Impressão 4D: transformando a fabricação e a supply chain

Nós interagimos com a infraestrutura o tempo todo – desde os tubos que trazem água todo dia de manhã para o nosso chuveiro até as ruas que nos conduzem diariamente para o trabalho. Em grande parte do tempo, pode ser fácil esquecer que esses sistemas de trabalho ainda existem. Eles simplesmente funcionam. É quando a infraestrutura falha que os desafios reais podem surgir, desde a infraestrutura física da qual dependemos até o tipo que sustenta a fabricação moderna e as supply chains.

Porém imagine um cenário onde a infraestrutura possa se adaptar e responder — para usar o exemplo dos tubos de água, uma estrutura que possa se ajustar às flutuações de temperatura, fluxo de água e pressão para evitar danos. Imagine que o cano poderia até mesmo se curar uma vez quebrado ou estourado. Embora ainda em seus estágios muito precoces, em grande parte de P&D, a tecnologia de impressão 4D pode potencialmente habilitar esse tipo de funcionalidade para infraestrutura no futuro, economizando esforços e custos relacionados a operações de negócios e manutenção de peças.

Os resultados podem ser potencialmente transformadores para as organizações e ajudá-las a criar produtos e serviços mais inovadores e diferenciados. Portanto, é útil se familiarizar com essa tecnologia emergente e o potencial que ela um dia pode ter.

As porcas e os parafusos da impressão 4D

Uma vez utilizada como diferencial competitivo, a personalização de produtos e serviços indiscutivelmente já se tornou um imperativo dos negócios. À medida que as tecnologias e os sistemas organizacionais crescem cada vez mais conectados, compartilhando dados e informações sobre o que está acontecendo no mundo físico, as organizações têm mais dados do que nunca a sua disposição, sobre uma ampla variedade de métricas: comportamento do cliente, funcionalidade de produto ou ativo, flutuações de demanda e mudanças ambientais (por exemplo, em temperatura, umidade, vibração e outras informações dependentes de onde e como o produto se destina a funcionar). Toda essa inteligência significa que os líderes de supply chain podem tomar decisões informadas especificamente adaptadas a cada cenário, resultando em maiores eficiências e melhores resultados de negócios.

A impressão 3D ajudou as empresas a usarem esses dados e informações para abordar algumas dessas demandas, permitindo que se personalizem designs de produtos de formas difíceis, se não impossíveis, de replicar com manufatura convencional. Considerada uma extensão da impressão 3D, a impressão 4D tem o potencial de levar a personalização um passo adiante, permitindo que peças impressas transformem-se em resposta a estímulos externos, como calor, luz, pressão e umidade. Em termos práticos, isso significa que os objetos impressos em 4D podem, teoricamente, reagir muito mais dinamicamente, em vez de permanecerem como estruturas rígidas e sólidas. É possível antever um futuro em que os produtos criados com a impressão 4D vão se adaptar e se ajustar ao seu entorno, além de serem personalizados para atender às necessidades do usuário.

Embora a tecnologia em si seja complexa, ela pode ser explicada de maneira relativamente simples. Um objeto é construído aditivamente (isto é, impresso em 3D) usando uma variedade de materiais com propriedades diferentes: alguns permanecem rígidos, enquanto outros se expandem ou mudam em resposta aos estímulos externos. Em nosso exemplo do tubo, os materiais que se expandem poderiam ser usados nas junções, por exemplo, enquanto os materiais rígidos são usados em outra parte — permitindo que a tubulação dobre, dependendo das condições.

Apesar de a impressão 4D ser relativamente nova, os materiais inteligentes que sustentam a tecnologia existem há várias décadas e podem ser encontrados em itens como lentes de contato, sistemas de entrega de remédios e roupas inteligentes. Apenas recentemente, no entanto, os avanços na tecnologia de impressão 3D — como a capacidade de imprimir objetos compostos de vários materiais — fizeram com que as aplicações 4D parecessem possíveis.

Usando a impressão 4D na cadeia de valor

A impressão 4D tem muitas aplicações potenciais em toda a organização, e seu potencial pode ser relevante em toda a cadeia de valor. Por exemplo, as propriedades de produtos de automontagem e autocura podem, teoricamente, abrir oportunidades inovadoras no design e desenvolvimento de produtos, criar valor em reduções de operações e custos de manutenção, ajudar a impulsionar supply chains mais eficientes, e até mesmo levar ao engajamento estratégico do cliente. A seguir exploramos algumas das possibilidades:

• Inovações em design e desenvolvimento de produtos. Para designers, pode ser desafiador antecipar e abordar todas as contingências ambientais usando materiais tradicionais e métodos de fabricação convencionais. No entanto, no futuro, a impressão 4D poderia potencialmente ser usada para transformar o design do produto, tornando possível criar objetos que não só antecipem, mas respondam às mudanças nas condições ambientais. Já estamos vendo algumas aplicações iniciais de pesquisa e desenvolvimento: a impressão 4D tem sido usada para testar retalhos pneumáticos em motores de aviões que abrem e fecham automaticamente para controlar o fluxo de ar, enquanto os pesquisadores também usaram hidrogéis para criar válvulas de água impressas em 4D que fecham dependendo da temperatura do líquido. Tais melhorias de design podem potencialmente ajudar os designers a reduzir a resistência ao movimento e melhorar a eficiência de combustível (no caso do avião) e melhorar a funcionalidade (no caso da válvula), que são considerações-chave para o desempenho e economia de custos.

O uso de materiais orgânicos na impressão 4D também pode levar a outras inovações de design. Por exemplo, as talas impressas em 4D compostas de materiais orgânicos foram implantadas nos pacientes para facilitar a respiração. Isso lhes permite se adaptar às mudanças corporais e dissolver nos tecidos circundantes, uma vez que tenham servido o seu propósito.

• Redução de operações e de custos de manutenção. Os produtos que podem se adaptar aos seus ambientes podem fornecer inúmeros benefícios operacionais e de manutenção. As válvulas acima mencionadas fabricadas com material de hidrogel, por exemplo, eram capazes de fechar automaticamente quando o líquido que flui através ficava acima de uma temperatura limiar, permitindo o controle do fluxo de água. Tubos impressos em 4D poderiam também teoricamente mudar seu diâmetro de acordo com o volume de fluxo ou fazer outras adaptações físicas baseadas em critérios ambientais. Em casos em que os tubos normais quebravam ou rachavam devido ao fluxo aumentado, os tubos impressos em 4D poderiam, assim, potencialmente ajustar seu tamanho, conduzindo à economia em custos de manutenção, do funcionamento, e da recolocação também.

• Supply chains mais eficientes. À medida que desenvolve e evolui, a impressão 4D também tem o potencial de tornar as supply chains mais eficientes. A impressão 3D já é usada em uma variedade de aplicações, e quando fornece o valor significativo no que diz respeito à produção sob demanda, personalizada, o conjunto final em si ainda leva tempo. É aí que a impressão 4D poderia eventualmente ser útil, porque poderia permitir a auto-montagem, suportando estruturas tais como caixas, abrigos, antenas, ou outras instalações. As peças poderiam ser fabricadas em uma fábrica e instaladas mais tarde, ativando-as através das circunstâncias ambientais. Essa capacidade pode ser particularmente relevante e útil em áreas remotas ou inacessíveis, por exemplo, em alívio de desastres, aplicações de defesa ou exploração espacial.

• Atendimento estratégico ao cliente. A impressão 4D poderia até mesmo um dia permitir que as empresas adicionassem valor através de serviços extras de pós-venda, além da compra inicial de um objeto ou produto. Ela poderia fazê-lo permitindo peças de reposição menores, mais compactas – e convenientes – e potencialmente reduzindo reparos e substituições completamente. No caso anterior, as peças condensadas poderiam ser ativadas para tomar a forma desejada conforme necessário para substituir as peças existentes. Essa capacidade poderia ter impactos profundos em várias indústrias, especificamente aeroespacial, automotiva e outros setores em que a logística e a gestão de estoques são fatores significativos. Nesse último caso, a capacidade de ajuste das peças que mudam de forma às condições ambientais pode levar a uma redução na necessidade de reparos e substituições, levando a menores custos de propriedade vitalícia para os clientes.

O futuro ganha corpo

As tecnologias emergentes permitiram que as empresas acelerassem o processo de inovação, e a impressão 4D é uma dessas capacidades nascentes que um dia poderiam oferecer às organizações oportunidades significativas de criar novos produtos e serviços a velocidades mais rápidas. No entanto, uma vez que a tecnologia vai amadurecendo, os gerentes devem pensar sobre como adotar a impressão 4D de maneiras que lhes permitam tirar o máximo proveito da tecnologia conforme ela se movimenta para além do estágio de P&D.

Por exemplo, os fabricantes devem considerar como assegurar que os componentes impressos em 4D tenham um desempenho com consistência e qualidade. Os líderes também devem implementar práticas de operações que podem testar a resistência mecânica e garantir o controle de qualidade. As equipes também devem definir métricas tendo a nova tecnologia em mente, como os intervalos de tempo aceitáveis para os processos de “transformação” de peças impressas em 4D, para garantir que os objetos não mudem nem se adaptem muito lentamente para serem eficazes em condições do mundo real.

Os gestores ainda têm de pensar onde será mais eficaz, dentro da organização, fazer um piloto com essa tecnologia: projetos específicos de produto onde forma e funcionalidade são uma preocupação devido às condições ambientais imprevisíveis, ou pontos de dor específicos na supply chain que são difíceis de gerenciar ou até inacessíveis. As características de personalização e adaptabilidade tornam a impressão 4D particularmente poderosa.