A Rheinmetall UK atua como principal contratada de defesa no Reino Unido, fornecendo sistemas avançados terrestres, eletrónicos e de armas ao British Army, com forte foco na capacidade soberana e na fabricação local. Os principais programas incluem o Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), o Challenger 3 Main Battle Tank e o novo "UK Gun Hall" para fabricação de canos
Em programas anteriores de desenvolvimento de veículos, os dutos para sistemas como o Crew Temperature Control System eram projetados com tubos flexíveis que conectavam caixas de junção fabricadas em chapa metálica. Esta abordagem funcionou bem durante muitos anos e oferece uma solução simples e económica para dutos de veículos. Em programas de modernização de veículos como o programa Challenger 3 da Rheinmetall UK, esta abordagem já não é viável devido às significativas restrições de espaço e à adaptação da arquitetura do veículo existente.
Poderiam ser utilizados vários métodos de produção para componentes complexos de dutos, como moldagem por injeção ou moldagem rotacional. No entanto, estes exigem ferramentas dispendiosas e, para a produção de baixo volume, este custo de ferramentas é significativo. Além disso, nos programas de desenvolvimento de veículos, os dutos de ar tendem a passar por muitas iterações e frequentemente exigem alterações tardias, uma vez que outros subsistemas competem pelo espaço. Portanto, existe o risco de as ferramentas terem de ser refabricadas e de as peças originalmente produzidas a tempo para os testes terem de ser refeitas para a série de produção do veículo.
Tendo estas pressões em mente, a fabricação aditiva oferece uma solução. Não existem custos de ferramentas para as peças, os designs podem ser alterados rapidamente para acomodar outras alterações do sistema e a complexidade das peças não aumenta o custo.
Tanto SLS como SLA foram investigados em detalhe para esta aplicação, sendo a decisão de selecionar FFF baseada em múltiplos fatores.
A primeira consideração é a funcionalidade exigida das peças produzidas. Nesta aplicação, existem requisitos rigorosos de retardância à chama, baixa geração de fumo e baixa toxicidade. As temperaturas de funcionamento superiores e inferiores eliminaram ainda mais opções de materiais, deixando candidatos como PA2241FR (SLS) e ULTEM 9085 (FFF). Na altura, não foram identificados materiais SLA adequados que cumprissem todos os requisitos.
O acabamento superficial é importante, não apenas para a estética da peça, mas também para um bom fluxo de ar dentro dos dutos. As peças SLS e SLA têm um acabamento superficial extremamente bom diretamente da máquina. O acabamento superficial das peças FFF pode ser mais rugoso, exigindo pós-processamento para melhorar. Os dutos precisam reter bem o ar para garantir que não haja queda desnecessária de pressão. SLA e SLS produzem paredes de peça sólidas, enquanto FFF pode deixar lacunas de ar que exigem vedação ou pintura para mitigação.
Eram necessárias grandes secções de dutos, por exemplo 400mm+, o que significava que algumas das máquinas SLA mais acessíveis não eram adequadas. Volumes de fabricação maiores em máquinas SLS aumentam significativamente o custo, enquanto máquinas FFF com maior volume de fabricação estão disponíveis a custos mais baixos.
Para esta aplicação de produção de baixo volume precisamos de um equilíbrio adequado entre custo e produtividade. SLS pode ser altamente produtivo, mas implica um elevado custo de capital para equipamentos e infraestrutura. As máquinas SLA de grande formato também podem ser altamente produtivas, produzindo lotes de peças rapidamente, mas também têm um preço elevado. As máquinas FFF de grande formato e alta temperatura podem ser mais acessíveis do que SLS ou SLA, mas não oferecem o mesmo nível de produtividade dos outros dois processos.
Por fim, há a questão de saber se fabricamos estas peças internamente ou se as subcontratamos a um fornecedor para fabrico. Esta é outra decisão fundamental e exige a consideração do custo global do programa, da prontidão da cadeia de fornecimento, da agilidade de produção necessária e do controlo do processo de produção.
Para chegar a uma decisão, tivemos de considerar as vantagens e desvantagens de cada tecnologia e se a implementaríamos internamente ou a subcontrataríamos a um fornecedor.
As vantagens de contratar a produção externamente, como a ausência de despesas de capital e o acesso ao know-how dos fornecedores, foram superadas pela falta de fornecedores qualificados disponíveis, por exemplo com acreditação Cyber Essentials +, pelo menor nível de controlo da produção, pelo ritmo de aprendizagem mais lento e por iterações mais lentas devido à falta de acesso às máquinas.
Tanto SLA como SLS exigem despesas de capital mais elevadas e uma integração mais complexa no chão de fábrica.
SLS não conseguiu oferecer uma escolha de material adequada que cumprisse todos os requisitos e desse confiança suficiente para compensar a maior complexidade do processo de produção.
A cadeia de fornecimento do Reino Unido para peças SLS em PA2241FR, na altura, não era competitiva. Para adoção interna, o processo era demasiado dispendioso e não utilizaríamos a máquina à capacidade máxima apenas com estas peças. Se tivéssemos requisitos de volume muito superiores, a produção SLS interna poderia ter sido mais competitiva em termos de custo.
O custo de capital para FFF era substancialmente inferior ao das outras opções, com uma instalação no chão de fábrica muito mais fácil, menos riscos de segurança e menores requisitos de formação a cumprir. A Rheinmetall UK tinha muita experiência na utilização de FFF para produzir protótipos como apoio ao design. Este know-how significava que a adoção de FFF para a produção de peças de uso final também apresentava um desafio cultural e de formação menor.
A produtividade de FFF correspondia à capacidade de produção exigida pela Rheinmetall UK no âmbito do programa Challenger 3 e exigia um espaço mínimo no chão de fábrica.
As limitações de FFF nesta aplicação podem ser mitigadas de forma económica. Ao utilizar acabamento vibratório e pintura das peças FFF ULTEM 9085, é possível produzir um produto de boa qualidade sem adicionar custos significativos de capital e por peça.
Considerando todos estes compromissos em conjunto, decidiu-se que, para a produção de dutos, a Rheinmetall UK deveria seguir uma estratégia de fabricação das peças internamente utilizando FFF com ULTEM 9085 , uma vez que esta oferecia a solução mais económica, mais flexível e de menor risco em comparação com as outras soluções analisadas.
Existe uma boa seleção de fabricantes em todo o mundo que oferecem impressoras FFF de alta temperatura capazes de produzir peças em ULTEM 9085. Durante o nosso processo de pré-seleção, considerámos as ofertas de vários fabricantes.
No final, a decisão de comprar um miniFactory Ignite resumiu-se a:
Custo da máquina vs. produtividade – A miniFactory Ignite era uma das máquinas de menor custo, mas ainda assim oferecia um grande volume de construção e um nível competitivo de produtividade.
Área de construção – pelo preço da máquina, miniFactory oferecia um grande volume de construção que permite a produção em lote. Isto significa que podemos reduzir os custos de mão de obra na gestão das impressões e utilizar mais horas sem supervisão para imprimir durante a semana e ao fim de semana.
Segurança – As máquinas miniFactory são fabricadas na Finlândia e, por isso, foram consideradas de menor risco cibernético do que algumas máquinas de outros fabricantes.
Custos operacionais – miniFactory Ignite é um sistema aberto, o que significa que a Rheinmetall UK podia comprar matéria-prima em grandes quantidades diretamente ao fabricante a preços altamente competitivos. Isto tem um impacto significativo no custo por peça. Além disso, o custo de propriedade era mais baixo. Eram necessários menos consumíveis, por ex. placas de construção reutilizáveis, bicos de longa duração e um pacote de suporte acessível. Todos estes aspetos contribuem para custos de produção mais baixos.
Suporte no Reino Unido – nem todos os fabricantes de impressoras podiam oferecer uma solução de suporte sediada no Reino Unido. Isto é importante, pois o tempo de inatividade da máquina pode não só afetar a produtividade, como também causar atrasos no programa. 3DGBIRE fornece o suporte para miniFactory no Reino Unido e fica a apenas algumas horas por estrada das instalações da Rheinmetall UK em Telford.
A compra e instalação da máquina foi apenas o primeiro passo para desenvolver e otimizar a capacidade de produção.
Com uma máquina no chão de fábrica, os nossos designers puderam compreender os impactos das suas decisões de design e fazer alterações rapidamente para melhorar tanto a funcionalidade como a eficiência de custos. Também conseguimos otimizar os perfis de impressão para obter os melhores resultados.
A prática habitual na otimização da fabricação aditiva é normalmente consolidar peças. Descobrimos que, para esta aplicação, o contrário era verdadeiro. Ao dividir as peças e criar juntas, conseguimos reduzir a quantidade de material de suporte necessário ou até eliminá-lo completamente. Isto significou que pudemos imprimir peças mais rapidamente, com menos material e menos horas de mão de obra de pós-processamento. Também nos permitiu atingir os nossos requisitos de produtividade com uma única máquina, proporcionando poupanças significativas.
Conseguimos otimizar os nossos layouts de lote e estabelecer a abordagem de pós-processamento mais económica para a aplicação em questão.
Ter acesso à maquinaria também tornou muito mais fácil experimentar soluções, por exemplo, o método de união ideal, adesivos compatíveis, abordagens de numeração de peças, métodos de acabamento superficial e acabamentos de pintura. Desenvolver esta solução personalizada na cadeia de fornecimento teria sido demorado e dispendioso.
Após a aquisição da máquina miniFactory Ignite e o trabalho realizado para desenvolver os processos de produção, a fabricação aditiva é agora a solução de referência para a fabricação de dutos no programa Challenger 3.
A adoção da fabricação aditiva permitiu uma rápida iteração de design anteriormente inimaginável. Conseguimos demonstrar que é possível fazer alterações de design e produzir uma peça de substituição num dia.
A mudança para a fabricação aditiva proporcionou grandes poupanças gerais de custos, mas o maior benefício está nas poupanças de cash flow. Ao fabricar sob demanda, os custos de aquisição de peças e do seu armazenamento foram mitigados. Não existem custos de ferramentas nem risco de aumentos significativos de custos devido a alterações de design.
Com a produção sob demanda, não há risco de as peças se perderem ou serem danificadas em armazenamento e, se as peças forem danificadas durante a montagem, as substituições podem ser produzidas rapidamente.
Ter a maquinaria no local acelerou significativamente a aprendizagem. As nossas competências em “Design for Additive Manufacturing” melhoraram, resultando em produtos de melhor qualidade, maior produtividade e custos mais baixos.
A adoção da fabricação aditiva também reduziu o risco geral do programa, apesar de ser um novo processo de fabricação. A capacidade de responder rapidamente às mudanças minimiza o potencial de atrasos no programa e longos ciclos de aquisição.
Finalmente, a adoção da fabricação aditiva para peças de uso final reforçou o foco na otimização do design e na eficiência de custos na fabricação. Ter os equipamentos de fabricação acessíveis aos designers ajudou muito.
Este projeto acelerou ainda mais a adoção da fabricação aditiva pela Rheinmetall UK para peças de uso final. Por exemplo, desde a adoção da miniFactory para a fabricação de dutos em polímero, a empresa investiu na tecnologia Metal Paste Deposition da Rapidia para produzir componentes de veículos em aço. É provável que, no futuro, ainda mais componentes se tornem competitivos em termos de custo para produzir com fabricação aditiva.
Por Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Imagem de cabeçalho: Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Utilizada sob a MOD News Licence.
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