O Desempenho ambiental das tecnologias de fabrico aditivo

O fabrico aditivo tem vindo a quebrar convenções e a revolucionar o universo da manufatura graças ao seu baixo custo, flexibilidade nos materiais usados e rapidez de impressão de peças – independentemente da complexidade de geometrias ou da personalização necessária.

Também conhecida como impressão 3D, esta tecnologia disruptiva permite uma produção essencialmente isenta de resíduos com uma poupança na energia necessária por peça. Possui potencial para reduzir o consumo de recursos durante o processo de fabrico e aumentar a produtividade, sendo uma possível ferramenta para enfrentar o Advanced Tools for Smart Manufacturing pretende dar resposta.

Este projeto mobilizador traz às empresas parceiras a oportunidade de se posicionarem como elos importantes nas cadeias de fornecimento de produtos complexos e alargar o seu portefólio para vários sectores, como o automóvel, dispositivos médicos, aeronáutica, entre outros. É o resultado de uma dinâmica coletiva, que nasceu a partir do cluster Engineering & Tooling, e pretende criar e transferir tecnologias inovadoras para que as empresas se destaquem no mercado internacional [1].

O projeto TOOLING4G pretende dinamizar a transição para a Indústria desafio da “Fabricação-Zero defeitos”, à qual o projeto TOOLING4G -4.0, criando e desenvolvendo soluções de tooling avançadas e agregando diferentes tecnologias numa só ferramenta de trabalho. Os parceiros pretendem demonstrar o potencial tecnológico do fabrico aditivo de metais, através da sua aplicação na reparação de moldes danificados.

Com a impressão 3D, é possível reabilitar estes moldes, aumentando o seu tempo de vida útil e reduzindo a sua pegada ambiental. Evita-se assim o consumo de recursos para produzir um novo molde, ao mesmo tempo que nasce a possibilidade de uma nova área de atividade dentro das empresas do sector.

/ / F-1 . Braço robot do sistema DED com laser incorporado, no interior da célula de segurança.

Para tornar este cenário realidade, é utilizada a tecnologia DED (Direct Energy Deposition), que consiste na fusão e deposição de pós metálicos através da energia fornecida por um feixe de laser de elevada potência (Figura 1).

Este sistema inovador híbrido (pois possibilita a adição e subtração de material) foi desenvolvido pelo INEGI, que operacionalizou a primeira estação laboratorial de DED em Portugal. A tecnologia permite elevadas taxas de deposição de material de peças com dimensões até 2000 mm por 1000 mm, e inclui um pós-processamento para acabamento (por via subtrativa) e controlo dimensional, com elevado grau de precisão e qualidade.

Paralelamente à operacionalização, o projeto TOOLING4G procurou contribuir para a compreensão da performance ambiental desta tecnologia, de forma a identificar potenciais fontes de melhoria e otimizar o seu desempenho.

/ / F-2 . Ciclo de vida de um produto ou sistema.

Com este objetivo, realizou-se um estudo para quantificar os impactos ambientais da produção de peças metálicas por fabrico aditivo, através da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), uma metodologia normalizada [2, 3] e amplamente utilizada para identificar e quantificar os potenciais impactos ambientais de um determinado produto ou sistema – desde a extração da matéria-prima, ao seu processamento, transporte, transformação, utilização, tratamento e deposição final (Figura 2). A ACV assenta nas leis da Termodinâmica, permitindo não só a avaliação, mas também a comparação entre seleções de produtos ou sistemas, de forma a determinar qual a opção com menores impactos ambientais, dentro de um âmbito previamente definido.

Um estudo de Avaliação do Ciclo de Vida é composto por quatro etapas, interligadas entre si para assegurar uma melhoria contínua do estudo (Figura 3).

/ / F-3 . Etapas do ciclo de vida, de acordo com a ISO 14040 [2].

A primeira é a Definição do Objetivo e Âmbito. Nesta etapa, o propósito e o âmbito do estudo são descritos, bem como as fronteiras do sistema em análise e a unidade funcional, que é utilizada como valor de referência para os fluxos energéticos e mássicos contabilizados e os consequentes impactos ambientais. Seguidamente, no Inventário do Ciclo de Vida, é feita a recolha dos dados necessários para a identificação, descrição e quantificação das várias entradas e saídas, sejam de energia ou materiais, que ocorrem dentro da fronteira definida. Esta etapa é crucial, pois é a partir da informação recolhida que os impactos vão ser quantificados. A quantidade e a qualidade dos dados adquiridos definem a robustez do estudo, o grau de certeza e a fiabilidade dos resultados.

Findo a recolha de dados, avança-se para a Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida, que consiste no cálculo dos potenciais impactos ambientais derivados dos fluxos previamente quantificados. Por fim, na Interpretação, são apresentadas as análises e conclusões dos resultados obtidos, bem como as limitações e suas causas. Sempre que possível, na interpretação são fornecidas recomendações que servem de orientação para alterar, corrigir e afinar as fases anteriores, tornando a metodologia internamente interativa.

/ / F-4 . Fronteiras dos sistemas em análise.

Com o objetivo de quantificar a pegada de carbono resultante da reparação de uma peça metálica através da tecnologia DED, o estudo de ACV analisou um processo de fabrico híbrido de reparação de um postiço genérico de aço para moldes, de forma a comparar com o processo convencional de descarte e produção de um novo postiço. Ressalva-se que o sistema em causa é uma demonstração laboratorial, com alguns dados hipotéticos e como tal, não está preparada para produções de grande escala. As fronteiras do sistema apresentam-se na Figura 4.

Continue a ler este artigo na versão digital da revista MOLDE, disponível em www.cefamol.pt.

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Joana Gouveia, Luís Oliveira, Sílvia Esteves, João Sobral | INEGI