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Pensar o ciclo de vida dos materiais na fase de design é crucial para acrescentar valor aos produtos

21 março 2022

Artigo de Susana Sousa, António Baptista, António Torres Marques, investigadores do INEGI nas áreas de materiais, estruturas compósitas e desenvolvimento de produto e sistemas.


Não raras vezes, a obsessão pela funcionalidade dos produtos tolda-nos a visão holística de todo o seu ciclo de vida. Afinal, todos – dos engenheiros que os concebem, aos fabricantes que os produzem, até ao consumidor final que os vai utilizar – queremos que, uma vez em uso, funcione na perfeição e com a devida qualidade.

Todavia, nem só de funcionalidade de utilização vive o produto, e pensar o ciclo dos materiais na fase de design é crucial para acrescentar valor e sustentabilidade aos produtos.

Particularmente nos novos produtos há um risco superior de apresentarem problemas imprevistos noutras fases do seu ciclo de vida, caso não sejam desenvolvidos de forma sistematizada e integração de múltiplos aspetos das partes interessadas. Ademais, por norma, custa menos prevenir um problema do que resolvê-lo, daí que seja fundamental investir na fase que antecede a entrada do produto no mercado.

As empresas devem, por isso, apostar em novas metodologias que consigam assegurar as necessidades do cliente e demais partes interessadas (do ciclo de vida), desde a conceção do produto até o fim da sua vida útil, sendo que os materiais e a sua performance apresentam uma importância crescente neste contexto. De facto, com a necessidade premente de descarbonização da economia e melhoria da eficiência energética de produtos e sistemas, o desenvolvimento de novos produtos, nomeadamente no contexto de Economia Circular, deve ser acompanhado pela melhor seleção de materiais ou até integração concorrente de novos materiais desenvolvidos à medida da aplicação. 

Aplicação do conceito de Design for Excellence (DfX) ao desenvolvimento de materiais

O Design-for-eXcellence (DfX) é uma abordagem que tem vindo a ser implementada na indústria por incrementar a criação de valor do produto, considerando várias vertentes com impacto direto no seu ciclo de vida, desde o momento da conceção. A terminologia DfX significa Design para "X” ("Design-for-X”, onde a variável "X” vai ao encontro dos objetivos que devem ser contemplados na fase de design, designadamente fabrico (DfM - Design for Manufacturing), montagem (DfA – Design for Assembly), custo (DfC – Design for Cost), fiabilidade (DfR – Design for Reliability), sustentabilidade (DfS – Design for Sustainability), logística (DfL – Design for Logistics), entre muitos outros.

Os produtos desenvolvidos em materiais compósitos têm vindo a crescer os desafios associados à sustentabilidade, levando as indústrias associadas à produção destes materiais a reforçar a procura por soluções holísticas, que garantam a redução do impacto ambiental, do tempo associado ao desenvolvimento do produto e dos custos, assegurando também uma maior qualidade do produto e o cumprimento dos requisitos legislativos e dos clientes1.

Contudo, apesar de existir um número significativo de métodos e ferramentas de seleção e avaliação da performance de materiais, verifica-se uma escassez de metodologias que realizem análise de desempenho holístico (multidimensional), de forma simplificada, permitindo uma avaliação fácil e multidimensional das propriedades do material relacionadas com a sua estrutura interna e com o seu ciclo de vida1

M-DfX - Metodologia inovadora dedicada aos materiais desenvolvida pelo INEGI

Consciente desta necessidade, o INEGI desenvolveu uma metodologia inovadora de avaliação de desempenho de materiais, com princípios de Design-for-eXcellence, que permite dar suporte avançado à decisão no desenvolvimento de materiais e na sua otimização global.  Segue uma abordagem modular e multidimensional, agregando a análise e a avaliação simultânea de diferentes domínios nos campos da eficácia e da eco-eficiência1.

Esta metodologia, denominada por Material Design-for-eXcellence (M-DfX), apresenta uma abordagem original para enfrentar o desafio de avaliar o desempenho do material de forma holística e considerando todo o seu ciclo de vida. Avalia as várias dimensões das suas propriedades "X”, relacionadas com a estrutura interna numa proposição multiescala, apoiando-se na avaliação das diferentes macro fases do ciclo de vida (extração de matérias-primas, pré-processamento, processamento, fase de uso e fim de vida)1.

Na produção de materiais compósitos a implementação do Material Design-for-eXcellence permite desenvolver produtos mais adequados, com melhor desempenho global, tendo em consideração uma visão integrada de todo o seu ciclo de vida1.

Num futuro próximo, esta metodologia de desenvolvimento de materiais deverá abranger no seu estudo e aplicação para outros materiais, mas também para novas vertentes como o impacto social, ético, ou até o grau de aceitação pelas partes interessadas. Os interesses das várias alas da sociedade vão ser cada vez mais considerados nestes processos, particularmente se quisermos desenvolver caminhos para uma sociedade atenta e proativa, ecologicamente correta, mais saudável e segura, e para um planeta mais sustentável.

Com esta evolução, áreas como a inteligência artificial, os sistemas ciberfísicos, as realidades virtual e aumentada ou o data analytics, deverão ir além das abordagens tecnológicas convencionais1. O futuro passa necessariamente pela mudança de paradigma no desenvolvimento de materiais e da sua aplicação em novos produtos - e por uma nova atitude perante o consumo - passando os produtos a estarem preparados para receber constantes atualizações tecnológicas, de modo a permitir estender consideravelmente a sua vida útil1.


Referências

[1] Sousa, S. P. B., Baptista, A. J., & Marques, A. T. (2021). Material Design-for-eXcellence Framework – Application to Composites. In D. Brabazon (Ed.), Encyclopedia of Materials: Composites (pp. 290-301). Oxford: Elsevier.
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