O que é a impressão em 3D? Conhecer o mundo das camadas!

Aqui aprenderá claramente o que é a impressão 3D, o que faz de uma impressora 3D e quais as personalidades que desempenham um papel no desenvolvimento desta tecnologia.

Divirta-se a descobrir!

O que é a impressão em 3D?

Na literatura, a impressão em 3D é classificada como um processo de fabricação de conformação primária. Isto significa que um corpo sólido com uma forma geometricamente definida é produzido a partir de um material sem forma. A impressão em 3D cria objectos físicos a partir de ficheiros digitais. Esta “base digital” pode ser gerada de várias maneiras: [su_startseite3ddaten] Os dados gerados desta forma não podem ser lidos pela impressora 3D e impressos em 3D. Isto requer software que “traduza” a forma geométrica para a linguagem da máquina da impressora 3D (para a chamada G-Code) “traduzido”. Este software chama-se Slicer. Um cortador como o Ultimaker's Cura corta primeiro um objecto 3D em fatias individuais 2D. Calcula então o percurso de viagem da cabeça de impressão 3D com base em definições pré-definidas. Posteriormente, a [img]impressão 3D[/img] produz um corpo sólido através da aplicação do material, camada a camada, a partir do ficheiro digital. É por isso que também é chamado fabrico de aditivos – algo é acrescentado neste processo. O princípio de aplicação varia em função da tecnologia utilizada.

Como é construída uma impressora 3D?

As impressoras 3D diferem umas das outras não só na sua tecnologia. Mesmo dentro de uma tecnologia, existem diferentes métodos de construção. Mas, em princípio, são todos semelhantes. O seguinte mostra a construção de uma impressora 3D FDM (Fused Deposition Modelling) com dois bocais (bocais).

Está à procura de uma impressora 3D? Em seguida, visitar as seguintes páginas de informação:

• Comprar um kit de impressora 3D – O que deve ter em atenção?
• Comprar impressora 3D (impressora pronta a imprimir)

Como funciona uma impressora 3D?

No caso da impressora 3D mostrada acima, os passos são os seguintes:

• Aquecimento do leito de aquecimento e do bocal ou bicos
• A cama de impressão ou de aquecimento sobe para a cabeça de impressão
• O filamento fundido é aplicado no leito de aquecimento até que a primeira camada seja completada
• O leito de aquecimento percorre então um caminho de uma camada de altura (medido em microns)
• A camada de filamento seguinte é aplicada sobre a anterior e fundida com ela
• Em locais com uma saliência, pode ser utilizada uma estrutura de suporte feita do mesmo material ou – como na ilustração – de um material diferente. Idealmente, este material pode ser dissolvido em água ou outra solução (ver filamento de PVA e filamento HIPS).
• Repetir o último passo até o objecto impresso estar concluído.

Quem é o inventor da impressão em 3D?

Os primeiros precursores da impressão e digitalização em 3D já existiam no século XIX. Em 1859, o escultor e fotógrafo francês François Willème inventou um dispositivo que lhe permitiu criar um modelo 3D com a ajuda de várias câmaras. Com base nisto, ele pode então produzir cópias do objecto “digitalizado” em diferentes tamanhos.

Em 1892, o austríaco Joseph E. Blanther requereu uma patente para a produção de mapas em relevo. Para isso, as placas de cera são primeiro laminadas. Em seguida, cortar a forma desejada das folhas de cera e colá-las juntas. Isto cria um mapa 3D camada por camada.

Não é realmente possível falar de um inventor quando se trata de impressão em 3D. Muitas ideias são baseadas em desenvolvimentos antigos e, em última análise, apenas os nomes dos inventores são do domínio público que foram capazes de celebrar o sucesso comercial com os seus produtos. No entanto, o trio gostaria de mencionar todos os nomes, porque todos merecem o seu lugar na nossa história.

Mais informações: História e Desenvolvimento da Impressão 3D

Hideo Kodama (SLA)

Em 1980, o inventor japonês Hideo Kodama solicitou uma patente na qual descrevia como um material fotopolímero cura sob a utilização da luz UV para criar um modelo camada por camada. Este é também o princípio da estereolitografia. A falta de meios financeiros significa que ele não pode pagar as etapas seguintes do pedido de patente, o que significa que hoje em dia só é conhecido por algumas pessoas no local.

Alain le Méhauté, Olivier de Witte e Jean-Claude André (SLA)

Em 1984, três cientistas franceses, Alain le Méhauté, Olivier de Witte e Jean-Claude André, apresentaram uma patente para um processo em que o líquido é endurecido com a ajuda de uma fonte de luz três semanas antes do casco americano do Chuck Hull. Os três chamam a este processo estereolitografia. O primeiro objecto de impressão dos três inventores é uma escadaria em espiral. O instituto de investigação através do qual se candidata à patente não reconhece o potencial da sua invenção e deixa de financiar o projecto para desenvolver um dispositivo comercializável.

Chuck W. Hull (SLA)

O norte-americano Chuck W. Hull também requereu uma patente semelhante em 1984. Ele investigou previamente o comportamento dos fotopolímeros sob luz UV e encontrou a melhor combinação entre intensidade de luz, tempo de irradiação e fotopolímero em longas séries de experiências. Em 1986, com base na sua patente, fundou a 3D Systems, uma empresa que ainda hoje é conhecida e activa.

Carl R. Deckard (SLS)

Carl S. Deckard era estudante na Universidade do Texas quando teve a ideia de ser capaz de fazer objectos sem moldes. A universidade reconhece o potencial do mercado e apoia-o. Desta forma, ele pode encarregar-se de optimizar a tecnologia durante os seus estudos e subsequente dissertação. Pediu uma patente para a sinterização selectiva a laser (SLS) em 1987. A Universidade do Texas tem feito boas receitas durante décadas ao licenciar o processo a outras empresas.

Steven Scott Crump (FDM)

Na verdade, Steven Scott Crump só quer fazer um sapo de brinquedo para a sua filha e testa um material auto-misturado feito de cera e plástico numa pistola de cola quente. Estas experiências levam-no a ligar a pistola de cola quente a um aparelho que tem eixos XYZ. A partir de agora, ele pode fazer sapos mais bonitos do que podia à mão. Em 1989, registou a patente para a modelação de depósito fundido (FDM) e lançou a primeira impressora FDM totalmente funcional em 1992. Ele e a sua esposa Lisa fundaram a empresa Stratasys, em cujo conselho de administração ainda hoje faz parte.

Que processos de impressão em 3D estão disponíveis?

A fim de não infringir patentes de outras empresas, muitas empresas desenvolveram novos processos de impressão em 3D ao longo do tempo. Estes processos permitem determinados modos de funcionamento ou são apenas adequados para determinados fins, bem como materiais.

Modelação de Depósito Fusível (FDM)

Em Fused Deposition Modelling (FDM), o plástico em forma de fio (chamado filamento) é derretido na Hotend impressora 3D e aplicado na cama de impressão em camadas. Desta forma, o objecto impresso em 3D desejado é criado aditivamente.

Estereolitografia (SLA)

Na estereolitografia (SLA), a resina líquida (também chamada resina) num recipiente serve como material de partida. A resina é iluminada com a ajuda de um laser e endurece nestes pontos.

Processamento Digital de Luz (DLP)

O Digital Light Processing (DLP) utiliza a luz para curar a resina líquida. Em contraste com o método SLA (fonte de luz=laser), o DLP utiliza um projector ou um ecrã LCD como fonte de luz.

Fusão selectiva por laser (SLM)

Na fusão selectiva por laser (SLM), o material de partida consiste em pó metálico. Este pó é derretido com um poderoso laser e cria o objecto impresso em 3D desejado.

Sinterização selectiva a laser (SLS)

Em princípio, a sinterização selectiva por laser (SLS) difere pouco da fusão por laser. No entanto, é utilizada uma fonte de calor que aquece o interior da impressora SLS juntamente com o material e o espaço de instalação. Depois é utilizado um laser para derreter o plástico em pó camada por camada para criar o objecto impresso em 3D.

Binder Jetting

No jacto de ligante, o material de partida em pó é colado no espaço de instalação com a ajuda de um adesivo – o ligante. O objecto desejado é criado camada a camada.

Jacto de material

No jacto de material, os fotopolímeros servem como material de partida. O material é aquecido e introduzido na cabeça de impressão. Isto funciona de forma semelhante a uma impressora a jacto de tinta do escritório ou de casa. O material aquecido é atomizado em gotículas finas e aplicado em camadas.

Derretimento por feixe de electrões (EBM)

A fusão por feixe de electrões (EBM) requer material condutor em forma de pó como material de base. Este pó metálico é bombardeado com um feixe de electrões de alta energia e derretido. Cada camada anterior derrete juntamente com a nova, criando um corpo sólido.

Que materiais podem ser impressos com uma impressora 3D?

Na impressão em 3D, a escolha do material também depende do processo de impressão em 3D utilizado. Enquanto alguns podem imprimir uma vasta gama de materiais, outros processos estão gravemente comprometidos. Existem também impressoras 3D – semelhantes às impressoras a jacto de tinta e laser disponíveis actualmente – que só podem processar o material do respectivo fabricante. Na maioria dos casos, a impressão em 3D é também implementada com um chip. Por exemplo, o tipo de material e a quantidade do material é armazenada nisto.

Já descrevemos muitos materiais com as suas vantagens e desvantagens e também com várias dicas sobre a configuração da impressora. Além disso, mostrar-lhe-emos como o material descrito é utilizado na impressão 3D (e na vida quotidiana sem impressão 3D).

Vantagens da impressão em 3D

• Menos desperdício
• Sem custos de ferramentas
• Alta velocidade de processo
• Produtos individuais – “tamanho de lote 1
• Desenhos complexos

As vantagens e desvantagens da impressão em 3D podem ser encontradas em detalhe no artigo Impressão em 3D: Vantagens e Desvantagens.

Desvantagens da impressão em 3D

• Custos elevados para grandes quantidades
• Escolha limitada de materiais e cores
• Precisão
• Estabilidade limitada

Campos de aplicação da impressão 3D

Uma resposta curta à pergunta “Onde é utilizada a impressão 3D” seria “em quase todo o lado”. Mas não quero tornar isto tão fácil para mim.

Actualmente, as impressoras 3D são utilizadas nas seguintes áreas ou indústrias:

Arquitectura e impressão 3D

No passado, a criação de modelos à escala na arquitectura era um processo moroso. É claro que não se pode falar ao cliente sobre um pouco menos de tinta aqui ou uma parede ali, e é por isso que tais modelos são cuidadosamente construídos à mão até ao mais pequeno detalhe. O que aconteceu se o cliente ainda quisesse mudanças? Não queremos sequer imaginar isso agora. Actualmente, tanto grandes gabinetes de arquitectura como arquitectos independentes podem produzir modelos rápida e facilmente utilizando a impressão 3D. Para isso, só precisa dos dados CAD e também pode produzir novos modelos mais rapidamente do que com o método tradicional quando são feitas alterações. Dependendo do processo de impressão 3D, é também possível comunicar várias cores de fachada, etc.

Fabrico de aditivos na indústria automóvel

Enquanto outras indústrias estão apenas a conhecer a impressão em 3D, a indústria automóvel é uma das “primeiras a adoptar” esta tecnologia. Por exemplo, os protótipos e peças pré-fabricadas foram utilizados nos desportos motorizados relativamente cedo. Actualmente, os componentes são fabricados a partir de várias peças individuais utilizando a impressão 3D, a fim de poupar peso e, em última análise, reduzir os custos de combustível. O fabricante alemão de automóveis Porsche também utiliza a impressão 3D para produzir peças sobressalentes para automóveis clássicos. Desta forma, reduzem os seus custos de armazenagem e produzem apenas a pedido.

Mais informações: Programa Porsche Classic

Utilização da impressão em 3D na indústria aeroespacial

Tal como a indústria automóvel, as empresas aeroespaciais têm sido rápidas a adoptar a impressão em 3D na produção de protótipos e peças acabadas. A minha empresa espacial favorita, Elon Musk's SpaceX, utilizou a impressão 3D para criar as câmaras do motor SuperDraco. O SuperDraco está instalado na nave espacial Dragon. Esta decisão reduziu drasticamente o tempo de espera. Os compartimentos dos motores foram impressos a partir do Inconel, uma superliga de alto desempenho, e já se provaram várias vezes em testes.

Medicina & Impressão 3D – Uma equipa de sonho?!

Quase nenhum outro campo beneficia tanto da impressão em 3D como a medicina. Este campo é enorme e, por conseguinte, as possibilidades são quase infinitas.

Uma área possível da medicina acelerada pela impressão 3D é a tecnologia dentária. Por exemplo, talas ou modelos de perfuração podem agora ser produzidos com impressoras 3D. Os modelos de perfuração são utilizados para implantes. É importante aí que o ângulo em que a broca é inserida esteja perfeitamente ajustado. Se for criada uma imagem 3D da mandíbula, o modelo pode ser concebido para corresponder a ela. O dentista então “apenas” tem de operar o berbequim. Além disso, a tecnologia foi tão longe que agora também podem ser produzidas coroas com ela. Os aparelhos auditivos também devem ser mencionados, que se estão a tornar mais pequenos e mais poderosos. Estes têm sido também o resultado da impressão em 3D durante muito tempo. Adaptados ao respectivo ouvido, não só são possíveis aparelhos auditivos adaptados à medida, mas também em todas as cores possíveis. Especialmente com crianças, isto pode aumentar a aceitação se elas tiverem aparelhos auditivos na sua cor favorita.

Concepção do produto com fabrico de aditivos

Os desenhadores de produtos utilizam a impressão 3D para imprimir produtos de teste que depois mostram a um grupo de teste de potenciais clientes. Por exemplo, um fabricante de banhos de cerâmica utiliza BigRep para criar várias variantes de design de um banho. Estes são então mostrados a diferentes grupos. As variantes mais populares avançam e assim um design pode ser optimizado e adaptado às necessidades do grupo alvo sem a utilização de ferramentas dispendiosas.

Impressão 3D em engenharia mecânica – Como são utilizadas as impressoras 3D?

A impressão em 3D reduz os custos. Tal como na concepção de produtos, os engenheiros podem conceber e imprimir soluções diferentes para um problema em 3D. Ao fornecer feedback táctil e também ao visualizar as sequências de movimento das peças mecânicas, muitos problemas podem ser identificados e eliminados muito antes de os produtos finais serem produzidos.

Criação de modelos – um sonho tornado realidade

Os fabricantes de modelos podem ter-se regozijado com a invenção da impressão em 3D, ou melhor, com os kits de impressão em 3D acessíveis. Actualmente não existe outra tecnologia que permita às pessoas viverem a sua própria criatividade como a impressão em 3D. Os modelos de impressoras 3D podem ser trocados e também editados através da Internet. Hoje em dia, não são impressos apenas “acessórios” para a fabricação de modelos, tais como semáforos, pontes e rampas. Daniel Norée, por exemplo, lançou o projecto Open R/C em 2013 e criou este carro de Fórmula 1 como parte do mesmo. Os dados estão à disposição de todos gratuitamente. ➡ Para a página inicial do Daniel Mais informações de threedom: ➡ aplicações de impressão 3D

O que se segue para a impressão em 3D?

Estima-se que 300.000 impressoras 3D são vendidas anualmente no mercado de consumo. Qualquer pessoa que acompanhe um pouco o mercado sabe que este número está constantemente a aumentar. Os Hubs 3D esperam que este número duplique por ano. Isso é um anúncio e tanto. Blogs como o meu estão lá para o ajudar a navegar na selva de diferentes tipos de impressoras 3D.