A Revolução da Impressão 3-D

A Revolução da Impressão 3-D

Impressão Industrial 3-D está num ponto de viragem, prestes a ir para o mainstream em grande estilo. A maioria dos executivos e muitos engenheiros não se apercebem disso, mas esta tecnologia foi muito além da prototipagem, das ferramentas rápidas, das bugigangas e dos brinquedos. A “fabricação de aditivos” está criando produtos duráveis e seguros para venda a clientes reais em quantidades moderadas a grandes.

O início da revolução aparece em uma pesquisa da PwC de 2014 com mais de 100 empresas fabricantes. Na altura do inquérito, 11% já tinham passado para a produção em volume de peças ou produtos impressos em 3-D. Segundo os analistas do Gartner, uma tecnologia é “mainstream” quando atinge um nível de adoção de 20%.

As numerosas empresas que utilizam a impressão em 3-D para aumentar a produção são a GE (motores a jacto, dispositivos médicos e peças para electrodomésticos), Lockheed Martin e Boeing (aeroespacial e defesa), Aurora Flight Sciences (veículos aéreos não tripulados), Invisalign (dispositivos dentários), Google (electrónica de consumo) e a empresa holandesa LUXeXcel (lentes para díodos emissores de luz, ou LEDs). Observando estes desenvolvimentos, a McKinsey relatou recentemente que a impressão 3D está “pronta para emergir do seu nicho de mercado e tornar-se uma alternativa viável aos processos convencionais de fabricação em um número crescente de aplicações”. Em 2014, as vendas de impressoras 3-D de grau industrial nos Estados Unidos já eram um terço do volume de vendas de automação industrial e robótica. Algumas projeções têm esse número subindo para 42% até 2020.

Mais empresas seguirão, pois a gama de materiais imprimíveis continua a se expandir. Além dos plásticos básicos e resinas fotossensíveis, estes já incluem cerâmica, cimento, vidro, numerosos metais e ligas metálicas, e novos compósitos termoplásticos infundidos com nanotubos e fibras de carbono. A economia superior acabará por convencer os retardatários. Embora os custos directos de produção de bens com estes novos métodos e materiais sejam frequentemente mais elevados, a maior flexibilidade proporcionada pela produção de aditivos significa que os custos totais podem ser substancialmente inferiores.

Com esta mudança revolucionária já em curso, os gestores devem agora envolver-se em questões estratégicas a três níveis:

Primeiro, os vendedores de produtos tangíveis devem perguntar como as suas ofertas podem ser melhoradas, quer por si próprios quer pelos concorrentes. Fabricar um objeto camada por camada, de acordo com um “plano” digital baixado para uma impressora, permite não só uma personalização ilimitada, mas também desenhos de maior complexidade.

Segundo, as empresas industriais devem revisitar suas operações. Como a fabricação de aditivos cria inúmeras novas opções de como, quando e onde os produtos e peças são fabricados, qual a rede de ativos da cadeia de suprimentos e qual a combinação de processos antigos e novos que será ótima?

Terceiro, os líderes devem considerar as implicações estratégicas à medida que ecossistemas comerciais como um todo começam a se formar em torno das novas realidades da impressão em 3-D. Muito tem sido feito sobre o potencial de grandes faixas do setor manufatureiro para atomizar em um número incalculável de pequenos “fabricantes”. Mas essa visão tende a obscurecer um desenvolvimento mais seguro e mais importante: Para permitir a integração de actividades entre designers, fabricantes e transportadores de bens, as plataformas digitais terão de ser estabelecidas. A princípio, essas plataformas permitirão atividades de design para impressão e compartilhamento de design e download rápido. Em breve orquestrarão as operações de impressão, controle de qualidade, otimização em tempo real de redes de impressoras e troca de capacidade, entre outras funções necessárias. Os provedores de plataformas de maior sucesso prosperarão poderosamente estabelecendo padrões e fornecendo as configurações em que um ecossistema complexo possa coordenar respostas às demandas do mercado. Mas cada empresa será afetada pela ascensão dessas plataformas. Haverá muito jockeying entre os operadores históricos e start-ups para capturar partes do enorme valor que esta nova tecnologia criará.

Estas questões somam-se a uma quantidade substancial de pensamento estratégico, e ainda outra permanece: A que velocidade tudo isto vai acontecer? Para um determinado negócio, eis a rapidez com que isso pode acontecer: A indústria de aparelhos auditivos dos EUA converteu-se em 100% de fabricação de aditivos em menos de 500 dias, de acordo com um CEO da indústria, e não sobreviveu uma empresa que se agarrou aos métodos tradicionais de fabricação. Os gestores terão de determinar se é sensato esperar que esta tecnologia de evolução rápida amadureça antes de fazer certos investimentos ou se o risco de espera é demasiado grande. Suas respostas serão diferentes, mas para todos eles parece seguro dizer que o tempo para o pensamento estratégico é agora.

Vantagens do Aditivo

Pode ser difícil imaginar que esta tecnologia irá deslocar as formas padrão atuais de fazer as coisas em grandes quantidades. As prensas tradicionais de moldagem por injeção, por exemplo, podem cuspir milhares de widgets por hora. Em contraste, as pessoas que assistiram a impressoras 3D em ação no mercado de hobbies muitas vezes acham o acúmulo camada por camada de objetos comicamente lento. Mas os avanços recentes na tecnologia estão mudando drasticamente em ambientes industriais.

Alguns podem esquecer porque a fabricação padrão ocorre com uma velocidade tão impressionante. Esses widgets são lançados rapidamente porque foram feitos grandes investimentos para estabelecer a complexa gama de máquinas-ferramentas e equipamentos necessários para produzi-los. A primeira unidade é extremamente cara de fazer, mas à medida que se seguem unidades idênticas, o seu custo marginal despenca.

A fabricação de aditivos não oferece nada parecido com essa economia de escala. No entanto, evita o lado negativo da fabricação padrão – a falta de flexibilidade. Como cada unidade é construída independentemente, ela pode ser facilmente modificada para atender necessidades únicas ou, mais amplamente, para acomodar melhorias ou mudanças de moda. E a instalação do sistema de produção é muito mais simples, porque envolve muito menos etapas. É por isso que a impressão em 3-D tem sido tão valiosa para a produção de peças únicas, como protótipos e peças de reposição raras. Mas a fabricação de aditivos faz cada vez mais sentido, mesmo em maior escala. Os compradores podem escolher entre infinitas combinações de formas, tamanhos e cores, e esta personalização acrescenta pouco ao custo de um fabricante mesmo quando os pedidos atingem níveis de produção em massa.

Uma grande parte da vantagem aditiva é que as peças que costumavam ser moldadas separadamente e depois montadas podem agora ser produzidas como uma peça em uma única tiragem. Um exemplo simples é o dos óculos de sol: O processo 3-D permite que a porosidade e a mistura de plásticos variem em diferentes áreas da estrutura. Os auriculares saem macios e flexíveis, enquanto os aros que seguram as lentes são duros. Não requer montagem.

A impressão de peças e produtos também permite que eles sejam projetados com arquiteturas mais complexas, como a colagem de mel dentro de painéis de aço ou geometrias antes muito finas para moer. Peças mecânicas complexas – um conjunto de engrenagens encapsuladas, por exemplo – podem ser feitas sem montagem. Métodos aditivos podem ser usados para combinar peças e gerar muito mais detalhes interiores. É por isso que a GE Aviation passou a imprimir os bocais de combustível de certos motores a jacto. Espera produzir mais de 45.000 do mesmo design por ano, pelo que se pode assumir que os métodos convencionais de fabrico seriam mais adequados. Mas a tecnologia de impressão permite que um bico que costumava ser montado a partir de 20 peças fundidas separadamente seja fabricado numa só peça. A GE diz que isto reduzirá o custo de fabricação em 75%.

A fabricação de aditivos também pode usar vários jatos de impressão para colocar diferentes materiais simultaneamente. Assim, a Optomec e outras empresas estão desenvolvendo materiais condutores e métodos de impressão de microbateria e circuitos eletrônicos diretamente dentro ou sobre as superfícies dos aparelhos eletrônicos de consumo. Aplicações adicionais incluem equipamentos médicos, bens de transporte, componentes aeroespaciais, dispositivos de medição, infra-estrutura de telecomunicações e muitas outras coisas “inteligentes”.

O enorme apelo de limitar o trabalho de montagem está empurrando os equipamentos de fabricação de aditivos para crescerem cada vez mais. No extremo atual, o Departamento de Defesa dos EUA, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel e Oak Ridge National Laboratory estão fazendo uma parceria para desenvolver uma capacidade de impressão da maioria dos endo- e exosqueletos de caças a jato, incluindo o corpo, asas, painéis estruturais internos, fiação e antenas embutidas e, em breve, a estrutura central de suporte de carga. A chamada fabricação de aditivos de grande área torna possível a fabricação de tais objetos de grande porte usando um enorme pórtico com controles computadorizados para mover as impressoras para a posição. Quando este processo tiver sido certificado para uso, a única montagem necessária será a instalação de módulos eletrônicos plug-and-play para navegação, comunicações, armamento e sistemas de contramedidas eletrônicas em baías criadas durante o processo de impressão. No Iraque e no Afeganistão, os militares americanos têm usado drones da Aurora Flight Sciences, que imprime todo o corpo desses veículos aéreos não tripulados – alguns com envergaduras de asas de 132 pés em uma só construção.

Estratégia Tridimensional

Esta breve discussão sobre as vantagens da fabricação de aditivos sugere a rapidez com que as empresas adotarão a tecnologia – e economias adicionais em estoque, transporte e custos de instalações tornarão o caso ainda mais forte. A implicação clara é que os gestores em empresas de todos os tipos devem estar trabalhando para antecipar como seus negócios se adaptarão nos três níveis estratégicos mencionados acima.

Offerings, redesenhados.

Estratégia de produto é a resposta para a pergunta mais básica nos negócios, O que iremos vender? As empresas precisarão imaginar como seus clientes poderiam ser melhor servidos em uma era de fabricação de aditivos. Que designs e características serão agora possíveis que não eram antes? Que aspectos podem ser melhorados porque as restrições ou atrasos de entrega foram eliminados?

Por exemplo, nas indústrias aeroespacial e automotiva, a impressão em 3-D será mais freqüentemente utilizada na busca de ganhos de desempenho. Anteriormente, a eficiência de combustível dos caças a jacto e veículos podia ser melhorada através da redução do seu peso, mas isto tornava-os frequentemente menos sólidos do ponto de vista estrutural. A nova tecnologia permite aos fabricantes esvaziar uma peça para torná-la mais leve e mais eficiente no consumo de combustível e incorporar estruturas internas que proporcionam maior resistência à tração, durabilidade e resistência ao impacto. E novos materiais com maior resistência térmica e química podem ser usados em vários pontos de um produto, conforme necessário.

Em outras indústrias, o uso de fabricação de aditivos para produtos mais adequados e de rápida evolução terá ramificações na forma como as ofertas são comercializadas. O que acontece com o conceito de geração de produtos – apenas o hoopla em torno de um lançamento – quando as coisas podem ser atualizadas continuamente durante as sucessivas impressões em vez de nos saltos quânticos exigidos pelos maiores custos de ferramentas e tempos de preparação da fabricação convencional? Imagine um futuro próximo no qual a inteligência artificial baseada na nuvem aumenta a capacidade da fabricação de aditivos para mudar ou adicionar produtos instantaneamente sem necessidade de reequipamento. Mudanças em tempo real na estratégia do produto, tais como mix de produtos e decisões de design, se tornariam possíveis. Com uma adaptação tão rápida, que novas vantagens devem ser fundamentais para as promessas da marca? E como os departamentos de marketing poderiam evitar o desvio da marca sem perder as vendas?

Operações, reoptimizadas.

Estratégia de operações engloba todas as questões de como uma empresa comprará, fará, mudará e venderá produtos. As respostas serão muito diferentes com a fabricação de aditivos. Uma maior eficiência operacional é sempre uma meta, mas pode ser alcançada de muitas maneiras. Hoje a maioria das empresas que contemplam o uso da tecnologia fazem análises financeiras fragmentadas de oportunidades de troca de equipamentos e projetos em 3-D, onde estes podem reduzir custos diretos. Ganhos muito maiores virão quando elas ampliarem suas análises para considerar o custo total de fabricação e despesas gerais.

Quanto se poderia economizar cortando as etapas de montagem? Ou cortando os estoques através da produção apenas em resposta à demanda real? Ou vendendo de diferentes maneiras – por exemplo, diretamente aos consumidores através de interfaces que lhes permitam especificar qualquer configuração? Num mundo híbrido de antigos e novos métodos de produção, os produtores terão muito mais opções; eles terão que decidir quais componentes ou produtos transitar para a produção de aditivos, e em que ordem.

Perguntas adicionais surgirão em torno das localizações das instalações. O quão próximo eles devem estar de quais clientes? Como os pedidos altamente personalizados podem ser entregues com a mesma eficiência com que são produzidos? A impressão deve ser centralizada nas fábricas ou dispersa numa rede de impressoras nos distribuidores, nos retalhistas, nos camiões, ou mesmo nas instalações dos clientes? Talvez todas as anteriores. As respostas mudarão em tempo real, ajustando-se às mudanças de câmbio, custos de mão-de-obra, eficiência e capacidades da impressora, custos de material, custos de energia e custos de envio.

Uma distância de viagem mais curta para produtos ou peças não só poupa dinheiro; poupa tempo. Se você já foi forçado a deixar seu veículo em uma oficina de reparo enquanto o mecânico espera por uma peça, você vai apreciar isso. A BMW e a Honda, entre outras montadoras, estão se movendo em direção à fabricação de aditivos para muitas ferramentas industriais e peças de automóveis de uso final em suas fábricas e concessionárias – especialmente à medida que novos materiais de metal, plástico composto e fibra de carbono se tornam disponíveis para uso em impressoras 3-D. Distribuidores em muitos setores estão tomando nota, ansiosos para ajudar seus clientes comerciais a capitalizar as novas eficiências. A UPS, por exemplo, está a desenvolver o seu actual negócio de logística de terceiros para transformar os seus armazéns de hubs aeroportuários em mini-fábricas. A ideia é produzir e entregar peças personalizadas aos clientes conforme necessário, em vez de dedicar acres de prateleiras a vastos inventários. Se já vivemos em um mundo de gerenciamento de estoque just-in-time, agora vemos como as coisas JIT podem chegar. Bem-vindo ao gerenciamento instantâneo de estoque.

Indeed, dadas todas as eficiências potenciais da fabricação de aditivos altamente integrados, o gerenciamento de processos de negócios pode se tornar a capacidade mais importante em torno. Algumas empresas que se destacam nesta área irão construir sistemas de coordenação proprietários para garantir vantagem competitiva. Outras irão adotar e ajudar a moldar pacotes padrão criados por grandes empresas de software.

Ecosistemas, reconfigurados.

Finalmente surge a questão de onde e como a empresa se enquadra no seu ambiente de negócios mais amplo. Aqui os gestores abordam os puzzles de Quem somos? e O que precisamos de ter para sermos quem somos? Como a fabricação de aditivos permite às empresas adquirir impressoras que podem fazer muitos produtos, e como a capacidade ociosa é comercializada com outros no negócio de oferecer produtos diferentes, as respostas a essas perguntas se tornarão muito menos claras. Suponha que você tem filas de impressoras em suas instalações que constroem peças de automóveis num dia, equipamentos militares no dia seguinte, e brinquedos no dia seguinte. De que indústria você faz parte? Os limites tradicionais vão se esbater. No entanto, os gerentes precisam de um forte senso do papel da empresa no mundo para tomar decisões sobre quais ativos eles investirão ou se alienarão de.

Eles podem encontrar suas organizações evoluindo para algo muito diferente do que têm sido. Como as empresas estão livres de muitos dos requisitos logísticos da fabricação padrão, elas terão que olhar novamente para o valor de suas capacidades e outros ativos e como estes complementam ou competem com as capacidades de outros.

Oportunidade da Plataforma

Uma posição no ecossistema provará ser a mais central e poderosa – e este fato não se perde nas equipes de gerenciamento dos maiores players já no negócio de manufatura aditiva, como eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys e Sistemas 3D. Muitos estão empenhados em desenvolver as plataformas sobre as quais outras empresas irão construir e se conectar. Eles sabem que o papel de provedor de plataformas é o maior objetivo estratégico que eles poderiam perseguir e que ainda está muito em cima para grabs.

Plataformas são uma característica proeminente em mercados altamente digitalizados do século 21, e a fabricação de aditivos não será exceção. Aqui os proprietários de plataformas serão poderosos porque é provável que a produção em si seja menos importante com o tempo. Algumas empresas já estão criando “fazendas de impressoras” que efetivamente irão comercializar a fabricação de produtos sob demanda. Mesmo os designs valiosos para produtos imprimíveis, sendo puramente digitais e facilmente compartilhados, serão difíceis de segurar. (Por esse motivo, os dispositivos de digitalização em 3-D tornarão possível a engenharia reversa dos produtos, capturando suas informações de design geométrico.)

Todos no sistema terão interesse em sustentar as plataformas nas quais a produção é dinamicamente orquestrada, as plantas são armazenadas e continuamente melhoradas, os suprimentos de matérias-primas são monitorados e comprados, e os pedidos dos clientes são recebidos. Aqueles que controlam o ecossistema digital estarão no meio de um tremendo volume de transações industriais, coletando e vendendo informações valiosas. Eles farão a arbitragem e dividirão o trabalho entre partes confiáveis ou o designarão internamente, quando apropriado. Eles negociarão a capacidade de impressão e projetos em todo o mundo, influenciando os preços através do controle ou redirecionamento do “fluxo de negócios” para ambos. Assim como os árbitros de commodities, eles financiarão negócios ou comprarão baixo e venderão alto com a informação assimétrica que ganham ao supervisionar milhões de transações.

Responsibilidade de alinhar a capacidade dispersa com a crescente demanda do mercado cairá para um pequeno número de empresas – e para que todo o sistema funcione eficientemente, algumas terão que se aproximar dele. Procure analógicos para Google, eBay, Match.com e Amazon para emergir como motores de busca, plataformas de troca, mercados de marca e matchmakers entre impressoras de fabricação de aditivos, designers e repositórios de design. Talvez até mesmo a negociação automatizada venha a existir, juntamente com mercados para negociação de derivativos ou futuros sobre a capacidade e designs de impressoras.

Em essência, então, os proprietários de ativos de fabricação baseados em impressoras irão competir com os proprietários de informações pelos lucros gerados pelo ecossistema. E, em ordem bastante curta, o poder migrará dos produtores para grandes integradores de sistemas, que criarão plataformas de marca com padrões comuns para coordenar e suportar o sistema. Eles promoverão a inovação através de open sourcing e aquisição ou parceria com empresas menores que atendam a altos padrões de qualidade. Pequenas empresas podem de fato continuar a experimentar novas abordagens interessantes nas margens – mas precisaremos de grandes organizações para supervisionar os experimentos e depois pressioná-las a serem práticas e escaláveis.

Digital History Replicated

Pensando sobre o desdobramento da revolução na fabricação de aditivos, é difícil não refletir sobre essa grande tecnologia transformadora, a internet. Em termos da história desta última, talvez seja justo dizer que a fabricação de aditivos é apenas em 1995. Os níveis de propaganda estavam altos naquele ano, mas ninguém imaginava como o comércio e a vida mudariam na próxima década, com a chegada do Wi-Fi, dos smartphones e da computação em nuvem. Poucos previram o dia em que a inteligência artificial baseada na internet e os sistemas de software poderiam administrar fábricas – e até mesmo infra-estruturas urbanas – melhor do que as pessoas poderiam.

O futuro da fabricação de aditivos trará surpresas semelhantes que podem parecer estritamente lógicas em retrospectiva, mas são difíceis de imaginar hoje. Imagine como novos impressores altamente capazes poderiam substituir trabalhadores altamente qualificados, transferindo empresas inteiras e até mesmo países baseados em fabricação para uma produção sem pessoas. Em “organizações de máquinas”, os humanos poderiam trabalhar apenas para prestar serviços aos impressores.

E esse futuro chegará rapidamente. Uma vez que as empresas colocam um dedo do pé na água e experimentam as vantagens de uma maior flexibilidade de fabricação, elas tendem a mergulhar em profundidade. À medida que a ciência dos materiais cria mais substâncias imprimíveis, mais fabricantes e produtos se seguirão. A Local Motors demonstrou recentemente que pode imprimir um roadster com bom aspecto, incluindo rodas, chassis, carroçaria, tejadilho, bancos interiores e painel de instrumentos, mas ainda não tem transmissão, de baixo para cima em 48 horas. Quando entrar em produção, o roadster, incluindo o sistema de transmissão, terá um preço de aproximadamente 20.000 dólares. À medida que o custo dos equipamentos e materiais em 3-D diminui, as vantagens remanescentes dos métodos tradicionais em economias de escala estão se tornando um fator menor.

Aqui está o que podemos esperar com confiança: Nos próximos cinco anos teremos sistemas de fabricação de aditivos de grande quantidade, totalmente automatizados e de alta velocidade, que são econômicos mesmo para peças padronizadas. Devido à flexibilidade desses sistemas, a personalização ou fragmentação em muitas categorias de produtos irá então descolar, reduzindo ainda mais a quota de mercado da produção convencional em massa.

Os líderes empresariais da Smart não estão à espera que todos os detalhes e eventualidades se revelem. Eles podem ver claramente que os desenvolvimentos de fabricação de aditivos irão mudar a forma como os produtos são projetados, feitos, comprados e entregues. Eles estão dando os primeiros passos no redesenho dos sistemas de manufatura. Eles estão prevendo as reivindicações que irão apostar no ecossistema emergente. Eles estão tomando as muitas camadas de decisões que se somarão em vantagem em um novo mundo de impressão em 3-D.