nesse caso, as propriedades mecânicas dos protótipos irão depender exclusivamente dos materiais utilizados no processo de fabricação. Esse artigo delimita-se em mencionar os três materiais mais utilizados nas empresas: plástico, cerâmica e papel. Dentre os materiais plásticos, um bom exemplo a ser citado é o ABS, que trata - se de um tipo de polímero, que se apresentou como o mais promissor nas indústrias, (CANTO, 2002) pois trata-se de um material com boa acessibilidade e apresenta um custo relativamente baixo. O ABS é utilizado na maioria dos processos de Prototipagem Rápida, sendo isso uma grande vantagem. Em relação às suas características, pode-se ressaltar que é um material resistente, podendo ser flexível ou rígido de acordo com sua estrutura molecular e consideravelmente leve. Mas assim como outros materiais, o ABS também possui algumas desvantagens, por exemplo, o mesmo não apresenta um bom acabamento superficial, o que resulta em protótipos com aparência fosca e com algumas linhas irregulares em torno de suas camadas. Materiais como a cerâmica vêm ganhando espaço, principalmente por conseguirem gerar protótipos com dureza, resistentes a altas temperaturas e uma diversidade de reagentes. Outra alternativa é o papel, com o qual é possível construir uma gama enorme de objetos sem poluir, como é o caso do plástico e da cerâmica. Nesse caso, os
Com a Prototipagem Rápida podemos fazer alterações no projeto antes mesmo de iniciar a construção ferramental, o que não acontece com os outros métodos, em que toda alteração é realizada diretamente na ferramenta e após o investimento do ferramental.
Gráfico 2 - Fases em um projeto em que são possíveis alterações sem grandes impactos no desenvolvimento do produto. Fonte: Pesquisa realizada em Maio 2014
3.2.2 Conhecimento em relação às vantagens da prototipagem rápida
De modo a verificar o conhecimento sobre o assunto, foram questionados alguns estudantes das universidades (AEDB, Estácio, UERJ, UFRJ e UFF) e profissionais de algumas empresas como INB, Michelin, PSA Peugeot Citroën Brasil e MAN Latin America, permitindo concluir-se que existe, atualmente, uma grande defasagem dessa informação nessas empresas e universidades, onde cerca de apenas 19% dos entrevistados afirmou ter algum conhecimento a respeito do assunto.
Gráfico 3 - Conhecimento em relação às vantagens desta tecnologia Fonte: Pesquisa realizada em Maio 2014
4 CONCLUSÃO
Com base no que foi pesquisado, percebe-se que essa tecnologia tem muito a agregar em empresas de diferentes ramos, mas isso só acontecerá no momento em que se houver um conhecimento aprofundado sobre esses assunto por parte dos profissionais voltados para área de desenvolvimento do produto e também dos estudantes e futuros profissionais, tornando-os capazes de escolher o melhor método de Prototipagem Rápida a ser aplicada, contudo isso ainda não é uma realidade nas empresas da região. A inserção desta tecnologia auxilia na confecção de peças protótipos, melhorando assim, o tempo despendido para confeccioná-los e abaixando o custo na fase de desenvolvimento, permitindo também se ter uma melhor visibilidade em determinadas etapas do projeto, proporcionando assim melhores desempenhos futuros, e tudo em tempo hábil. Através da pesquisa nos meios acadêmicos de profissional concluiu-se que existe atualmente uma defasagem quanto ao tema abordado nas empresas e universidades da região sul fluminense, tendo em vista que metade dos entrevistados não conseguiu visualizar que durante a fase de Produção é onde eventuais alterações no projeto decorrem em maiores gastos. Outro fato é que apenas 19% dos entrevistados alegaram conhecer as vantagens dessa tecnologia.
RAPID PROTOTYPING: A NEW TOOL IN PRODUCT
DEVELOPMENT
ABSTRACT
This article aims to present and disclose a growing technology that meets the Product Engineer aspirations: the Rapid Prototyping. Besides this, the article shows how this issue is still nascent in most universities and companies. This technology allows the reduction of time spent in the Product Development Process (PDP) and early identification of problems in the design, assembly and manufacturing process,
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