A revolução no fazer

Há tempos vemos a introdução paulatina de máquinas e técnicas de manufatura aditiva (também conhecida como impressão 3D) no mercado. Agora j...

Há tempos vemos a introdução paulatina de máquinas e técnicas de manufatura aditiva (também conhecida como impressão 3D) no mercado. Agora já cogita-se uma nova revolução industrial. Entenda o porquê.

Em artigo no The Wall Street Journal, John Koten explica como é o novo paradigma da indústria inicialmente mostrando o trabalho de Ken Hislop, engenheiro de manufatura, e depois mergulhando no momento atual e nas tendências da manufatura aditiva.

Ken está relaxando em casa quando recebe inúmeras e urgentes mensagens da General Electric Co, a fábrica onde trabalha, em seu smartphone.

Os textos estão sendo enviados automaticamente pelos sensores embutidos nas máquinas pois algo está indo mal naquela unidade. Certamente devido a uma violenta tempestade situada nos arredores daquele complexo de 170 milhões de dólares, fabricante de baterias enormes usadas em lugares como torres de telefonia celular e usinas de força.

Com a queda de energia da fábrica, ainda que momentânea, muitos equipamentos estavam reiniciando e qualquer pequena falha no processo redundaria em grandes prejuízos econômicos em virtude da parada na produção.

As informações relatadas em tempo-real por seu tablet, incluindo aí um vídeo da tempestade do ponto de vista da fábrica e um esquema animado de tudo que estava ocorrendo na linha de produção, permitiu que Hislop garantisse que o sistema fosse reiniciado na sequência adequada sem que os produtos fabricados sofressem danos.

Para o autor, essa é a Nova Revolução Industrial. A qual pouco teria de semelhança com o sujo chão de fábrica tradicional. Essa nova tendência é impulsionada pelas novas tecnologias e ideias disponíveis que estão fornecendo as bases conceituais para um ambiente de manufatura baseada em computadores. E qual seria a consequência? Nada de mais, apenas uma revolução nos modelos de negócios convencionais do comércio e o reflorescimento da indústria norte-americana.

A Manufatura está passando por uma mudança que é tão importante quanto foi a introdução de peças intercambiáveis ​​ou a linha de produção, talvez até mais.

Michael Idelchik. Diretor de tecnologias avançadas no laboratório de pesquisa global da GE, localizado a cerca de 15 minutos da fábrica de baterias.

O futuro não vai ser sobre as cadeias de fornecimento globais estendidas e conectados a uma rede de fábricas distantes e gigantes. Serão operações de fabricação pequenas, ágeis, utilizando novas e altamente sofisticadas ferramentas e novos materiais.Michael Idelchik

Essa revolução, ainda em seu estágio embrionário, está se consolidando aceleradamente, graças à convergência de uma série de tendências: o baixo custo e a acessibilidade ao Big Data associada com a computação em nuvem, além da acentuada queda no custo de sensores eletrônicos, microprocessadores e outros componentes que podem ser usados para construir fazer máquinas mais especializadas, além de avanços em software e tecnologia de comunicações que permitem gerenciar a manufatura com um novo nível de precisão, permitindo novas formas de colaboração.


Rifle construído com peças feitas por impressora 3D dispara até 14 tiros antes de se tornar inutilizável. Seu antecessor, a famosa Liberator (pistola cuja disponibilização dos arquivos do projeto foi proibido pelo governo dos EUA e que disparava apenas uma única vez) passou incólume pelos detectores de metal do parlamento israelense.
Sensores extraordinariamente baratos, microprocessadores e outros componentes significam uma mínima intervenção humana para que as fábricas façam os seus produtos podendo coletar grandes quantidades de dados enquanto produzem. Essas informações municiaram os gerentes disparando alertas acerca de problemas urgentes ou entregando registros históricos para análises em busca de meios de melhorar a performance da planta.

Mas o avanço mais significativo certamente será nas maneiras de se construir as coisas, especialmente na chamada manufatura aditiva, onde temos um processo de fabricação que cria qualquer coisa a partir de seu modelo digital tridimensional.

Usando os mais variados materiais, de polpa de madeira até cobalto (podendo passar pelo chocolate ou mesmo poeira lunar) essa máquinas poderiam criar coisas tão variadas como tênis, bicos de combustível para aviões e até mesmo órgãos humanos. Com uma precisão capaz de construir óculos para se ajustar na face de uma mosca com muito estilo. E a mesma máquina poderia ser capaz de produzir inúmeros tipos de objetos diferentes, ao invés de ser customizada para criar apenas um tipo de produto.



E quando fala-se em produzir inúmeros objetos, isso inclui fazer outras máquinas. No laboratório de fabricação de equipamentos avançados que a Autodesk Inc. está construindo em um cais de São Francisco, o presidente-executivo Carl Bass aponta para marcas de fita adesiva no chão onde uma fresadora controlada por computador terá lugar.

A empresa japonesa Mori Seiki está fazendo isso em Sacramento em uma fábrica automatizada", diz Baixo, cuja empresa cria software computer-aided-design. "A fábrica está tão avançada que você quase não precisa acender as luzes porque as máquinas estão fazendo tudo, e o que eles estão fazendo é outras máquinas.

Além disso, uma impressora-3D replicou a si própria em uma universidade inglesa.



Para uma espiadela sobre como funciona essa nova forma de produção, e quão profundo serão as marcas de seu impacto sócio-econômico, considere o tênis Flyknit da Nike.



Apesar de serem altamente tecnológicos na concepção, os tênis esportivos basicamente são fabricados com foco no elemento humanos. Operários sentados ao longo de linhas de montagem colando e costurando diferentes tipos de materiais.

Mas uma mudança nesse formato de construção de calçados foi introduzida discretamente na linha de montagem do Flyknit, embora possa representar um legítimo marco histórico. Os engenheiros da empresa modificaram uma máquina usada para fazer blusas que passou a tricotar a parte superior do tênis como um único casulo de tecido que será colado ao solado e à língua.

À medida que o tênis é costurado, um programa instrui a máquina para alterar os materiais usados, concentrando mais fios de poliéster em uns pontos, menos em outros, conferindo mais resistência ou flexibilidade sob medida.

Tudo isso, sem adicionar custo ao processo. Pois essa tecnologia fez com que a Nike produzisse o tênis com apenas algumas partes, ao invés de dezenas, e com 80% menos resíduos.

O Nike Flyknit é o primeiro produto de consumo produzidos em massa no mundo feito utilizando fabricação aditiva. É um avanço muito significativo, não menos importante, porque, uma vez que você começa a fazer as coisas desta maneira, obviamente, tem um monte de custo mão de obra fora da equação.
Maurício Conti. Diretor de inovação estratégica da Autodesk - que trabalhou com a Nike no projeto Flyknit.

As implicações são óbvias: A razão para fazer sapatos em países de baixa renda começa a desaparecer como um passe de mágica e as vantagens de localizar a máquina mais perto do cliente, em parte, para uma entrega mais rápida (e com baixo custo de frete)- começam a se mostrarem bem maiores (a Adidas também está tricotando um sapato, o Primeknit, em seu país de origem, a Alemanha).

No ano passado, o Boston Consulting Group publicou um relatório prevendo que até 30% das exportações dos EUA da China (a frase ficou estranha? Culpa da globalização) poderiam ser produzidas domesticamente em 2020. O presidente Obama fomentou essa esperança em seu discurso do Estado da União em fevereiro, quando ele disse que a técnica de fabricação de aditivo popular chamado de impressão 3-D "tem o potencial de revolucionar a forma como fazemos quase tudo."

Um armazém anteriormente fechado é agora um laboratório de estado da arte, onde novos trabalhadores estão dominando a impressão 3D, que tem o potencial de revolucionar a forma como fazemos quase tudo.
Presidente Barack Obama. No discurso State of the Union 2013.

Não se sabe ao certo se um impulso na produção vai criar um ressurgimento no emprego industrial dos EUA, que atingiu um pico de cerca de 19,5 milhões em 1979 e hoje totaliza cerca de 12 milhões, de acordo com o Bureau of Labor Statistics. (Os economistas atribuem o modesto recente aumento no emprego industrial dos EUA a uma recuperação no ciclo de negócios, e não encontraram nenhuma evidência ainda de uma recuperação do emprego ligado à fabricação avançada ou o retorno dos trabalhos do exterior.)

Mas é quase certo que isso não vai significar a criação de empregos antigos na forma de vagas em grandes fábricas que empregam milhares de pessoas. A verdadeira oportunidade está no crescimento de microfábricas altamente avançadas e especializadas e em legiões de pequenos empreendimentos que fazem as coisas velhas em novas formas, bem como a produção de novos produtos e itens feitos sob medida.

Um importante sinal dos tempos: a maior fabricante de impressoras 3-D dos EUA, a 3D Sistemas Corp, introduziu um modelo de botão de pressão liso por US$ 1299 no ano passado, colocando-o ao alcance das empresas de pequeno porte e usuários domésticos. Kits para fazer uma impressora alimentado por software a partir do projeto open-source RepRap funcionam por menos de US$ 400.

Especialistas prevêem lojas de bicicletas que imprimem quadros personalizadas e montam bicicletas sob demanda; lojas de produtos sob encomenda ou sites que oferecem jóias projetadas com exclusividade, e lojas mais sofisticadas que produem todo o tipo de produtos avançados. Já, uma empresa chamada Bespoke Products (produtos sob medida), uma unidade da 3D Systems, está fazendo membros artificiais. Outra, a Organovo Holdings Inc., está utilizando a impressão 3-D para criar tecidos humanos para uso em laboratórios médicos. Em uma recente conferência, a empresa mostrou um pedaço de carne crua que tinha feito em uma impressora. Com o tempo, essa "democratização da manufatura", como alguns se referem a ele, deverá acelerar, e um dia pode significar que a sua concessionária local ou talvez até mesmo o seu vizinho (ou você) vai ser capaz de imprimir uma peça de reposição para ser seu novo suporte de copo do carro ou fazer um do tamanho ideal para uma garrafa térmica que você precisa carregar.

Novas formas de fazer

A fabricação aditiva torna possível criar desenhos ou estruturas que não eram viáveis ​​usando as duas formas tradicionais de fazer as coisas: moagem (esculpindo o material de um bloco sólido) e fundição (vazamento de material líquido que endurece em um molde). Ambas as técnicas são bastante reforçada pela produção em massa porque a qualidade normalmente sobe e os custos caem à medida que aumenta de volume. Fazer as coisas em grande quantidade também significa que não é tão oneroso descartar unidades defeituosas.



Mas a fabricação aditiva permite a criação de objetos compostos por várias peças e componentes móveis sem montagem. E como o processo é inteiramente controlado por computadores, seguindo as instruções digitais precisos, a primeira peça que é fabricado é apenas tão bom quanto o último. O custo adicional de produção de uma peça torna-se estritamente uma função de tempo e materiais.

Tudo isto significa que os fabricantes podem digitalizar mais longe em busca de inspiração. Os designers e engenheiros da GE começaram a olhar para objetos antigos e esqueletos de aves pré-históricas, e se aprofundar novamente em topologia, como inspiração para novas formas de design.

O que eles pensaram: Séculos fazendo as coisas de acordo com as limitações de métodos antigos podem ter feito com que os seus antecessores descartassem estruturas inovadoras simplesmente porque não havia nenhuma maneira prática de produzi-los por meio de moagem ou fundição. Mas o que era impraticável no passado pode ser plenamente viável hoje.

Há uma outra grande mudança que não pode ser ignorada, embora não seja tão óbvia, mas que pode ter um grande impacto no mundo da produção. A ascensão da impressora 3-D coincidiu com a digitalização do mundo físico através do uso de scanners 3-D e, cada vez mais, fotos bidimensionais podem ser costuradas digitalmente utilizando o software para criar precisas interpretações tridimensionais de qualquer coisa feita de átomos.

(Ver: Criando um cenário 3D a partir de uma fotografia, Cabelo em 3D gerado a partir de foto ou vídeo e Photofly 2 - Converte fotos em modelos 3D)

Isso afeta todo mundo que trabalha com os fabricantes e que participa no processo criativo: designers, engenheiros, especialistas em materiais, fabricantes de máquinas e gestores de abastecimento, entre outros. É muito mais fácil para colaborar em um modelo se ele é armazenado em um computador, porque muitas mãos digitais podem estar trabalhando ao mesmo tempo.

A grande história não contada em tudo isso é a forma como a digitalização de fabricação comprime tudo, desde a concepção inicial de um produto à sua montagem final. Todo mundo pode agora trabalhar juntos ao mesmo tempo. O software torna possível, e você terá resultados muito melhores do que quando todas estas atividades estavam sendo feitas em diferentes silos.
Ping Fu. Fundador da Geomagic, empresa que faz software de modelagem 3D, e atualmente estrategista da 3D Systems.

Ainda assim, este novo ambiente impele os fabricantes a enfrentar grandes desafios, como os arquivos digitais de objetos físicos aparecendo em incontáveis sites como Thingiverse e Physibles, e com as instruções de fabricação aparecendo online, também.

Eu faço um monte de palestras sobre este tema aos grupos de produção, e as pessoas ficam silentes durante as sessão de perguntas e respostas. Mas depois, eles vêm até mim em particular e querem falar sobre como eles estão com medo. As pessoas obtêm um vislumbre de como isso poderia mudar o jogo em seus negócios, e elas não estão certas sobre o que fazer sobre isso.
Christine Furstoss. Supervisora de uma equipe de 450 engenheiros e cientistas que trabalham com materiais, estratégia de energia e tecnologia de processamento no centro de pesquisa da GE.

O caminho à frente

Para ter uma ideia de como a Nova Revolução industrial pode fazer acontecer em grande escala, olhem para a GE. Suas pegadas estão por toda parte na comunidade avançado de fabricação. É um participante altamente visível nos esforços do governo federal para aumentar a manufatura aditiva, bem como em programas universitários com foco no tema. Os parceiros incluem o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), o Departamento de Web-services da Amazon.com e o Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), que estão colaborando com a GE em uma nova plataforma de crowdsourcing para o projeto e desenvolvimento de produtos.

A empresa também está investindo na técnica internamente. Por exemplo, ela está fazendo uma grande aposta na fabricação aditiva, como forma de criar as peças do motor que pesam menos, custam menos e empregam mais desenhos complexos. No ano passado, ela comprou uma das maiores fabricantes aditiva nos EUA, Morris Technologies, e planeja usar a empresa para fazer o bocal de combustível sofisticado para seu motor a jato de última geração, o LEAP. (A família Morris tem um pedigree industrial longo: ela forneceu tubos de aço para a loja de bicicletas dos irmãos Wright, considerados os inventores do avião.)

O novo bico será de impresso em 3D como uma peça única em vez de montada a partir de 18 partes, e será até cinco vezes mais durável. A GE também está usando suas próprias impressoras de metal em 3-D, testando o procedimento em tantas partes quanto possível, tanto para o LEAP quanto para o GE 9x, o motor do 777 da próxima geração. Esta semana, a GE planeja anunciar um grande investimento em uma nova fábrica de outra manufatura aditiva que vai produzir em massa coberturas de motor de cerâmica.

Ao todo, os projetos da empresa vão dispender 3,5 bilhões dólares em manufatura avançada da aviação nos próximos cinco anos e vai produzir 100 mil peças de uso finalístico para seus motores por ano até 2020, utilizando técnicas aditivas.

Com a enorme quantidade de dados gerados com esses novos processos, a empresa pode rastrear toda a genealogia de um produto. Os dados não só melhorar a qualidade do controle - se um defeito aparecer em qualquer ponto, a GE pode rastreá-lo de volta à sua fonte original. A GE é de fato uma poderosa arma competitiva que é praticamente impossível de duplicar.

A fábrica de Schenectady, é tão conectada em rede que, de fato, poderia ser facilmente ser considerada como uma única máquina, ao invés de uma série delas. E é assim por ser automatizada, o que não exige muita assistência humana. O campus da GE de Schenectady já teve tantos funcionários que possuía o seu próprio código postal, 12345. No entanto, quando atingir a plena produção, a GE espera que as vendas anuais da unidade ultrapassem US$ 1 bilhão até 2020, sem empregar mais do que 450 pessoas.

Traduzido e adaptado de WSJ. Fontes consultadas:  WhiteHouse, Wikipedia

[Via BBA]