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No futuro, bombas sob medida

Novos processos de produção prometem boas oportunidades para a indústria de bombas

 

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Desde o final do século 19, a indústria tem focado em produtos que podem ser produzidos em massa. Não vale a pena investir em caros sistemas automáticos a menos que justificado por grandes tamanhos de lote. O apelo de um produto era determinado por aqueles que o vendem ou compram em grandes quantidades.

Engenheiros da fabricante alemã de bombas KSB, começaram nos anos 1930 a desenvolver cartas de seleção com a finalidade de oferecer aos usuários produtos ótimos projetados para atender critérios individuais de operação. A desvantagem desse sistema para o fabricante é que ele requer um gerenciamento de complexidade altamente eficiente para ser economicamente bem-sucedido. Hoje, uma olhada na lista de produtos da KSB, revela quantas diferentes opções de configuração de bombas centrífugas estão disponíveis para os clientes.

Já, a fábrica de bombas do futuro irá além disso e permitirá muitos desvios do projeto padrão, sejam grandes ou pequenos. Enquanto as possibilidades dos atuais métodos de produção convencionais são limitadas em termos de viabilidade econômica e técnica, novas tecnologias permitirão que funcionalidades adicionais sejam oferecidas, as quais são capazes de transformar o potencial de uma bomba.

Qualidade, confiabilidade, custos e prazo de entrega

No futuro, a produção de bombas individualizadas, feitas sob medida, vai requerer uma mínima engenharia em cada etapa, desde a colocação do pedido até o processamento da ordem e comissionamento final. Nos casos extremos, uma única unidade da tal bomba sob medida pode ser feita para um sistema específico que requer um tamanho de lote igual a um.

Contudo, bombas sob medida não deve ser confundido com protótipos não testados. A riqueza da experiência adquirida produzindo modelos de sucesso combinada com as modernas ferramentas de desenvolvimento, fará essas bombas sob medida confiáveis e eficientes.

Tipicamente, as demandas colocadas sobre esse produto único são de certo modo contraditórias. Enquanto a qualidade e a confiabilidade devem ser excelentes, os custos de produção têm que ficar baixos e os prazos de entrega curtos. E a forte concorrência entre os fabricantes de bombas significa que este último item está se tornando cada vez mais importante.

Método de fusão a laser

A fusão a laser é um dos métodos de fabricação sem modelo que pode desempenhar um importante papel no futuro. O método envolve construir o elemento a ser fabricado camada por camada, via micro soldagem, usando pó metálico (figura 1). O resultado é um componente fisicamente denso com excelente precisão de contornos, produzido em um leito de pó (figura 2). Os dados geométricos de projeto são gerados por um software de CAD e o processo de impressão 3D é completamente silencioso.

 

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Figura 1: imagem de longa exposição de componente sendo impresso no sistema de impressão a laser (foto KSB AG)

O procedimento se destaca através do seu extremamente econômico uso de energia e materiais, uma vez que só o metal realmente necessário para criar o produto é termicamente tratado e consumido. Cálculos internos na KSB mostraram que uma economia em materiais de 50 a 70% é possível quando os componentes existentes são novamente calculados, novamente projetados e otimizados para o respectivo processo de produção. Isso se deve ao fato de que o processo de impressão 3D quase não gera resíduos e o pó excedente pode ser reutilizado.

 

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Figura 2: dois componentes impressos no sistema de fusão a laser (foto KSB AG)

Todo o processo de produção é realizado em uma atmosfera controlada de gás inerte que assegura que os materiais sujeitos a oxidação durante a re-fusão estejam protegidos. Um produto final criado via impressão 3D difere da sua contraparte fabricada pelos métodos convencionais na sua microestrutura metalográfica, mas não em termos da composição do pó metálico que foi usado na soldagem.

Novas diretrizes de projeto

Desde o final de 2014, dois poderosos sistemas de fusão a laser estão operando na fábrica da KSB em Pegnitz, na Alemanha (figura 3). Os especialistas em materiais da empresa estão examinando o potencial da impressão 3D, para desenvolvimento e produção, por meio da fabricação experimental de vários componentes metálicos adequados usando dados do CAD. Uma pergunta que os especialistas ainda precisam responder é se as novas peças baseadas em pó metálico oferecem a mesma resistência e propriedades daquelas produzidas pelos métodos tradicionais.

 

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Figura 3: sistema de fusão a laser na fábrica da KSB em Pegnitz (foto KSB AG)

Como a fusão a laser é um novo campo na fabricação de bombas e válvulas, é também necessário preparar novas diretrizes de projeto. Contudo, o nível de liberdade de projeto e a disponibilidade de componentes em qualquer lugar e tempo, encorajam novas abordagens para desenvolvimento, produção e logística.

Hoje, os métodos de impressão 3D ainda sofrem com limitações tecnológicas e econômicas em termos de tamanho dos componentes a serem “impressos” e velocidade de produção. Contudo, os maiores sistemas de fusão a laser do mundo já apresentam câmaras de construção com volumes de 160 litros, e mostram o quão rápido essa tecnologia está se desenvolvendo, maiores impressoras não demorarão a aparecer. A eficiência de custo desse método de fabricação é determinada essencialmente pela quantidade de material fundido requerido. A fabricação de peças grandes e densas só é economicamente viável para peças indisponíveis por outros métodos ou protótipos necessários para o processo de projeto.

Rumo à indústria 4.0

O método já se provou um sucesso para aplicações que incluem a produção de peças sobressalentes para carros, motocicletas e aviões antigos. Para o fabricante de bombas, explorar as vantagens do novo processo de fabricação, representa um importante passo rumo à indústria 4.0 e maximização do seu potencial em projeto e produção.

Algumas das forças da impressão 3D já estão claras: é insuperável na produção de componentes pequenos e individuais fora do padrão ou de grandes quantidades de peças quando podem ser fabricadas em processo único (figura 4). Componentes muito grandes e densos, ainda continuarão a ser produzidos, no longo prazo, pelos outros métodos de fabricação.

 

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Figura 4: conjunto corpos de prova produzidos no sistema de fusão a laser fabricados em processo único de impressão (foto KSB AG)

Exatamente quais inovações são anunciadas pela liberdade oferecida pela impressão 3D, permanece como uma das mais interessantes perguntas para o futuro. A disponibilidade de dados do CAD permite a produção de peças em qualquer lugar do mundo. Isso significa que a fusão a laser vai, definitivamente, ter um impacto na disponibilidade mundial de componentes e permitirá que as bombas sejam individualizadas de uma maneira difícil de imaginar nos dias de hoje.

Nota: artigo de autoria de Christoph Pauly

Fotos: KSB

Fonte: World Pumps, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br