Impressora 3D

Conceito

• O que é?
  • As impressoras 3D são maquinas de prototipagem rápida(PR), desenvolvidas para criar produtos inovadores no menor tempo possível, se diferenciando das maquinas convencionais. São geralmente mais rápidas, mais poderosas e mais fáceis de se usar. Oferecem aos desenvolvedores de produtos a habilidade de num simples processo imprimirem partes de alguns materiais com diferentes propriedades físicas e mecânicas. Essa tecnologia de impressão avançada permite imitar com precisão quase exata a aparência e funcionalidades dos protótipos dos produtos.
• Porque é interessante?
  • É interessante porque quando falamos em impressões, não nos referimos a uma imagem que pode ser visualizada em três dimensões no papel, mas sim a um objeto realmente construído em 3D, tais como, engrenagens, bonecos de brinquedos e até mesmo uma motocicleta em tamanho real.
• Quais as características marcantes?
  • É um grande avanço na fabricação de objetos, isto acontece porque os atuais procedimentos de fabricação geralmente envolvem a redução ou a alteração do material em questão a fim de criar o objeto desejado.
• Como está o Brasil neste segmento?
  • Na figura abaixo, podemos observar os processos mais utilizados de prototipagens no Brasil.

Arquivo:Imagem01

Software

• Como o software pode ser empregado nesta tecnologia?
  • A impressão 3D envolve o uso de um arquivo digital conhecido como modelo 3D, criado com um software de modelagem, o qual pode pertencer a duas categorias principais: os destinados para fins profissionais, especialmente nas áreas de engenharia e arquitetura (programas tipo CAD, OPENSCAD e Solid Works) e os destinados aos clientes particulares, que são muito mais agradáveis e fáceis de usar (Google SketchUp, Tinkercad e Autodesk 123D). Há vários scanners 3D, como o Digitalizador Makerbot e o Fuel3D, que já estão sendo fabricados para usos gerais, muito embora alguns scanners 3D, como ReconstructMe, tenham sido inicialmente criados para usos profissionais. Há também aplicativos, como o 123D Catch Autodesk, que possibilitam a criação de modelos 3D utilizando fotos tiradas por um smartphone. A criação de um modelo usando um software designado ou um scanner permite a criação de um arquivo 3D, que contém informações relevantes sobre o objeto, como suas dimensões e tamanho. Esse arquivo é geralmente conhecido por arquivo STL (uma abreviação da palavra "estereolitografia"). O arquivo STL é então lido pelo software que controla a impressora 3D (conhecido como gerador de código G), que divide o modelo 3D minuciosamente em finas camadas horizontais, da mesma maneira que uma ressonância magnética divide o corpo humano em "fatias". Este software interno passa a enviar instruções para a impressora, a qual imediatamente começa a criar o objeto desejado da base até o topo.

Aplicação

• Cite as situações onde podemos usar esta tecnologia?
  • Há diversidade de aplicações em vários setores, não só é limitada à criação de protótipos para atender a produção industrial, mas o sistema tem entrado também nas áreas sociais e acadêmicas. Com as recentes descobertas e o desenvolvimento de ferramentas avançadas, integrando a manufatura rápida tem surgindo algumas aplicações até mesmo na aérea da medicina em próteses personalizadas, tomografia e anatomia do corpo humano. Até então algumas barreiras eram encontras em lugares de difícil acesso do corpo do ser humano, regiões delicadas, principalmente o cérebro. Com a integração da RP é realizada tomografias computadorizadas e consequentemente a impressão 3D é capaz de imprimir o modelo físico por meio de outro material, facilitando a análise da região. O método também é capaz de fabricar próteses, utilizando matérias como ligas de titânio. A impressão 3D também vem sendo aplicada na área de arquitetura e construção civil. Nos últimos anos alguns escritórios de arquitetura adotaram a tecnologia para confecção de maquetes e modelos 3D prototipados. O segmento de engenharia tem aplacado as maquinas de RP para fabricar casas, utilizando essas descobertas recentes por meio de estudos, comprovando que esta pode ser um grande avanço para a humanidade devido à rapidez e flexibilidade da nova técnica.

Tecnologias

• Quais tecnologias são usadas?
  • As tecnologias de deposição de materiais ou RP (Prototipagem Rápida) disponíveis no mundo são as mais diversas, como se pode observar a seguir:

• • • Selective Laser Melting (SLM):
  • Uma técnica de impressão 3D que é uma variante do SLS e conhecido como SLM (Selective Laser Melting). Ele utiliza um laser para derreter totalmente os grânulos de pó que foram um objeto final, em seguida, aquecendo os apenas o suficiente para fundi-los em conjunto. Como outra variante, uma técnica chamada de sinterização de calor selectiva (SHS) utiliza uma cabeça de impressão térmica, em vez de um laser para aplicar calor às camadas sucessivas de um pó termoplástico.

• • • Modelagem por Deposição de Material Fundido (FDM, Fused Deposition Modeling):
  • É utilizado um material que se funde (extrusão) dentro de uma cabeça de impressão que torna o material quase líquido formando um fino cordão que é depositado sobre uma plataforma que é semiaderente ao material. Novamente, deposita­-se o cordão para que forme a primeira camada da figura 3D desejada ao se solidificar na plataforma. A cabeça de impressão é levada à altura da segunda camada e novamente o material é depositado. A precisão deste processo depende da precisão da espessura do cordão que se consegue que é ordem de 0,1 mm. Geralmente o material a ser extrudado é um termoplástico tipo ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), PLA (ácido poliláctico) e similares. Como,em geral, as maiores partes dos equipamentos de consumo são feitos atualmente em plástico ABS, o FDM com uso de ABS aproxima-­se bastante da técnica de plástico injetado que a indústria utiliza para produção em massa. As impressoras 3D pessoais que estão se proliferando no mercado, utilizam esta técnica por ser a mais simples e consequentemente mais barata. Alguns fabricantes fizeram variações do FDM, onde a cabeça de impressão libera materiais como chocolate, queijos fundidos, etc, permitindo a confecção de confeitos com o desenho desejado.

• • • Modelagem por jato de tinta (MJM):
  • Esta tecnologia de impressão 3D constrói objetos através de sucessivas camadas de pó, que é colada através de uma cabeça de impressão de jato de tinta que pulveriza uma solução colante que junta seletivamente os grânulos necessários.

• • • Estereolitografia (SLA, Stereolithography):
  • Este sistema foi o pioneiro na impressão 3D e é denominado SLA (Stereo Litography Apparatus). Consiste numa plataforma perfurada logo abaixo de uma cuba contendo um polímero líquido que se cura sob efeito fotoquímico, ou seja, ela solidifica sob efeito da luz. A luz neste caso é um feixe de laser ultravioleta, que ilumina o polímero nos pontos onde a figura deverá ser solidificada na primeira camada ou fatia da figura 3D. A plataforma é então rebaixada milimetricamente cobrindo a primeira camada. Novo feixe de laser ilumina a segunda camada que se solidifica e assim por diante. Após a n-­ésima iteração deste processo cria a figura final desejada. Após a drenagem do polímero, tem-­se a figura tridimensional sobre a plataforma. Esta técnica é a mais popular nas aplicações de precisão, que permite figuras com fatias até 60 microns, mas também de custo mais elevado. Atualmente podem-se obter figuras 3D coloridas, utilizando polímeros que se curam em cores diferentes de acordo com a potência do feixe de luz.

• • • Sinterização Seletiva a Laser (SLS, Selective Laser Sintering):
  • Uma tecnologia de impressão 3D, muito bem estabelecida é a SLS (Selective Laser Sintering). O objeto é criado através da deposição de uma camada do material em forma de pó, e em seguida, os grânulos deste pó, são fundidos seletivamente. Atualmente, as impressoras 3D com tecnologia SLS podem criar objetos utilizando uma grande variedade de materiais em pó. Estes incluem cera, poliestireno, nylon, vidro, cerâmica, aço inoxidável, titânio, alumínio e diversas ligas, incluindo cromocobalto. Durante a impressão, os grânulos de pó não fundidos são usados para apoiar o objeto durante a construção. Quando terminar a impressão, quase todo o excesso de material em pó pode ser reciclado.

• • • Outras tecnologias, muito utilizadas são:
  • Manufatura de Objetos em Lâminas (LOM, Laminated Object Manufacturing)
  • Impressão Tridimensional (3D Print)
  • Cura Sólida na Base (SGC, Solid Ground Curing)
  • Impressão por Jato de Tinta (MJT, Multi Jet Modeling; BPM, Ballistic Particle Manufacturing)
  • Conformação Próxima ao Formato Final via Laser (LENS, Laser Engineered Net Shaping)

• Como funciona?
  • Se antes era necessário primeiro desenhar um produto por meio de várias perspectivas, depois projetá-lo em três dimensões para somente então repassá-lo a um artesão especializado, que seria incumbido da tarefa de produzir o primeiro molde (por preços muito elevados), hoje só é necessário projetar o modelo por meio de um aplicativo que lide com objetos 3D e mandá-lo direto para a impressão. Sem complicações, revisões ou impedimentos. Desta forma, as fabricantes podem testar e visualizar tudo com mais agilidade e precisão, tendo noção exata de proporções, falhas de projeto, questões de conforto e segurança (ou design) e do próprio funcionamento, economizando na prévia do produto (já que moldes já não são mais necessários) e poupando muito tempo, fato que lhes confere uma vantagem competitiva enorme. Outras duas vantagens notáveis são a completa ausência de materiais tóxicos durante a fabricação e também a facilidade de limpeza e acabamento: ao invés da lixa para a eliminação de excessos e bordas com falhas, é preciso apenas retirar a camada em excesso com uma pinça ou a poeira com uma escova.

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