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Usando a tecnologia da Essentium, engenheiros reduzem o tempo e o custo para quiosques de detecção de doenças.
RESUMO EXECUTIVO
Utilizando a Plataforma de Impressão 3D de Alta Velocidade Essentium (HSE™) e os materiais Essentium PA-CF e PLA, a Worlds Protect foi capaz de conceituar, projetar, prototipar e fabricar 10 quiosques funcionais de bafômetro para COVID-19 em um prazo acelerado. A tecnologia Essentium ajudou a Worlds Protect a alcançar:
Redução de 66% no tempo de execução para algumas peças
Redução de 90% no custo para alguns componentes
Iteração rápida para conceituar, projetar e desenvolver em dias em vez de semanas.
VISÃO GERAL DA SITUAÇÃO
No verão de 2020, apenas meses após a Organização Mundial da Saúde declarar o surto do novo coronavírus (COVID-19) uma pandemia global, os Estados Unidos enfrentavam uma grave escassez de testes de Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) para COVID-19. Em resposta, a Worlds Inc., a Força Aérea dos Estados Unidos e o Sistema da Universidade do Texas A&M começaram a colaborar para criar um bafômetro que ajudaria a aumentar a capacidade de testes de COVID-19.
Essa parceria chamada Worlds Protect propôs criar um quiosque de bafômetro sem contato para testar o COVID-19 usando tecnologia de inteligência artificial (IA) de detecção de doenças. Este bafômetro exigiria que o paciente usasse um canudo descartável para soprar no quiosque. A respiração então passaria por um espectrômetro de massa, onde a IA determinaria indicadores de compostos orgânicos voláteis a partir do espectro dos elementos na respiração. Finalmente, os resultados do teste seriam enviados para o smartphone do paciente em menos de um minuto.
O DESAFIO
No início do projeto, o Sistema da Universidade do Texas A&M foi encarregado de criar rapidamente 10 quiosques: cinco para a Força Aérea dos Estados Unidos e cinco para o Sistema da Universidade do Texas A&M. Durante esse período, os pesquisadores foram capazes de conceituar, projetar, prototipar, fabricar e montar cada quiosque.
Usando processos de fabricação tradicionais, levar um produto do conceito ao produto final pode levar anos. Devido a este prazo apertado e a uma cadeia de suprimentos imprevisível causada pela pandemia, o Sistema da Universidade do Texas A&M não tinha tempo para recorrer à fabricação tradicional para a criação de peças. Os pesquisadores precisavam encontrar uma solução que lhes permitisse fabricar designs de peças complexas e aumentar a velocidade de prototipagem sem sacrificar as propriedades mecânicas.
A SOLUÇÃO
Para acelerar o processo de fabricação, a equipe de engenheiros da Universidade do Texas A&M decidiu utilizar peças comerciais prontas sempre que possível. No entanto, quando eram necessárias geometrias complexas, eles recorreram a componentes impressos em 3D internamente como uma solução rápida e econômica.
Figura 1: Suporte de LCD, impresso em grupos de dez por vez.
Graças ao Sistema da Universidade do Texas A&M, a Worlds Protect teve acesso a seis impressoras 3D Essentium High Speed Extrusion (HSE) 180•ST. Esta frota de impressoras 3D permitiu-lhes projetar e iterar rapidamente, e imprimir peças em menos de um dia, às vezes utilizando todas as seis máquinas simultaneamente.
"Enquanto projetávamos rapidamente os quiosques, identificamos suportes, suportes de montagem e espaçadores que poderiam ser impressos em 3D", disse Maulik Kotecha, um estudante de doutorado da Universidade do Texas A&M. "Além disso, diversos suportes e capas de placas elétricas eram muito difíceis de fabricar usando métodos tradicionais."
Figura 2: Jetson Holder, impresso em grupos de dez por vez.
Durante o projeto das peças, a equipe utilizou o PLA Essentium de baixo custo para iteração, mas as peças finais precisavam resistir a temperaturas de até 100 °C e ter resistência à tração suficiente. Devido à sua resistência excepcional, resistência à temperatura e capacidade de impressão, o PA-CF da Essentium provou ser o material ideal para componentes de uso final.
RESULTADOS DE NEGÓCIOS
Com a colaboração da Worlds Inc. e da Força Aérea dos Estados Unidos, o Sistema da Universidade do Texas A&M utilizou máquinas e materiais da Essentium para produzir quiosques de bafômetro um mês antes do prazo previsto. Isso foi possível em parte devido à significativa redução no tempo de execução para os componentes dos quiosques. A maioria dessas peças foi impressa em menos de um dia, 66% mais rápido do que o prazo de três dias para a fabricação interna na instalação, que depende principalmente de métodos tradicionais de fabricação subtrativa.
Além de cumprir o prazo, a equipe da Worlds Protect conseguiu reduzir os custos em 90% em alguns casos. Por exemplo, uma das montagens usadas no produto final foi cotada a US$ 110 para uma versão usinada, mas custou apenas US$ 12 para ser impressa em 3D.
Após o desenvolvimento estar completo, os quiosques de bafômetro para COVID-19 da Worlds Protect serão distribuídos para fins de pesquisa. Cinco serão implantados na Universidade do Texas A&M em College Station, TX, e outros cinco serão implantados em várias instalações da Força Aérea.
A Essentium, Inc. fornece soluções de impressão 3D industriais que estão perturbando os processos de fabricação tradicionais, ao reunir resistência do produto e velocidade de produção, em escala, com um conjunto de materiais de engenharia sem compromisso. A Essentium fabrica e entrega impressoras 3D industriais inovadoras, materiais, software e serviços, permitindo que os principais fabricantes do mundo superem a lacuna entre impressão 3D e usinagem e adotem o futuro da manufatura avançada. A Essentium é certificada AS9100D e registrada no ITAR.
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