Empresa de Impressão 3D e Prototipagem 3D | Sigma Protótipos

IMPRESSÃO 3D

Este vai ser um artigo completo sobre impressão 3D, por isso ele vai ser longo, visto que são muitos tópicos. E para falar de todos os tópicos é necessário reunir muitas informações em apenas um lugar. 

Por mais qual alguns assuntos se parece superficial, você  vai encontrar links para artigos mais completos.

Neste artigo, vamos explicar o que é a impressão 3D, apresentar o princípio do processo da manufatura aditiva, mais conhecida como Impressão 3D, Vamos descrever alguns eventos que antecederam o surgimento da impressão 3D e suas possíveis aplicações no mercado.

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Homem produzindo uma peça na impressora 3D

O QUE É IMPRESSÃO 3D

Basicamente, a Impressão 3D ou Manufatura Aditiva é um processo de fabricação de objetos físicos tridimensionais feito a partir de um arquivo digital.

O processo adiciona camadas sucessivas de material em um processo aditivo, com informações obtidas diretamente de uma representação geométrica computacional 3D.

Cada uma dessas camadas pode ser vista como uma linha horizontal finamente depositada uma sobre a outra.

Na maioria dos processos de impressão 3D, as camadas adicionadas são planas, mas, isso não é uma regra, pois existem tecnologias que permitem adicionar material seguindo a geometria de peça.

A impressão 3D é o oposto da fabricação subtrativa que está cortando / esvaziando um pedaço de metal ou plástico, com, por exemplo, uma CNC. 

A impressão 3D permite produzir formas complexas (funcionais) usando menos material do que os métodos tradicionais de fabricação.

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O PROCESSOS DA IMPRESSÃO 3D

Antes da impressão 3D, os principais processos de fabricação se baseavam na Moldagem de Material, como por exemplo: fundição de material em moldes (Injeção de plástico, metalurgia em pó e moldagem em fibra de vidro); Remoção ou Subtração de materiais (Torneamento, fresamento, eletroquímica e etc.)Conformação (Forjamento, estampagem de chapas e etc.)União de componentes (Soldagem, colagem); E também a divisão de componentes (Serragens e Cortes).

No final da década de 1980, um novo princípio de fabricação baseado na adição de material foi apresentado, denominado de Manufatura Aditiva ou Impressão 3D.

 

Cada impressora 3D cria peças com base no mesmo princípio: um modelo digital é transformado em um objeto físico tridimensional ao adicionar material uma camada por vez. Daí vem o termo alternativo Manufatura Aditiva .

O processo tem início com o modelo 3D da peça sendo “fatiado” eletronicamente, obtendo-se as “curvas de nível” 2D que definirão, em cada camada, onde será ou não adicionado material. A peça física é, então gerada por meio do empilhamento de camadas da base ao topo.

Veja a imagem:

 

Processo de impressão 3D: Do modelo geométrico a peça física.

Como é o processo da impressão 3D, do arquivo 3d até a impressão 3D
  • A) – Modelagem tridimensional, gerando-se um modelo geométrico 3D utilizando um programas de modelagem 3D como: Solidworks, Fusion 360, 3DS Max, Blender e outros.
    • A.1) – O modelo tem quer ser salvo/exportado em um formato específico para impressão 3D, por exemplo o arquivo STL (STereoLithography) e AMF (Additive Manufacturing Format) outros.
  • B) – Planejamento do processo de impressão 3D, fatiamento e definição de estruturas de suporte e estratégias de deposição de material.
  • C) – Fabricação na Impressora 3D
  • D) – Pós processamento , que varia bastante de acordo com a tecnologia, (pode envolver limpeza, etapas adicionais de processamento e acabamento)
História da Impressão 3D, a primeira impressora 3d criada em 1981

BREVE HISTÓRIA DA IMPRESSÃO 3D

Em 1964, O autor de ficção científica, Arthur C. Clarke , foi o primeiro a descrever as funções básicas de uma impressora 3D.

A primeira impressora 3D foi lançada em 1987 por Chuck Hull, da 3D Systems, e utilizava o processo de “estereolitografia” (SLA).

Nos anos 90 e 00, outras tecnologias de impressão 3D foram lançadas, incluindo FDM da Stratasys e SLS da 3D Systems. Essas impressoras eram caras e eram usadas principalmente para prototipagem industrial.

Em 2009, o Comitê ASTM F42 publicou um documento contendo a terminologia padrão sobre Manufatura Aditiva. Esta impressão 3D estabelecida como uma tecnologia de fabricação industrial.

No mesmo ano, as patentes do FDM expiraram e as primeiras impressoras 3D desktop de baixo custo nasceram do projeto RepRap . O que custou US $ 200.000, subitamente ficou disponível por menos de US $ 2.000.

De acordo com Wohlers, a adoção da impressão 3D continua crescendo: mais de 1 milhão de impressoras 3D para desktops foram vendidas globalmente entre 2015 e 2017 e as vendas de impressoras industriais de metal quase dobraram em 2017 em comparação com o ano anterior.

Veja nosso artigo com mais detalhes sobre a História da Impressão 3D.

Homem demostrando as vantagens e desvantagens da impressão 3d

BENEFÍCIOS E LIMITAÇÕES DA IMPRESSÃO 3D

Quando comparado s aos processos de fabricação tradicionais, em especial com a usinagem CNC , os processos de Impressão 3D apresentam vantagens e limitações .

Vamos falar rapidamente sobre as vantagens e desvantagens da impressão 3D em relação aos métodos tradicionais.

  • Liberdade Geométrica na fabricação.
  • pouco desperdício de material e uso eficiente de energia.
  • a peça é fabricado em uma única máquina.
  • Desnecessários cálculos complexos da trajetória da ferramenta.
  • Rapidez na obtenção de baixa quantidade de componentes quando comparados aos processos tradicionais.
  • Possível produção de peças finais.
  • Combinação de Polímeros.
  • Propriedades Anisotrópicas (Anisotropia é a característica que uma substância possui em que uma certa propriedade física varia com a direção).
  • Acabamento superficial inferior aos das peças obtidas por processos convencionais.
  • Na impressão 3D em porte industrial, o custo envolvido é muito elevado.
  • Em ambiente não controlado, algumas peças podem sofrer empenamentos e distorções dependendo do material.
  • Fabricação lenta de grandes lotes
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APLICAÇÕES DA IMPRESSÃO 3D

Vários são os setores que podem se beneficiar do uso da manufatura aditiva, sendo já bastante difundidas na indústria aeroespacial, automobilística, de engenharia, de produtos elétricos, de produtos eletrônicos em geral e nos setores de joalheria, arte, engenharia civil e arquitetura.

Observa-se ainda que cada vez mais novos campos de aplicação estão surgindo à medida que aumenta o número de profissionais e empresas que tomam conhecimento dessas tecnologias.

  • Robótica
  • Medicina
  • Cinema
  • Educação
  • Aeroespacial
  • Maker
  • Design

A impressão 3D na robótica é utilizada na construção ou prototipagem de novos dispositivos para robôs, case para componentes e até robôs. O Otto DIY e o TJBot da IBM é um robô que tem suas partes impressas em 3D.

O campo da saúde e da prótese beneficiou-se bastante com a adoção da impressão 3D, hoje os aparelhos auditivos são feitos com impressão 3D, assim como, as próteses teve seu custo muito reduzido graças a impressão 3D. Você mesmo pode “baixar” uma prótese para mão amputada e imprimir em sua impressora domestica.

A impressão 3D é a queridinha de Hollywood, devido sua grande flexibilidade em construir designs que antes era impossível de obter por métodos tradicionais ou o tempo de fabricação era enorme. Hoje todos os estúdios e agencias adotaram a impressão em 3D.

A impressão e as impressoras 3D de código aberto, em particular, são as mais recentes inovações tecnológicas na sala de aula (infelizmente no Brasil ainda não é muito adotada ainda). A impressão 3D permite que os alunos criem protótipos de itens sem o uso de ferramental caro exigido em métodos subtrativos.

Engenheiros espaciais e aeroespaciais usam impressão 3D para fabricar peças de alto desempenho. A capacidade de criar estruturas otimizadas e a possibilidade de consolidar vários componentes em uma única peça são particularmente atraentes. A Nasa vai usar peças impressas em 3D em suas naves.

Um de seus principais benefícios é a capacidade de produzir peças de reposição ilimitadas e novos designs sem depender de fornecedores. Os Makers também podem desenvolver e personalizar seus produtos para criar novos e melhores conceitos.

No desenvolvimento de produtos são obtidos novos designs graças a flexibilidades da impressora 3D em criar geometrias complexas. Com a manufatura aditiva, muitas etapas para criar e validar novos produtos foram eliminados, encurtando o tempo de lançamentos de novos produtos.

Gráfico em Pizza mostrando a aplicação da impressão 3d

É importante ressaltar que, com a popularização das Impressoras 3D de baixo custo, um campo de aplicação mais popular e doméstico tem crescido. Destaca-se a obtenção de produtos customizados e de entretenimento (brinquedos em geral). Além disso, setores como confeitarias tem utilizadas tecnologias específicas, baseadas no princípio de manufatura aditiva para produzir doces das mais variadas formas, agregando valor aos seus produtos.

Homem produzindo uma peça na impressora 3D

TIPOS DE IMPRESSÃO 3D

Atualmente existem diferentes tecnologias de impressão 3D, O padrão ISO / ASTM 52900 categorizou todos os diferentes tipos de impressão 3D. Abaixo listamos elas junto com uma pequena explicação para que você decida qual a melhor para seu caso.

CLASSIFICAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DESCRIÇÃO DOS PRINCÍPIOSDESCRIÇÃO DOS PRINCÍPIOS PROCESSOS DA CATEGORIA
Fotopolimerização em Cuba
polímero Fotossensível liquido é curado seletivamente em uma cuba por polimerização ativada por luz*
Estereolitografia (Stereolithography – sl), produção continua com interface liquida, tecnologia da empresa Invision TEC, e outros.
Extrusão de material
Material é extrudado através de um bico ou orifício, sendo seletivamente depositado.
modelagem por fusão e deposição (Fused Deposition Modeling – FDM), Makerbot, Reprap, Prusa, e outros.
Jateamento de material
Material é depositado em pequenas gotas de forma seletiva.
Polyget, impressão por múltiplos jatos (multijet printing – MJP), tecnologia da Solidspace, outros.
Jateamento de aglutinante
Um agente aglutinante liquido é seletivamente depositado para unir materiais em pó.
Impressão colorida por jato (Colorjet Printing – CJP), tecnologia da Voxeljet, tecnologia da ExOne, e outros.
Fusão de Leito em pó
Energia térmica funde seletivamente regiões de um leito de pó
Sinterização seletiva a laser (Selective Laser Sintering – SLS), sinterização direta de metal a laser ( Direct Metal Laser Sintering – DMLS), fusão seletiva a laser (Selective Laser Melting – SLM) LasercUSING, fusão por feixe de elétrons (Electron Beam Melting – EBM, e outros
Adição de laminas
Lâminas recortas de material são unidas (coladas) para formar um objeto
Manufatura laminar de objetos (Laminated Object Manufacturing – LOM), tecnologia da Solido, deposição seletiva de laminados (Selective Deposition Lamination – SDL), outros.
Deposição com energia direcionada
Energia térmica é usada para fundir materiais a medida que estes são depositados
Forma final obtida com laser (Laser Engineered Net Shaping – LENS), deposição direta de metal (Direct Metal Deposition – DMD), revestimento a laser tridimensional (3D Laser Cladding), outros.

FDM (Fused Deposition Modeling)

​Na FDM, uma bobina de filamento é carregada na impressora e, em seguida, alimentada à cabeça de extrusão, que é equipada com um bocal aquecido. Uma vez que o bico atinge a temperatura desejada, um motor aciona o filamento através dele, derretendo-o.

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Foto: https://www.aniwaa.com

SLA e DLP

O SLA e o DLP são processos similares que usam uma fonte de luz UV para curar (solidificar) a resina líquida em camada por camada. DLP é a mais antiga das tecnologias de impressão 3D, criada por um homem chamado Larry Hornbeck.em 1987.

SLS, DMLS & SLM

As três tecnologias são bem parecidas, uma fonte de alta energia funde seletivamente partículas de pó formando o objeto 3D

SLS, é uma técnica de impressão 3D que usa lasers de CO2 de alta potência para fundir partículas. Os laser sinterisa em pó materiais metálicos (embora possa utilizar outros materiais também, como pó de nylon branco, cerâmica e até mesmo vidro).

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Descrição Polyjet

Polyjet – MJP

Funciona de forma semelhante à impressão jato de tinta, mas em vez de jato de tinta sobre papel, as impressoras 3D PolyJet injetam camadas de fotopolímero líquido curável em uma bandeja de construção.

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TIPOS DE MATERIAIS PARA IMPRESSÃO 3D

Assim como existe várias tecnologias de impressão 3D, também, existe vários materiais para impressão 3D e cada um deles compatíveis com uma tecnologia. vou listar desde os mais comuns até os de metais e alguns que aposto que você nem sabia que dava para usar na impressão 3D.

MATERIAIS COMUNS

O ABS é um material de baixo custo, ótimo para imprimir peças resistentes e duráveis ​​que podem suportar altas temperaturas.

O PLA é o principal material para a maioria dos usuários devido à sua facilidade de uso, precisão dimensional e baixo custo.

Os filamentos flexíveis, comumente referidos como TPE ou TPU, são conhecidos por sua elasticidade, permitindo que o material se estique e dobre facilmente.

O HIPS é um material leve mais comumente usado como uma estrutura de suporte solúvel para modelos de ABS.

Os filamentos PET e PETG são conhecidos por sua facilidade de impressão, acabamento superficial suave e resistência à água.

O nylon é um material resistente e semi-flexível que oferece alto impacto e resistência à abrasão. É uma escolha ideal para imprimir peças duráveis.

Os filamentos de fibra de carbono contêm fibras curtas que são infundidas em um material de base de PLA ou ABS para ajudar a aumentar a resistência e a rigidez.

O ASA é uma alternativa comum ao ABS e é ótimo para aplicações externas devido à sua alta resistência a UV, temperatura e impacto

O policarbonato é conhecido por sua resistência e durabilidade. Tem muito resistência ao calor e impacto, tornando-se uma escolha ideal para ambientes difíceis.

O polipropileno é excelente para aplicações de alto ciclo e baixa resistência devido à sua resistência à fadiga, características semi-flexíveis e leves.

Os filamentos de madeira combinam um material de base de PLA com cortiça, pó de madeira ou outros derivados, dando aos modelos uma aparência e toque de madeira real.

O PVA é comumente conhecido por sua capacidade de ser dissolvido em água e é freqüentemente usado como material de suporte para impressões complexas.

O PEI é um termoplástico de engenharia com boas propriedades mecânicas e resistência excepcional a calor, produtos químicos e chama.

METAIS

O DMLS / SLM são compatíveis com a maior variedade de metais e produzem peças para aplicações de engenharia de ponta. Para casos de uso menos exigentes, o Binder Jetting está ganhando popularidade devido ao seu baixo custo, sendo o aço inoxidável, de longe, o material mais usado.

O aço inoxidável é uma liga de metal com alta ductilidade, desgaste e resistência à corrosão que pode ser facilmente soldada, usinada e polida.

O alumínio é um metal com boa relação resistência-peso, alta condutividade térmica e elétrica, baixa densidade e resistência natural ao clima.

O titânio é um metal com uma excelente relação resistência-peso, baixa expansão térmica e alta resistência à corrosão que é esterilizável e biocompatível.

O cromo-cobalto (CoCr) é uma super-liga de metal com excelente resistência e excelente resistência à corrosão, ao desgaste e à temperatura.

As ligas de níquel (Ni) possuem excelente resistência a força e fadiga. Pode ser usado permanentemente a temperaturas acima de 600 ° C.

homem fazendo modelagem cad no computador

MODELAGEM PARA IMPRESSÃO 3D

Todos os as tecnologias de impressão 3D dependem de um modelo 3D dos objetos a serem fabricados. O formato (Extensão) de arquivo mais conhecido para impressão 3D é o STL (STereoLithography) , mas não existe somente este. O CLI (Common Layer Interface), AMF (Additive Manufacturing Format) e alguns outros que vamos ver mais adiante, são formatos de representação geométrica para manufatura aditiva ou ‘Impressão 3D’

O modelo 3D pode ser obtido através de programas de modelagem paramétricos (Solidworks, Fusion 360) e programas de modelagem orgânica como o Zbrush e muitos outros. Também se pode obter um modelo 3D através de Scanners 3D, Tomografia Computadorizada, microtomografia, ressonância magnética, ultrassonografia 3D, fotogrametria, entre outros.

O FORMATO STL

STL é o formato de arquivo padrão do setor que todas as impressoras 3D usam. Eles usam triângulos para representar as superfícies externas e internas de um objeto 3D sólido. Pense nos arquivos STLs como os “PDFs da impressão 3D”: eles contêm todas as informações necessárias para imprimir um modelo, mas não são fáceis de editar.

PROBLEMAS COMUNS DA MODELAGEM PARA IMPRSSÃO 3D

A modelagem para impressão 3D tem que seguir alguns critérios, quando isso não acontece, alguns problemas geométricos impedem a formação de um arquivo sólido fechado e consequentemente a geração da malha apropriada para uso nos software da manufatura aditiva. não são seguidos, Vejamos alguns do principais problemas.

  • Superfícies não conectadas
  • Sólidos não conectados
  • Sobreposições de superfícies
  • Espessura da parede (casca) abaixo do recomendado

REGRAS PARA MODELAR UM ARQUIVO PARA IMPRESSÃO 3D

  • Evite overhangs em seu projeto quando possível, usando ângulos menores que 45º .
  • Adicione pelo menos 0,8 mm de espessura de parede aos seus modelos (recomendamos minimo 1.2).
  • Evite grandes superfícies planas e use cantos arredondados para evitar empenamentos.
  • Decida qual é o nível mínimo de detalhes que seus modelos exigem e escolha um processo de impressão 3D de acordo.

PROGRAMAS DE MODELAGEM PARA IMPRESSÃO 3D

Diferentes software podem ajudá-lo em cada etapa diferente do processo de modelagem: desde o projeto CAD até o reparo e a preparação STL. Nesta seção listamos o melhor software para impressão 3D para ajudá-lo a começar.

Software CAD profissional usado por mais de 2 milhões de engenheiros em todo o mundo. 
Ideal para: profissionais. 
Plataforma: Windows. 
Preço: Pago.
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Modelador de superfície de uso livre e multiuso para engenharia, arquitetura e design de jóias.
Ideal para: Intermediários / Profissionais. 
Plataforma: Windows, Mac. 
Preço: Pago.
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Projeto CAD, teste e fabricação em uma única ferramenta colaborativa baseada em nuvem. 
Ideal para: Intermediários / Profissionais. 
Plataforma: Windows, Mac. Preço: 
Pago / Grátis (versão educativa).
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Ferramenta colaborativa baseada em nuvem para aplicativos profissionais, incluindo peças, montagens e desenhos. 
Ideal para: Profissionais. 
Plataforma: online. 
Preço: Pago / Gratuito.
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Fácil de usar o aplicativo on-line para começar a modelagem 3D. 
Ideal para: iniciantes. 
Plataforma: online. 
Preço: grátis
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PROGRAMAS PARA CORRIGIR ARQUIVOS STL

Uma lista com os melhores programas para corrigir arquivo STL e OBJ.

Poderoso software de fabricação e design aditivo para as aplicações mais exigentes. 
Ideal para: Profissionais. 
Plataforma: Windows. 
Preço: Pago / Grátis (versão educativa).
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Software de última geração para trabalhar diretamente em um arquivo STL. Pode limpar, reparar e modificar qualquer malha. 
Ideal para: Intermediários. 
Plataforma: Windows, Mac. 
Preço: grátis
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OS MELHORES FATIADORES PARA IMPRESSÃO 3D

Para fazer a impressão 3D, precisamos converter o arquivo em 3D em uma linguagem que a impressora reconheça (Gcode). Para isso precisamos de programas específicos, no Brasil os chamamos de Fatiadores (pelo motivo de dividir o arquivo camada a camada). Abaixo uma lista dos fatiadores mais utilizados.