Como os métodos de produção em massa podem ser aplicados a produtos individualizados? Uma resposta é usar uma combinação de tecnologias de manufatura digital, por exemplo, integrando a impressão digital e o processamento a laser em processos de manufatura tradicionais. Isso abre caminho para a personalização de produtos em linha. Seis institutos Fraunhofer reuniram sua experiência para levar o novo processo ao próximo nível.

O termo produção em massa geralmente sugere um grande número de produtos idênticos saindo de uma linha de montagem. Contudo, as últimas tendências exigem produtos individualizados. A indústria automotiva é um exemplo dessa tendência:Volkswagen, por exemplo, produz apenas um ou dois modelos idênticos de Golf por ano. No entanto, esse impulso em direção à individualização também está levando as técnicas de produção em massa aos seus limites. O Fraunhofer Lighthouse Project Go Beyond 4.0 visa atender a esse desafio, permitindo a produção em massa de produtos individualizados. É uma colaboração entre quatro grupos Fraunhofer diferentes e seis Institutos Fraunhofer:o Instituto Fraunhofer para NanoSistemas Eletrônicos ENAS, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Laser ILT, o Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Engenharia de Precisão IOF, o Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC e o Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU. O projeto é gerenciado pela Fraunhofer ENAS em Chemnitz.

"Agora mesmo, individualização na indústria automotiva significa basicamente preparar cada veículo para cada versão possível e, em seguida, adicionar as características específicas que cada cliente solicitou no final da linha. Isso significa, por exemplo, que cada carro deve ser equipado com todo o chicote elétrico, "diz o gerente de projeto, Professor Thomas Otto. Professor Reinhard Baumann, que trabalha na Fraunhofer ENAS e é responsável pela coordenação do Projeto Farol, explica o novo conceito:"Combinando métodos de fabricação tradicionais com tecnologias digitais emergentes e processos de produção, encontramos uma maneira de integrar a individualização do produto em ambientes de produção em massa. Nossa ênfase desde o início foi na confiabilidade do produto e da produção - mas ainda temos um longo caminho a percorrer. "

Impressão em superfícies de componentes bidimensionais e tridimensionais de qualquer formato

O conceito básico é simples:assim como uma impressora jato de tinta no escritório, os pesquisadores usam jato de tinta e tecnologias de distribuição para imprimir padrões geométricos. Mas em vez de usar tintas coloridas - em outras palavras, tintas que têm a funcionalidade de "cor" - usam tintas com funcionalidades como condutividade elétrica, semicondutividade e isolamento. Essa tecnologia pode ser usada para criar sistemas de camada única e multicamadas. Até mesmo sensores e transistores são viáveis. "E eu posso fazer tudo isso não apenas suavemente, superfícies niveladas, como uma folha de papel, mas também, usando robôs, em peças curvas tridimensionais, como portas de carro profundas, ", diz Baumann. A segunda tecnologia de manufatura digital que entra em ação é o laser. Os pesquisadores dos seis Institutos Fraunhofer combinaram os dois métodos. Como resultado, o feixe de laser segue exatamente a linha traçada pela impressora, permitindo isso, por exemplo, para curar fotopolímeros previamente impressos ou tintas de nanopartículas de sinterização. Vários robôs já são usados ​​para fins de montagem no chão de fábrica, no entanto, o novo método é muito diferente. "Conseguimos melhorias de ordens de magnitude na resolução espacial da impressão com larguras de linha de aproximadamente 50 micrômetros, "diz Baumann.

De automotivo e aviação a ótica

Para demonstrar a aplicabilidade universal de sua abordagem, os cientistas da Fraunhofer já concluíram três demonstradores para os principais mercados futuros da engenharia automotiva, aviação e ótica. O uso de tecnologias de manufatura digital abre a porta para a produção de pequenos lotes de produtos em massa individualizados. Carros, por exemplo, normalmente contêm até oito quilômetros de fiação de cobre, pesando o equivalente a cerca de 160 quilos. Os especialistas podem usar a impressão digital para imprimir caminhos de condutores portadores de sinal em partes do corpo, como portas, substituindo assim alguns dos fios de cobre pesados ​​por trilhas condutoras impressas. Isso torna os veículos mais leves e reduz o consumo de combustível.

Em aeronaves, a equipe de pesquisadores está se concentrando em sensores que atualmente estão colados ou aparafusados. "Estamos pegando o tipo de tecnologia de material composto de fibra comprovada usada na construção leve e, em seguida, incorporando processos de produção digital, "diz Baumann. Usando este método, os pesquisadores imprimem digitalmente caminhos de condutores individuais e sistemas inteiros de sensores em fibra de vidro ou tapetes de carbono. Eles são então impregnados com uma resina sintética que os integra diretamente no componente leve. Em uma etapa inicial, os cientistas conseguiram usar este método para incorporar a temperatura, sensores capacitivos e de impacto nos elementos das asas de uma aeronave comercial, bem como antenas UHF e LEDs.

Componentes ópticos, como lentes de faróis para carros, geralmente são feitos de vidro polido ou plástico. As novas tecnologias desenvolvidas no Projeto Farol Go Beyond 4.0 abrem a opção adicional de fabricar óticas de forma livre que combinam propriedades de três lentes dentro de um único elemento, em vez de apenas as propriedades de uma única lente. Essas ópticas de forma livre também podem incorporar diodos emissores de luz, e, portanto, funções de sinal. "Isso nos permite produzir elementos ópticos complexos que antes seriam impensáveis, "diz Baumann. O foco principal é em novas aplicações potenciais. A óptica de formato livre pode projetar informações geradas pelo veículo na estrada sem exigir qualquer tipo de tela - por exemplo, projetar um sinal de pare antes que o sinal de pare real seja sequer visível. veículo pode puxar as informações necessárias da Internet ou do ambiente de rede.

Uma das maiores vantagens da tecnologia é que ela pode ser usada para processar peças de trabalho "em linha" no ambiente de manufatura. Em vez do sistema usado atualmente de remover produtos da linha de produção para individualização e, em seguida, alimentá-los de volta depois, eles podem simplesmente permanecer na linha de produção do início ao fim. Isso já é viável em escala de laboratório, e as equipes de pesquisadores agora buscam atingir os tempos de ciclo das linhas de produção do mundo real. Ao mesmo tempo, eles continuam a otimizar as próprias tecnologias e a melhorar a forma como funcionam em conjunto. "Este Projeto Lighthouse reuniu uma equipe de pessoas de alto desempenho extraordinariamente que realmente sabem como cooperar de forma eficiente, "diz Baumann." Os resultados que alcançamos até agora estão nos permitindo abordar mercados adicionais e trabalhar neles juntos, "diz Otto.