Cérebros, aviões e automóveis: a impressão 3D está mudando a maneira como fazemos… tudo
A tecnologia de manufatura aditiva que os médicos usam para reparar os crânios das pessoas é a mesma tecnologia que os engenheiros de jatos agora usam para condensar 855 peças de avião em apenas 12 – e a América Central está liderando o ataque.
Este post é patrocinado pela GE .
Quando o implante do crânio pacientes como Chris Cahill são levados às pressas para o hospital, eles geralmente não se lembram de chegar lá.
Eles normalmente sofreram traumatismo craniano grave de uma queda ou acidente de carro e estão em estado crítico - ou, no caso de Cahill, um coma de 2 meses depois que um acidente o deixou com um inchaço com risco de vida no cérebro e uma infecção no crânio. .
A condição de Cahill era tão terrível que seus médicos tiveram que remover parte de seu crânio, deixando-o com um defeito visível, parte de seu cérebro desprotegida e nenhum osso craniano saudável para realizar a cirurgia reconstrutiva.
Mas eles tinham uma opção: um procedimento de ponta que praticamente não existia uma década atrás, o que deixaria Cahill com a aparência “exatamente a mesma” de antes do acidente.
Seus médicos confiaram em um tipo de tecnologia de impressão 3D chamada manufatura aditiva para criar um implante de crânio personalizado - a mesma tecnologia, coincidentemente, que os engenheiros de jatos agora usam para condensar 855 peças de avião em apenas 12. E, se você achava que a impressão 3D era bom apenas para fazer réplicas em tamanho de brinquedo de seus entes queridos , você pode querer se sentar para este…
Bem-vindo ao Workshop Build-A-Skull
Se Cahill tivesse feito esse procedimento há 10 anos, é provável que ele não parecesse “exatamente o mesmo”. No estádio talvez, mas isso não é exatamente uma vitória quando se trata de reconstrução facial.
Esses tipos de cirurgias reconstrutivas do crânio e da face teriam levado médicos como as horas de trabalho de 'adivinhe e verifique' de Cahill usando centenas de placas e parafusos prontos para uso.
“Apenas adivinhando” – não é a frase que você quer usar quando está falando sobre reconstruir a vida de alguém enfrentar .
E, mesmo quando você fez encontrar peças próximas, era como tentar completar um quebra-cabeça quando nenhuma das peças se encaixava perfeitamente: “nunca tivemos a forma correta e perfeita”, Dr. Laurent Lantieri , o cirurgião plástico que realizou o primeiro transplante de face total, lembra.
Agora, quando Lantieri entra na sala de cirurgia para realizar um procedimento reconstrutivo, ele está equipado com um kit de remendo personalizado e impresso em 3D para seus pacientes.
É essencialmente uma “oficina Build-A-Skull” para reconstrução facial e craniana: em vez de cavar centenas de peças, as enfermeiras da sala de cirurgia já têm todos os componentes necessários embalados em ordem de uso, e Lantieri sabe “exatamente o que temos e onde vai.'
Segundo ele, eles “só precisam abrir a caixa”. E tudo graças à manufatura aditiva — impressão 3D de nível industrial que permite que uma máquina fabrique peças complexas do tipo Escher com precisão e velocidade nunca antes possíveis.
Então, como você “imprime em 3D” algo, exatamente?
Em geral, a impressão 3D é um processo em que um objeto físico é criado a partir de uma planta digital de algo que é “fatiado” em finas camadas horizontais e carregado em uma impressora.
Mas, ao contrário das “impressoras 3D de mesa” (que empurram o material derretido camada por camada como uma pistola de cola quente) normalmente usadas para protótipos de plástico em pequena escala, a manufatura aditiva pode criar peças metálicas complexas e totalmente funcionais (como os implantes de crânio de Lantieri ) até 1m de diâmetro.
Primeiro, Lantieri envia uma tomografia computadorizada 3D do rosto de seu paciente para um empresa de manufatura aditiva para modelagem. Usando pontos de referência de recursos no lado não danificado do crânio, os engenheiros produzem um modelo 3D completo do crânio do paciente pré-acidente.
Em seguida, a empresa usa o modelo para imprimir em 3D um implante que se encaixa como uma luva (ou melhor, um chapéu), combina com parafusos e ferramentas personalizados e os entrega a um hospital em um único kit especializado.
Veja como a 'impressão' real diminui:
- Máquinas aditivas espalham uma fina camada de pó de metal em uma plataforma.
- Um laser derrete a poeira de acordo com a primeira “fatia” do desenho.
- A plataforma é abaixada, mais pó é espalhado por cima, o laser faz o seu trabalho.
- Enxague e repita.
- Quando todas as camadas estão completas, todo o objeto é retirado do pó em uma única peça.
As implicações são enormes
Literalmente. Em novembro passado, o chefe da GE Additive, Mohammad Ehteshami, apresentou uma versão beta do a maior impressora 3D de cama de pó do mundo — uma máquina mais ou menos da altura de uma cesta de basquete.
Do ponto de vista da engenharia, o impacto é ainda maior.
O aditivo permite que os fabricantes façam peças mais fortes com menos material do que os métodos tradicionais de fabricação, como “fundição” (onde o metal é derramado em um molde, resfriado e removido). E, em comparação com uma fresadora (que esculpe peças de uma peça sólida de metal), não há desperdício - qualquer pó não derretido pode ser usado na próxima impressão.
Estas máquinas também podem imprimir com uma vasta gama de “tintas”, desde polímeros biocompatíveis (coisas que seu corpo não terá uma reação adversa) para implantes, para metais usados em motores a jato.
Caso em questão: o GE Catalyst Turboélice motor. Uma parte do primeiro motor de aeronave comercial impresso em 3D da GE Aviation, que passou em seu primeiro teste no último Natal, agora é feito com apenas 12 componentes (abaixo de 855 componentes em seu antecessor fabricado tradicionalmente).
Também é 100 libras mais leve, 20% mais eficiente em termos de combustível e 10% mais potente. Em suma, é “o sonho de um engenheiro”.
Então, como tudo isso aconteceu?
Um homem, um bico e um sonho
Há pouco mais de uma década, Ehteshami (então chefe de engenharia da GE Aviation) e sua equipe estavam trabalhando em um motor de ponta preparado para ser muito mais eficiente em termos de combustível do que seus antecessores. Havia apenas um problema: o bico de combustível em que ele dependia era insanamente complexo.
Exigiu mais de 20 peças que tiveram que ser montadas individualmente - um feito que se mostrou impossível com os métodos tradicionais. “Tentamos lançar oito vezes e falhamos todas as vezes”, Ehteshami disse GE Reports .
Por sorte, Ehteshami conhecia um cara.
Naquela época, o empresário Greg Morris era dono de uma empresa de impressão 3D boutique em Cincinnati chamada Morris Technologies, pioneira em uma nova tecnologia chamada “aditivo”.
A GE Aviation havia trabalhado com Morris em projetos e protótipos pontuais no passado, mas isso era diferente: o produto precisaria ser impresso em escala de produção em massa, algo que ninguém jamais havia realizado na aviação - e, se Morris tivesse sucesso , poderia mudar para sempre a forma como os motores a jato eram feitos.
Ehteshami “jurou segredo para Morris” e lhe enviou o arquivo de computador para a ponta do bico. Dias depois, foi impresso. O novo design combinou todas as 20 peças em um componente que era 5 vezes mais forte, mas pesava 25% menos do que um bico comum.
“Eu me lembro daquele dia como hoje,” Ehteshami meditou. “Eu estava animado, mas também perturbado. Eu sabia que encontramos uma solução, mas também vi que essa tecnologia poderia eliminar o que fizemos por anos e anos.”
“ Oh meu Deus ”, lembrou-se de pensar na época, “ se eu não começar a me mover, alguém o fará. ”
Bom demais para seu próprio bem
A tecnologia era tão ameaçadora para o modelo de negócios da GE que Ehteshami temia que a GE encerrasse sua operação renegada.
Depois que a GE Aviation adquiriu a Morris Technology em 2012, eles mudaram algumas máquinas para um prédio monótono longe do campus principal e começaram a experimentar silenciosamente…
Os resultados foram inegáveis. Em 2016, a GE expandiu seu portfólio de aditivos e perdeu mais de US$ 1 bilhão em participações majoritárias em dois dos maiores fabricantes de impressoras 3D industriais do mundo.
Nesse mesmo ano, em seu carta aos acionistas , o ex-CEO da GE Jeff Immelt avaliou o potencial mercado de manufatura aditiva em US$ 75 bilhões, projetando que a GE construiria um negócio de aditivos com receita de US$ 1 bilhão até 2020. Agora, eles estão construindo esse negócio de bilhões de dólares em antigas cidades siderúrgicas como Cincinnati e Pittsburgh – as mesmas cidades que estão mais preparadas para perturbar.
De cidades de aço a cidades de alumínio e titânio
Centro de Treinamento Aditivo da GE fica nos arredores de Cincinnati, na pequena cidade de West Chester, Ohio, população: 61k (dos quais A GE Aviation emprega cerca de 3,5% ).
Dentro da brilhante instalação de 130 mil pés quadrados estão cerca de 70 impressoras de aditivos industriais, produzindo um zumbido constante de ruído branco; comparado à moagem ensurdecedora de uma oficina mecânica tradicional, o ATC é menos barulhento, mais estéril.
A uma hora de distância, em Centro de experiência do cliente da GE em Pittsburgh, 50 engenheiros vestidos com uma estranha mistura de botas com biqueira de aço e roupas protetoras no estilo Kubrick trabalham intensamente em suas caixas de areia de milhões de dólares, produzindo componentes de última geração 100 mícrons de cada vez (isso é menos do que a espessura de um cabelo humano).
Essas cidades de aço estão subindo novamente – desta vez com uma confiança silenciosa. Parece que a próxima revolução industrial virá, não com um estrondo, mas com um sussurro.
Visite a GE Additive para Saber mais ou para alcançar sobre trabalhar em conjunto.
