Impressão 3D

O que é impressão 3D?

A impressão 3D é o processo de construção de objetos tridimensionais camada por camada. Também conhecida como manufatura aditiva, é o oposto da manufatura subtrativa, que se refere ao corte ou esculpir um design acabado a partir de um bloco maior de material, como na escultura.

Os materiais de impressão 3D comumente usados incluem termoplásticos como acrilonitrila butadieno estireno (ABS), metais, resinas e cerâmicas.

Software de modelagem 3D torna a impressão 3D possível. Ele permite mais criatividade e experimentação ao fazer protótipos de forma rápida, fácil e barata. Como pode fazer designs detalhados e complicados com menos material do que técnicas subtrativas, como perfuração, soldagem e moldagem por injeção, a impressão 3D reduz o desperdício de material.

Uma vez que o design está pronto, o software de impressão 3D constrói camadas de material para formar um objeto tridimensional real.

Software de Impressão 3D

Software que menciona impressão 3d como recurso ou termo.

Autodesk Fusion

DigiFabster

Ultimaker Cura

Solid Edge

Tinkercad

Shapr3D

Componentes de uma impressora 3D

Para entender melhor os tipos de impressão 3D, alguns componentes importantes das impressoras 3D são discutidos abaixo.

• A placa controladora é o coração de uma impressora 3D, pois transmite instruções para todos os outros componentes. Ela também determina a temperatura de fusão correta para moldar o objeto a ser impresso.
• O filamento é a matéria-prima necessária para imprimir objetos. É um plástico que derrete em vez de queimar quando aquecido.
• A estrutura abriga todos os elementos elétricos e mecânicos de uma impressora 3D. Ela os mantém na posição e oferece uma superfície para imprimir itens.
• A mesa de impressão é onde o objeto 3D final é criado.
• A cabeça de impressão é o componente através do qual o filamento entra, derrete e eventualmente toma a forma do objeto a ser impresso.
• As hastes rosqueadas permitem que a cabeça da impressora 3D se mova para cima, para baixo e em formações em ziguezague.
• Motores de passo dentro de uma impressora 3D ajudam na construção de um objeto em vários pequenos passos. Eles também ajudam a mover outros componentes como a cabeça da impressora, a mesa, as hastes e os parafusos.
• Correias são outro componente de movimento da impressora 3D. O motor de passo é acoplado às engrenagens de acionamento através de correias que se encaixam sobre as engrenagens e permitem que se movam suavemente com o motor.
• Paradas finais informam à impressora sua posição e evitam que ela exceda os limites permitidos. Elas ajudam a impressora a manter seu eixo e evitar descarrilamentos.
• A unidade de fonte de alimentação (PSU) fornece energia para todos os outros componentes da impressora.

Tipos de impressão 3D

A organização internacional de padronização (ISO) classifica as tecnologias de impressão tridimensional em sete classes. Todas as técnicas de impressão 3D se encaixam em uma das seguintes categorias.

• Jateamento de aglutinante deposita uma fina camada de material em pó, como metal, areia de polímero ou cerâmica, na plataforma de construção, após o que uma cabeça de impressão solta adesivos que ligam as partículas. O jateamento de aglutinante imprime metal 3D, protótipos em cores completas e moldes cerâmicos em grande escala.
• Deposição de energia direta emprega um laser, feixe de elétrons ou arco elétrico para fundir material em fio ou pó. A técnica constrói camadas horizontalmente e as empilha verticalmente para criar peças.
• Extrusão de material, ou modelagem por deposição fundida (FDM), fornece um carretel de filamento fornecido a uma cabeça de extrusão com um bico aquecido. A cabeça de extrusão aquece, amolece e deposita material em posições predeterminadas para esfriar e criar uma camada. A plataforma de construção então desliza para baixo para mover-se para a camada subsequente.
• Jateamento de material deposita material líquido de uma ou mais cabeças de impressão em uma superfície, em vez de tinta em uma página. Cada camada é curada antes de ser empilhada. O jateamento de material precisa de estruturas de suporte feitas de material solúvel em água que podem ser limpas após a conclusão.
• Fusão de leito de pó (PBF) é uma técnica na qual energia térmica, como um laser ou feixe de elétrons, é usada para fundir seletivamente regiões de um leito de pó para produzir camadas, que são então empilhadas para construir um componente.
• Laminação de folhas possui duas tecnologias distintas: fabricação de objetos laminados (LOM) e manufatura aditiva ultrassônica (UAM). LOM utiliza camadas alternadas de material e adesivo para fazer produtos com apelo visual e estético, enquanto UAM combina folhas finas de metal usando soldagem ultrassônica.
• Polimerização em cuba compreende estereolitografia (SLA) e processamento digital de luz (DLP). Essas técnicas geram componentes camada por camada, usando um laser para curar seletivamente a resina líquida em uma cuba. SLA aplica um laser de ponto único ou fonte de ultravioleta (UV) para cura, mas DLP projeta uma única imagem de cada camada completa na superfície da cuba.

Tecnologias de impressão 3D

Sinterização, fusão e estereolitografia são as três formas principais de técnicas de impressão 3D.

1. Sinterização é um processo que cria objetos de alta resolução aquecendo o material sem derretê-lo. Pó de metal é usado para sinterização direta a laser de metal. Pós termoplásticos são usados para sinterização seletiva a laser.
2. Métodos de fusão de impressão 3D incluem fusão de leito de pó, fusão por feixe de elétrons e deposição de energia direta. Essas técnicas empregam lasers, arcos elétricos ou feixes de elétrons para imprimir coisas fundindo materiais a altas temperaturas.
3. Estereolitografia usa fotopolimerização para produzir peças. Este método cura e solidifica seletivamente uma seção transversal de um objeto unindo a fonte de luz adequada com o material.

Benefícios da impressão 3D

Em comparação com técnicas de manufatura convencionais, a tecnologia de impressão 3D tem várias vantagens. Entre esses benefícios estão aqueles associados ao design e custo.

• A impressão 3D cria peças geométricas complexas e personalizadas que são simples e baratas. Ela usa menos material do que processos de produção subtrativos, tornando-a mais barata. Além disso, o custo de uma peça é diretamente proporcional ao material, tempo e procedimentos de pós-processamento, tornando-a um processo econômico.
• Sistemas de design auxiliado por computador (CAD) usados na impressão 3D tornam as mudanças de produto simples e valiosas.
• Este procedimento é ideal para ferramentas de prototipagem uma vez que permite pequenos lotes e produção interna, levando a processos de produção mais rápidos que dependem menos de cadeias de suprimentos.
• A impressão 3D frequentemente usa plásticos e metais, mas componentes podem ser feitos de materiais personalizados. Por exemplo, materiais com forte resistência ao calor, impermeabilização ou resistência podem ser usados para atender a requisitos específicos.
• Ela reduz drasticamente os prazos de entrega através de just-in-time (JIT) e produção sob demanda. No JIT, os produtos são entregues diretamente do fornecedor para a empresa, sem passar pelo armazém. A manufatura sob demanda implica fornecer ao cliente o produto certo quando ele precisa.

Limitações da impressão 3D

Embora as vantagens da tecnologia de impressão 3D sejam muitas, os usuários podem encontrar algumas dessas limitações comuns.

• Certos itens impressos em 3D, como os feitos com metal, são fortes, mas a maioria dos outros tende a ser frágil. A construção camada por camada reduz a resistência em 10–50% em comparação com a construção subtrativa.
• A falta de economias de escala na impressão 3D torna as produções em larga escala mais caras. Além disso, a impressão 3D ainda não é competitiva para produção em grande volume.
• A precisão das peças impressas é determinada pela máquina e métodos usados. Impressoras convencionais com menos tolerância para desvio podem produzir componentes significativamente diferentes dos designs.
• A maioria dos itens impressos em 3D requer pós-processamento. Isso pode incluir lixamento ou alisamento para obter um acabamento desejado, remoção de suportes para construir materiais na forma desejada, tratamento térmico para alcançar qualidades materiais especificadas ou acabamento final.
• Como a impressão 3D como tecnologia está crescendo, um grande desafio que retarda sua adoção é a falta de habilidade e expertise na área.

Impressão 3D vs. moldagem por injeção vs. impressão em resina

Impressão 3D é um método de impressão aditiva que camadas de material para formar objetos. Embora a impressão 3D seja um processo mais lento no geral, é mais rápida de configurar e permite modificações frequentes de design. É mais adequada para designs complicados.

Moldagem por injeção utiliza um molde preenchido com material fundido que se solidifica ao esfriar para gerar peças. O processo de moldagem por injeção é superior para fabricação em massa com baixo desperdício de material.

Impressão 3D em resina é coletivamente conhecida como polimerização em cuba. Aqui, uma resina fotopolimérica líquida é armazenada em uma cuba. A maioria das impressoras de resina inclui o que é conhecido como cuba, um recipiente com uma folha inferior transparente e flexível, preenchido com resina fotossensível que cura ou endurece quando exposta à luz UV.

A resina resulta em características mais finas do que qualquer impressora 3D regular, e o produto final geralmente requer menos trabalho de pós-processamento. Por outro lado, as placas de construção são frequentemente menores, impedindo a criação de objetos maiores.

Cada processo de produção tem seus próprios méritos, e eles podem ser usados em conjunto.

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