ProjetoPeçasPlásticasAuto

Worksh
Workshop
Aplicaç op
Aplicação de
Materia ão de
Materiais na á
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Automo a área
Automotiva rea
tiva

Pontos críticos em projeto de peças plásticas e
eco-design na indústria automotiva
Uma abordagem prática para o uso de materiais

Fernando J. Novaes
São Paulo - Dezembro 2007

© Esse material é de propriedade da Polilab Consultoria - Reproduzir somente com permissão 1

Início

Os conceitos dos desenvolvimentos atuais vem na verdade de muito tempo e estão

evoluindo com advento de novas tecnologias de obtenção, catalisadores, blendagens e

composição de plásticos que atinjam cada vez mais altas performances em

propriedades para diversas aplicações, como resistência ao impacto, resistência a altas

temperaturas, resistência a intempéries e a luz, alto e baixo brilho, baixo teor de

voláteis, etc.


Início
Tudo isso sem uma visão sistêmica
de projeto com foco para os pontos
críticos, torna-se ineficaz e
oneroso. Para isso vou apresentar
minha visão prática para uso de
materiais em projetos de peças
plásticas.


Evolução no uso de materiais plásticos


Mudanças
As mudanças no mercado de

veículos os anos 90 até os dias

atuais e a concorrência com os

produtos importados a partir

da abertura econômica iniciada
nessa década, provocaram o lançamento de novos

modelos de automóveis, os quais incorporam um grande

número de novos componentes e materiais, se não tão

novos, tentando acompanhar uma tendência tecnológica e

mercadológica.


Mudanças
Essas mudanças decorreram do processo

constante de inovação tecnológica da

indústria automobilística, que busca obter

maior economia, leveza, resistência,

segurança e progressivamente, ir

adotando uma postura ecológica para seus produtos.

Com isso a conseqüente necessidade de acompanhamento da

indústria de transformação e dos fabricantes de polímeros.
Crítico
Crí
Aqui no Brasil não foi diferente ! (?) Escala


Evolução na gestão


Conceito simbólico para
Conceito simbólico para

criação e projeto de peças
criação e projeto de peças


Conceito de criação e projeto de peças

Design
Design Viabilidade
Tendências Viabilidade
Tendências TTécnica
écnica
Funcionalidade
Funcionalidade Design Review
Design Review

Mercado
Mercado
Clíínicas
Cl nicas
Clí
Anáálise
An lise
Aná
Econômica
Econômica

Desejos
Desejos
CAE CAD CAM
CAE CAD CAM
Desenvolvimento Projeto
Projeto
Desenvolvimento Elementos
de
de Elementos
Fornecedores
Fornecedores Finitos
Finitos


Principais análises para o projeto

Design
Design
Tendências
Tendências
Funcionalidade
Funcionalidade

C

Viabilidade Anáálise CAE CAD CAM
Viabilidade An lise
Aná Design Review Projeto
TTécnica
écnica Econômica Design Review
Econômica

Engenharia
Avançada C
CAE CAD
Avaliaç
Avaliação e Qualificação de Fornecedores
Qualificaç
Meios
Homologaç
Homologações...


Tendências na indústria atual

• engenharia reversa;

• ferramentas de simulação;

• prototipagem rápida;

• sub-conjuntos integrados;

• monomaterial - incrementar volume para evoluir comercial;

• negociação direta MP; Escala
C
• otimizar custos de reposição; C

• desenvolver novas tecnologias visando performance; Escala

• amigável ao meio ambiente; acv - avaliação de impactos; e

• uso de fontes renováveis e material reciclado ...


Ciclo de Desenvolvimento do Produto


Ciclo de Consumo do Produto

Matéria-Prima Produto


Visão macro no desenvolvimento de projetos


Visão de detalhe no projeto de peças

Projeto Enga Materiais

Fabricante
Idéia
Idé
Design
Polímeros
Polí

Moldador
Montadora

Produto
C


Visão mais detalhada no desenvolvimento de projetos
PLANEJAMENTO, CUSTEIO FERRAMENTAL APROVAÇÃO
APROVAÇ TEXTURIZAÇÃO
TEXTURIZAÇ SÉRIE PILOTO
FERRAMENTAL
SELEÇÃO DO MATERIAL
SELEÇ PRÉ-SÉRIE
PRÉ
DESENHOS
C
TAPE DRAWING
MODELOS CLAY

DESENHOS 3 D PROTÓTIPOS
PROTÓ TRY OUT PEÇAS
PEÇ SÉRIE
CLAY PRONTO
SCANNING SUPERFICIE
MODELO DE SUPERFICIE
HOMOLOGAÇÃO MP
HOMOLOGAÇ
C

Pontos críticos no projeto

Os pontos críticos estão Matéria Prima
crítico
localizados nas regiões de

fronteira entre as etapas Ferramental
crítico
que determinam de Projeto
Projeto
Processo
maneira marcante o futuro
crítico
da peça, quer seja na sua
Moldador
performance, quer seja na
crítico
previsão de falhas e C
Custos
otimização de custos. Capacitação
do Pessoal


Desse modo os três estágios fundamentais na cadeia de valores do projeto que são
está
importantes e que são controladas, em geral, por três departamentos diferentes e
departamentos
independentes, que devem possuir o mesmo nível de informação e o mesmo comando na
ní informaç
cadeia para serem eficazes e otimizados - Projeto da Peça, Projeto do Molde e a
Peç
Produção da Peça .
Produç Peç


Desafio do material


Fabricantes

C
Componedor

Componedor
O que se tem de bom ...
• flexibilidade
• assistência ao cliente
• competitividade

O que não é tão bom...
• tecnologia - “grades tropicais “
• baixos recursos para aplicação
em desenvolvimentos
• preço

O que seria bom de ter ...
• total integração no projeto
• melhoria tecnológica
• redução de custo
• parceria com moldador


Gestão do produto e processo

Moldadores

Componedores

Montadoras



Controle de Parâmetros de Processo
Componedores
Componedores
Controle de Propriedades

Matéria-Prima
Matéria-Prima Controle de Propriedades
Controle de Remessa

C
Homologação Material
Homologaç
Resinas
Resinas Controle de Parâmetros
Controle de Remessa

Compostos
Compostos
C

Negociação MP


C

Homologação
Controle de Parâmetros Moldadores
Moldadores
Controle de Propriedades

Compostos Controle de Parâmetros de Processo
Compostos
Controle de Remessa
Dimensional e Propriedades
C

Auditoria
Peças
Peças PAPP
Part Submission Warrant

C
Montadora
Montadora


Homologação MP
Aprovação Dimensional
C

Material
Estilo
Funcional Montadora
Montadora
Engenharia
Auditoria
Produto/Processo/MP

Matéria-Prima/
Matéria-Prima/
Peças
Peças
Aprovação Dimensional
Projeto Funcional C
Engenharia

C Conjuntos
Conjuntos Auditoria

Peça

Veículos
Veículos


Desafio para o Projeto C
Ponto de vista de engenharias


Roteiro prático para desenvolvimento de projeto de peças plásticas
1 - Escolha do conjunto 5 - Seleção do fornecedor de Matéria-Prima

2 - Desenvolvimento do projeto/estudo com: 5.1 - Básico
· alocação de recursos ⋅ Cotações
· estudo de viabilidade técnica ⋅ Matéria-prima homologada
· desenho - massa ⋅ Negociação com moldador
· estudo de custos
· análise defeito envolvido - espinha de peixe e oito passos
6 - Desenvolvimento de Engenharia
· ferramental
· normas e ensaios 6.1 - Simulações (CAE)
· matéria-prima 6.2 - Molde Protótipo
· protótipo virtual
6.3 - Testes de Laboratório - Testes de Engenharia (Molde
3 - Realização do Statement para a peça ou conjunto com definitivo)
avaliação e realização - caderno de encargos : 6.4 - Testes de Intemperismo - Natural (Nas homologações de
MP já são realizados os ensaios de intemperismo
· Das necessidades funcionais
· Das necessidades de qualidade acelerado e natural, eventualmente há a necessidade de
· Realização do FMEA que se realize na própria peça esse quesito o que deixa
· Dos impactos ambientais pendente a homologação de MP)
· Das questões envolvendo legislação
· Das solicitações: mecânicas, químicas, intemperismo, 7 - Aprovação da peça - PPAP- PSW
funcionais, dimensionais, estilo, etc.
· Benchmarking 8 - Áreas a serem envolvidas
· Custos ⋅ Laboratório
· Das aprovações (quando for quebra de qualidade) ⋅ Compras
⋅ Acompanhamento do ferramental - Análise da qualidade
4 - Seleção do Material - Realizado em paralelo ao
⋅ Sala de Medidas
Statement
⋅ Engenharia Experimental
4.1 - Especificação do material - Escolha e disponibilidade ⋅ Estilo
da norma
4.2 - Atualização ou inclusão no desenho - Revisão


Planejamento Avançado da Qualidade

C

C


Aspectos

de

Projeto


Sketching - Esboço Rendering - Desenhar (dar forma)

CAD - Computer Aided Design CAE - Computer Aided Engineering


Desenvolvimento em clay


Novo PACKAGING & STYLING

Carros mais compactos com

novos projetos de motores e

células de combustível
combustí

Exterior envolvendo

o habitáculo
habitá

Pensamento de projeto

voltado para a redução de
reduç

energia e emissões

Materiais compósitos, e de
compó

fontes renováveis
renová


Novos materiais


Novos materiais

• Polímeros a partir de fontes renováveis:

Biopolímeros e/ou Biodegradáveis (PAD)

• Cargas e modificações através

de nanocompósitos


Plásticos Ambientalmente Degradáveis - PAD

Os plásticos ambientalmente degradáveis compõem um

grupo de materiais poliméricos, de fontes renováveis ou

sintéticos, que sofrem alterações químicas, sob a influência

de fatores ambientais. As alterações químicas devem ser

acompanhadas de uma completa assimilação microbiana

dos produtos da degradação, resultando em CO2 e H2O.


Biodegradáveis


Biopolímeros


Nanocompósitos
"Nanotecnologia, dito
de forma simples, é uma
ciência relacionada à
manipulação
manipulaç da matéria
maté
em nível molecular,
ní
visando a criação de novos
criaç
materiais, substâncias e produtos, com uma
precisão de átomo a átomo. A Nanotecnologia
está emergindo como a próxima revolução
está pró revoluç
tecnológica, com eventuais efeitos sobre todos
tecnoló
os aspectos da vida. De ambientalistas a
estrategistas militares, há o consenso de que o
há
crescimento da capacidade da construção
construç
molecular - manufatura molecular, fabricação
fabricaç
molecular - mudará profundamente o mundo
mudará
atual em que vivemos".


Fonte: http://www.luxresearchinc.com/pxn.php
http://www.luxresearchinc.com/pxn.php

Nanoprodutos
1987
Divulgados os primeiros trabalhos do grupo Toyota sobre a modificação
química da argila que possibilitou a compatibilização com a matriz
polimérica.

1990
Toyota divulgou tecnologia de Compostos de Nylon 6 com argila
montmorilonita (4% a 5%) que apresentavam mudanças significativas
nas propriedades (dobrou módulo, HDT aumentou 80°C, resistência a
tração 50% maior, aumento de estabilidade dimensional, propriedades de
barreira e retardante de chama)

1995
A Toyota fez a 1a. utilização comercial de nanocompósitos em
partes de um de seus carros populares.

2001/2002
Chevrolet Astro e o GMC Safari vans "midsize", são
os primeiros veículos a usar TPO modificados com
nanocompositos para aplicações em exterior.


Nanoprodutos
2007 - Suzano Petroquímica e Scania Caminhões

Canal de ar em resina especial de polipropileno contendo nanopartículas de
prata. Esta resina possui ação antimicrobiana, podendo eliminar cerca de
650 tipos diferentes de microorganismo


Nanoprodutos


Nanoprodutos
Nanotecnologia avança no setor automotivo

A nanotecnologia já está presente no cotidiano das pessoas. Calças que não molham, meias com propriedades relaxantes para os pés,
cremes para rejuvenescer a pele. No setor automotivo essa ciência também avança rapidamente, segundo Peter Hébert, CEO da Lux
Research, empresa dos Estados Unidos especializada em soluções nanotecnológicas. "Na área automotiva a nanotecnologia manterá a
funcionalidade de estruturas, equipamentos, sistemas", mas sem elevar custos, diz o especialista.

O Audi A3 Sportback exposto no 2º Congresso Internacional de Nanotecnologia, semana passada em São Paulo, serviu de exemplo prático
para Hébert: "Pára-brisas que repelem a água, painel de instrumentos com propriedade anti-reflexiva e retrovisores auto-reguláveis em
função da claridade já são realidade. Mas a aplicação da nanotecnologia vai além", promete.

As iniciativas estão em diversas partes do mundo. Nos Estados Unidos, General Motors e DaimlerChrysler estudam materiais compostos p ara
carroçarias mais leves e resistentes. "A tendência é substituir o aço na composição da carroçaria. Já existem materiais nanoestruturados para
essa função cujo preço é semelhante a da matéria-prima atual", explica Hébert.

No Japão os pára-choques dos carros são 60% mais leves e resistentes graças à nanotecnologia, segundo Hébert. "E também temos os
pneus com moléculas de borracha ultraresistentes. Os pneus que nunca furam foram desenvolvidos por pequenas empresas, porque os
grandes competidores nesse segmento, com receio de perda da lucratividade, não se interessaram. Mas esse é um caminho sem volta, pois o
consumidor é que vai fazer melhor escolha para ele."

Atualmente, uma das aplicações que mais entusiasma Hébert é feita pela Pretrol Ofisi, da Turquia. Eles utilizam catalisador químico no diesel
que torna o combustível muito mais limpo, além de proporcionar reduçã o do consumo em até 10%. "A Petrol Ofisi usa óxido de cério
nanomanipulado no diesel. Segundo a empresa, esse diesel reduz em 22% a emissão da fumaça preta e em 14% o material particulado, uma
diminuição significativa das emissões."

Transformação - Os sistemas eletrônicos também sofrerão profunda transformação nas próximas décadas por conta dessa ciência. A
integração é a palavra-chave: os vidros dos automóveis poderão concentrar todas as informações do painel de controle, por exemplo. "Hoje
temos estruturas rígidas no painel e por trás dele. Tudo pode ser substituído por materiais leves, elásticos e totalmente integrados aos
sistemas eletrônicos", diz Hébert.

Esse conceito não foi absorvido pela indústria, mas para Hébert isso é questão de tempo. "Ainda exploramos a ponta desse iceberb." E a boa
notícia é que a indústria não precisará gastar bilhões de dólares no desenvolvimento de nanosoluções. "Existem empresas dedicadas a esse
tipo de desenvolvimento. Bastará buscar na prateleira. Vai depender da criatividade das áreas de projeto da indústria utilizar a
nanotecnologia em larga escala."

No Brasil, os investimentos do Governo Federal em ciência e tecnologia chegará a R$ 1,2 bilhão este ano. Pelo menos R$ 74 milhões foram
destinados a projetos de nanotecnologia. Esses recursos não são reembolsáveis pelas empresas que receberem as verbas, mas elas terão de
garantir contrapartidas de 40% a 60% dos investimentos, segundo Luiz Antonio Rodrigues Elias, secretário de desenvolvimento tecnológico e
inovação do Ministério da Ciência e Tecnologia. Para o planejamento do próximo período ele espera manter o mesmo volume de recursos.

Em 2005 o investimento mundial em nanotecnologia foi estimado em US$ 45 bilhões e a perspectiva para 2014 é que o mercado de produtos
nano será de US$ 2,3 trilhões.

Auto Data 13 de novembro de 2006.

Monomaterial


Conceito de monomaterial

Consiste de um único material, que compõe diversos

componentes ou sistemas de peças de interior ou exterior

de veículos, visando otimização de processo, melhor

negociação, redução de custo, redução de resíduos e

objetivar reaproveitamento via reciclagem e recuperação .


Porque monomaterial

• valor agregado - poder de negociação
• simplicidade

• uma só especificação x diversas especificações

• amigável ao meio ambiente

• reduzir custos de manufatura

• otimização de refugos

• ecodesign - design for environment - dfe


Estudo de caso

Interior de um habitáculo
Painel de instrumentos ; colunas ; revestimentos de portas ;
console ; soleiras , etc.

1 - Avaliar necessidades : funcionais, estruturais,
ambientais...
Análise Estrutural - Stress - Fadiga - Fadiga sob carga -
Impacto - Resistência Térmica - Estabilização UV -
Riscabilidade, etc.

2 - Especificar e selecionar o material
Determinar propriedades


Seleção do Material - Escolher “Elemento Prioritário”
Determinação de Propriedades

Elementos Elementos
Secundários Secundários

Elemento Prioritário
Elementos
Secundários
Elementos
Secundários

Elementos
Secundários


Estudo de Caso
Impacto
Impacto
Monomaterial
Elemento Prioritário
Prioritá

Painel de
Instrumentos

Impacto
Resistência
Térmica/UV
Impacto
Est.Dimens. Rigidez

Rigidez

Impacto Rigidez
Impacto

Aspectos importantes
Técnico
• Facilitador de projeto nas diversas fases
• Ganho de propriedades
• Melhor processabilidade
• Uniformização e homogeneidade do produto
Econômico
• Incrementar parceria de longo prazo
• Alto poder de negociação
• Redução de custo
• Fonte única
Ambiental
• Facilitador da desmontagem para reciclagem
• Prever volume reciclado a ser usado em projetos
• Minimiza impacto principalmente de logística
• Uso de material ambientalmente adequado


Eco-design


Eco-design
Integração dos aspectos ambientais

• Utilização da ferramenta da Avaliação do Ciclo de Vida - ACV

• Utilização de indicadores específicos - Emissões ; NVH...

• Minimizar o uso de materiais, projetos limpos, fontes renováveis

• Facilitar a reciclagem, monomaterial

• Uso de materiais reciclados

• Não subestimar a energia consumida durante a vida útil do produto

• Aumentar a vida útil do produto

• Serviços ao invés de produtos

• Perguntar porque e não aceitar “sempre fizemos assim e deu certo”


Design for Recycling

• Selecionar materiais em função da sua melhor tendência a
reciclabilidade e proteção ambiental - ACV

• Basear-se em uma Positiv List para seleção do material
• Descrever no projeto a destinação do reciclado, principalmente
nos componentes elétricos
• Desmontagem não destrutiva - Design for disassembly
• Minimizar o uso de componentes diferenciados
• Prever em projeto a proporção de reciclado e recuperado

• Identificar facilmente a peça, exemplo - <ABS>

• Leis ambientais ( CE janeiro 2015, 95 % do veículo deve ser reciclado )


Lista Positiva
Legislação
Européia


Avaliação do ciclo de vida - ACV

É um processo objetivo para avaliar as cargas

ambientais associadas a um produto, processo ou

atividade através da identificação e quantificação do

uso de energia, de matéria e de emissões geradas.


Avaliação do Ciclo de Vida do Produto

Produto Consumo Pós-Consumo

Tratamento efluentes e
Pré-Cadeias de Matéria-Prima e Energia

manutenção

Matéria-Prima

Reciclagem

Processamento manufatura Incineração
utilização
Energia

Disposição
Aterro

Geração de Energia Transporte e Distribuição


Pensamento no ciclo de vida
Ao pensar no ciclo de vida do
Ao pensar no ciclo de vida do
produto, expandimos o tradicional
produto, expandimos o tradicional
foco de processo de manufatura,
foco de processo de manufatura,
para incorporar vários aspectos
para incorporar vários aspectos
associados com o produto em si e
associados com o produto em si e
seu ciclo de vida.
seu ciclo de vida.

O produtor passa a adquirir
O produtor passa a adquirir
responsabilidade sobre o seu
responsabilidade sobre o seu
produto do berço ao ttúmulo, e
produto do berço ao úmulo, e
evolui para desenvolver novos
evolui para desenvolver novos
produtos com pensamento em
produtos com pensamento em
todas as etapas do seu ciclo de
todas as etapas do seu ciclo de
vida e os impactos causados.
vida e os impactos causados.


Resumo

• Importância da homologação

• Qualificação e desenvolvimento do fornecedor

- Avaliação de Risco

• Importância do relacionamento com o fornecedor

• Contexto econômico x técnico

• Cadeia de valores totalmente integradas no projeto

• Uso de materiais ambientalmente sustentáveis - acv


Engenharia de Materiais

A minha visão de projeto de peças plásticas como conceito

e criticidade, é o de permitir a inovação no

desenvolvimento de novos produtos com uma visão

aplicada para promover mudanças; usar novas tecnologias;

manter a consistência da qualidade do produto com

avaliação constante na cadeia produtiva; ser um facilitador

nos negócios e incrementar as interfaces internas e

externas, com foco em desenvolvimento sustentável

promovendo o uso responsável de recursos naturais.


Muito obrigado!

Contato
Polilab Consultoria

Fernando Jose Novaes

11 9688 88 41

Fernando.novaes@polilab.com.br


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