O poder da medição portátil: como a digitalização a laser em 3D aumenta os processos de formação de metais do início ao fim
Por: Orlando Perez, Diretor de Marketing de Produto, FARO Technologies
Por ser um ramo da metalurgia, um subconjunto da fabricação, a conformação de metais é um processo de base, envolvido em uma ampla variedade de montagem de peças: da estampagem de metais de bens de consumo usados em casa a muitos dos elementos componentes de aviões e automóveis. Com tanto produto em risco e bilhões de dólares em jogo, a fiabilidade, a precisão e a repetibilidade são fundamentais.
Este é o caso especialmente durante o retorno dos EUA da pandemia da Covid-19 e a previsão é que o mercado global de estampagem de metais, avaliado em US$ 220 bilhões em 2019, apresente uma taxa de crescimento anual composta de 2,8% entre 2020 e 2027 e o mercado global de forjamento de metais, avaliado em US$ 84 bilhões (também em 2019), deverá crescer 5% no mesmo período. Da mesma forma, o retorno internacional também será sentido em outros setores da economia, com o Fundo Monetário Internacional prevendo um aumento de 6% do PIB, superando a previsão de janeiro. Em um ambiente de crescimento como este, não pode ocorrer falhas de produção, retrabalho dispendioso, produtos fora da tolerância e problemas de segurança.
Assim, a digitalização a laser em 3D com a tecnologia ScanArm para medição portátil sem contato, junto com seu software de garantia de qualidade e inspeção, continua entre as ferramentas fundamentais dos engenheiros de qualidade para garantir que não só uma peça corresponda ao projeto ou desenho de CAD original, mas que as máquinas de prensagem e moldagem e com matrizes encarregadas de moldar o próprio produto acabado estão operando também de acordo com as especificações estabelecidas. Isto vale para a estampagem (essencialmente um processo de deformação, refletindo a capacidade do material mudar de forma pela aplicação de alta pressão sem ser destruído) ou forjamento, muitas vezes é feita uma analogia com a “estampagem a fogo” (ou seja, altas temperaturas) em matrizes abertas ou fechadas.
Sem "pressão"
Graças à mais recente tecnologia do ScanArm e também às plataformas de digitalização do virador de moldagem multieixos, nunca foi tão rápido ou fácil realizar medições precisas. O funcionamento é simples: um braço de medição por coordenadas articulado portátil (PCMM) é equipado com um laser sem contato, que realiza medições em tempo real, coordena X, Y e Z e digitaliza esses dados em 3D em um ambiente virtual. No caso do ScanArm, uma faixa de laser é refletida de volta pela peça que está sendo digitalizada para uma câmera que registra os dados, criando uma nuvem de pontos em 3D, um modelo digitalizado contendo as coordenadas X, Y Z de toda a superfície que foi digitalizada.
Combinadas, essas tecnologias gêmeas, o ScanArm/laser e a plataforma do virador de moldagem, em conjunto com um software poderoso e fácil de usar, podem: identificar rapidamente os recursos dos componentes que se desviam das condições nominais (permitindo a realização imediata de ajustes na máquina antes que surjam situações fora da tolerância) executar a inspeção de componentes no processo e até mesmo coletar dados de medição digital precisos para peças de engenharia reversa que não possuem desenhos relevantes ou em CAD.
Da perspectiva do fluxo de trabalho de conformação de metais, as soluções avançadas de hardware e software de metrologia em 3D da atualidade simplificaram muito o que antes era um processo complicado, que dependia de ferramentas manuais propensas a gerar erros, como paquímetros e micrômetros, para realizar tarefas demoradas. Isto é, se fosse possível realizar as tarefas. Por sua própria natureza, a estampagem de metais é uma operação complexa e de várias etapas que cria uma grande diversidade de produtos, muitos dos quais incluem geometrias "orgânicas" ou irregulares difíceis de medir.
Até as CMMs fixas encontram dificuldades para realizar as medições. Ao contrário de seus primos PCMM, as CMMs são volumosas, imóveis, exigem experiência avançada em programação de engenharia e são mantidas em salas de metrologia especializadas com temperatura controlada. Talvez as CMMs fixas e mais importantes não possam medir as peças (ou máquinas) durante o processo. Os componentes fabricados devem ser transportados para elas, provocando gargalos na inspeção e gerando mais custos.
Em automóveis, por exemplo, a estampagem está envolvida na construção de painéis de carroceria, molduras, portas e vários pequenos componentes. Os aviões também exigem muitas peças estampadas, entre elas: componentes estruturais, sistemas de geração de oxigênio, carcaças e gabinetes de aeronaves militares, relés, interruptores e sistemas de iluminação. Na avaliação do processo de conformação de metais e a forma como a digitalização a laser em 3D pode ajudar em cada etapa da jornada, há vários fatores a levar em consideração:
- O efeito da estampagem na funcionalidade do projeto — As peças estampadas estão dentro das tolerâncias especificadas do modelo de CAD? Isso vale para a inspeção de protótipo e também para as inspeções subsequentes.
- As peças estampadas permanecem dentro das especificações — Os dados do software de digitalização podem ser levados para um sistema de controle estatístico de processos, que pode ajudar a determinar se as peças estão com apresentando tendências fora da tolerância?
- A matriz está sempre produzindo peças com a mesma especificação — Ou as peças estão saindo da tolerância devido ao desgaste da ferramenta? Neste caso, é hora de realizar a inspeção da medição em 3D nas próprias matrizes.
- Atendimento da segurança em primeiro lugar —A peça está segura e funcional, em conformidade com as exigências nacionais ou específicas do setor?
- Qual é o tempo necessário — Para controle da produção e da qualidade e qual é o valor do maior aproveitamento com menos desperdício?
A magia do fluxo de trabalho em ação
Conforme comprovado acima, a digitalização a laser em 3D pode e deve desempenhar uma função fundamental nos processos de fluxo de trabalho da conformação de metais. Em todas as etapas da jornada para a conclusão do produto, a digitalização a laser pode aumentar muito a velocidade e a qualidade das medições realizadas, tanto para as peças individuais/integrantes quanto para as próprias máquinas.
Para entender melhor, veja aqui uma análise de como é o fluxo de trabalho de conformação de metais de uma maneira fácil de acompanhar:
Etapa 1, engenharia: o processo começa quando os engenheiros projetistas e metalúrgicos desenvolvem várias formas e objetos, entre elas cúpulas, cones, meias esferas, quadrados, globos oculares ou ovais. Uma vez desenvolvidas, elas são utilizadas para criar as matrizes que conformarão o metal.
Etapa 2, aprovação e ação: Com o desenho de produto aprovado e a matriz criada, o processo passa para a equipe de estampagem de metais. Aqui, a equipe trabalha para avaliar os desenhos do produto e determinará qual processo de estampagem de metal e qual equipamento usar.
Etapa 3, trabalho personalizado: Com desenho, matriz e plano criados, dá-se início à a estampagem do metal. as ferramentas específicas e as subetapas necessárias dependem do produto que está sendo estampado, do material empregado e do porte da produção.
Etapa 4, montagem: dependendo da complexidade do produto, pode ser necessário realizar a montagem. Ou seja, encaixar as peças dos componentes no produto estampado, que provavelmente exigirá colagem, soldagem ou curvatura. É fundamental que, após a montagem, todos os produtos sejam inspecionados quanto à precisão antes de serem concluídos. É aqui que as soluções de digitalização a laser em 3D se mostram mais fundamentais e ajudam a otimizar os custos além de aumentar a eficiência.
Etapa 5, o fim: uma vez concluída a montagem, os produtos podem ser finalizados com a usinagem. Neste processo podem estar inclusos o rosqueamento, a perfuração, serragem, fresagem, esmerilhamento e até o jateamento abrasivo. Pinturas, vedações ou escovamentos completariam o processo.
Diga não ao dilema do terceiro trimestre
Quando todas essas etapas tiverem sido realizadas, a inspeção final vai garantir que o produto de metal conformado esteja pronto para uso público ou industrial e que a receita seja maximizada pelo aumento da taxa de produtividade, reduzindo o tempo de inatividade da máquina e reduzindo os custos gerados pelo desperdício de materiais.
De acordo com muitos grandes economistas do mundo, o terceiro trimestre de 2021, que tem início este mês (julho), é quando o mundo vai começar a retornar à normalidade. É quando a economia global vai realmente começar a reunir o fôlego necessário para cumprir a previsão de crescimento de 6%.
Com os consumidores começando a usar o que economizaram durante a Covid (a Bloomberg Economics estima que os americanos estão guardando US$ 1,3 trilhão em economias feitas durante a pandemia) chegou a hora da indústria de conformação de metais agilizar suas operações, com a certeza de que todo produto que produziram — e as máquinas que produziram esses produtos — estão operando dentro das tolerâncias esperadas. A melhor maneira de alcançar essa linha de visão fundamental para o controle de qualidade é empregando as soluções de digitalização a laser em 3D e seus produtos de software associados.
O poder da medição portátil nunca teve a mesma força.