Existem diversos tipos de impressão 3D, cada um com um princípio de funcionamento, resultados diferentes, insumos e componentes distintos. Conhecer cada um dos tipos é muito interessante para estar sempre por dentro da tecnologia e saber qual o tipo ideal para cada necessidade.
Um dos desafios iniciais que os recém-chegados enfrentam com a tecnologia de impressão 3D é distinguir entre os diferentes tipos de impressão 3D e materiais disponíveis.
Qual é a diferença entre tipos de impressão 3D FDM e SLS, por exemplo? Ou SLS e DLP? Ou então EBM e DMLS?
Pode ser bem confuso. Pois com tantas siglas diferentes, você seria perdoado por confundir os tipos de impressão 3D com um gênero musical.
A primeira coisa a entender é que a impressão 3D é na verdade um termo abrangente que designa um grupo de processos de impressão 3D. Então não existe a impressão 3D, e sim existem AS impressões 3D!
O padrão ISO / ASTM 52900, criado em 2015, visa padronizar toda a terminologia e classificar cada um dos diferentes tipos de impressoras 3D.
No total, sete categorias diferentes de processos de manufatura para impressão 3D foram identificadas. Assim dentro desses sete processos foram agrupados diversas outras subcategorias que são utilizadas atualmente.
Neste artigo vamos explicar os principais tipos de impressão 3D e quais os seus pontos positivos e negativos. Sendo eles:
- Fabricação com Filamento Fundido (FDM ou FFF);
- Estereolitografia (SLA);
- Processamento de Luz Direta (DLP);
- Sinterização Seletiva a Laser (SLS);
- Sinterização Direta a Laser de Metal (MDLS);
- Derretimento Seletivo a Laser (SLM);
- Fusão de feixe de elétrons (EBM);
- Fabricação de Objetos Laminados (LOM);
- Jato de tinta (Inkjet);
- Polyjet.
Continue com a leitura para descobrir quais são esses tipos de impressão 3D e como cada um pode ser utilizado!
FDM ou FFF (Fused Deposition Modeling)
A extrusão de material é um processo de impressão 3D onde um filamento de material termoplástico sólido é empurrado através de um bocal aquecido, derretendo-o no processo. Então a impressora deposita o material em uma plataforma de construção ao longo de um caminho predeterminado, onde o filamento resfria e solidifica para formar um objeto sólido.
- Tipos de impressão 3D: FDM (Fused Deposition Modeling), às vezes chamada FFF (Fused Filament Fabrication);
- Materiais: filamento termoplástico (PLA, ABS, PETG, Flexível, HIPS – entre outros);
- Precisão dimensional: ± 0.5% (limite inferior ± 0.5 mm);
- Aplicações comuns: todo os tipos de peças, sendo o tamanho limitado pela área de impressão;
- Pontos fortes: melhor acabamento superficial, cores diverdificadas e multi-materiais disponíveis;
- Pontos fracos: tamanho de peça limitado pela área de impressão e peças menos resistentes que as usinadas.
Conhecendo a história…
O FDM é um processo de impressão 3D desenvolvido pela Scott Crump, e depois implementado pela Stratasys Ltd., nos anos 80. Assim ele utiliza materiais plásticos térmicos de qualidade de produção para imprimir objetos 3D.
FDM é um dos tipos de impressão 3D que usa termoplásticos adequados para produção, portanto, os itens impressos têm excelentes atributos mecânicos, térmicos e químicos.
Os dispositivos de extrusão de materiais são os tipos de tecnologia de impressão 3D mais comumente disponíveis e os mais baratos. Portanto eles são populares para produzir protótipos funcionais, modelos conceituais e para todos os tipos de peças. Portanto é uma tecnologia que pode criar detalhes precisos e possui uma excepcional relação resistência / peso.
Antes do início do processo de impressão do FDM, o usuário precisa dividir os dados de seu modelo 3D em várias camadas usando um software fatiador. Então os dados CAD cortados vão para a impressora para serem impressos.
Um carretel de filamento é carregado na impressora 3D e alimentado através de um bico no cabeçote de extrusão. O bico da impressora é aquecido a uma determinada temperatura. Então um motor empurra o filamento através do bico aquecido, fazendo com que derreta. A impressora move a cabeça de extrusão ao longo das coordenadas especificadas, depositando o material fundido na mesa de impressão, onde resfria e solidifica.
Quando uma camada é concluída, a impressora continua a fazer a próxima camada. Esse processo de impressão de seções é repetido, construindo camada sobre camada, até que o objeto esteja totalmente formado. Dependendo da geometria do objeto, às vezes é necessário adicionar estruturas de suporte, por exemplo, se um modelo tiver partes salientes inclinadas.
Como são as peças?
Peças FDM brutas podem mostrar linhas de camadas razoavelmente visíveis em alguns objetos. Elas obviamente precisarão de lixamento manual e acabamento após a impressão. Portanto, esta é a única maneira de obter um produto final suave com uma superfície uniforme.
Quando comparado ao SLA (tecnologia que veremos em seguida), o FDM tem uma velocidade de impressão mais lenta. O tempo total de impressão depende do tamanho e da complexidade do seu modelo. Objetos pequenos podem ser concluídos com relativa rapidez, enquanto peças maiores e mais complexas precisam de mais tempo.
A tecnologia FDM é hoje amplamente difundida e usada em indústrias como fabricantes de automóveis, produtores de alimentos e fabricantes de brinquedos. Portanto o FDM é usado para desenvolvimento de novos produtos, prototipagem e até mesmo na fabricação de produtos finais.
Através do uso deste método de impressão 3D, tornou-se possível construir objetos com geometrias e cavidades complexas. Assim podemos usar muitos tipos diferentes de termoplásticos com impressoras FDM. Os mais comuns são o ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno) e o PLA (ácido polilático).
Os objetos acabados do FDM são funcionais e duráveis. Com a assistência do FDM, você pode imprimir não apenas protótipos operacionais, mas também produtos prontos para uso. O que há de melhor nessa tecnologia é que todos os componentes impressos com FDM podem ser de alto desempenho.
SLA e DLP
São tipos de impressão 3D em que uma resina de fotopolímero é seletivamente curado por uma fonte de luz. As duas formas mais comuns desse tipo de polimerização são SLA (Estereolitografia) e DLP (Digital Light Processing). A diferença fundamental entre esses tipos de tecnologia de impressão 3D é a fonte de luz que eles usam para curar a resina. As impressoras SLA usam um laser de pontos, em contraste com a abordagem voxel usada por uma impressora DLP.
- Tipos de impressão 3D: Estereolitografia (SLA), Processamento de Luz Direta (DLP);
- Materiais: resina de fotopolímero (Padrão, Transparente, Alta Temperatura);
- Precisão dimensional: ± 0,5% (limite inferior ± 0,15 mm);
- Aplicações comuns: protótipos de polímero tipo injeção, jóias (fundição de investimento), aplicações dentárias, aparelhos auditivos – entre outros;
- Pontos fortes: acabamento superficial suave;
- Pontos fracos: frágil, não é adequado para peças mecânicas.
SLA (Stereolithography)
O SLA possui a distinção histórica de ser a primeira tecnologia de impressão 3D do mundo. A estereolitografia foi inventada por Chuck Hull em 1986, que realizou a patente da tecnologia e fundou a empresa 3D Systems para comercializá-la.
O SLA é um processo de prototipagem rápida. Assim aqueles que usam essa tecnologia são certos quanto à exatidão e precisão. Ela pode produzir objetos a partir de arquivos de dados CAD 3D (gerados por computador) em pouco tempo. As máquinas que usam essa tecnologia produzem modelos, padrões, protótipos e várias peças de produção exclusivas.
Elas fazem isso convertendo fotopolímeros líquidos em objetos 3D sólidos, uma camada por vez. O fotopolímero é primeiro aquecido para transformá-lo em uma forma semi-líquida, e então endurece ao contato. A impressora constrói cada uma dessas camadas usando um laser ultravioleta, direcionado por espelhos de varredura X e Y.
Como funciona?
Logo antes de cada ciclo de impressão, uma lâmina de recobrimento se move pela superfície para garantir que cada camada fina se espalhe uniformemente pelo objeto. Então o ciclo de impressão continua desta forma, criando objetos 3D de baixo para cima.
Depois de concluído a parte 3D normalmente terá um banho químico para remover qualquer excesso de material. Também é prática comum pós-cura do objeto em um forno ultravioleta. Isso porque o item finalizado se torna mais forte e mais estável. Dependendo da peça, ela pode passar por um processo de lixamento manual e fazer uma pintura profissional.
A impressão SLA tornou-se uma opção econômica preferida para uma ampla variedade de indústrias. Alguns destes incluem automotivo, médico, aeroespacial, entretenimento e também para criar vários produtos de consumo.
A maioria das impressoras SLA usa um laser de estado sólido para curar peças. A desvantagem desses tipos de tecnologia de impressão 3D usando um laser de pontos é que pode levar mais tempo para rastrear a seção transversal de um objeto quando comparado ao DLP.
DLP (Digital Light Processing)
A DLP é um dos mais antigos tipos de impressão 3D, criado por um homem chamado Larry Hornbeck em 1987. É semelhante ao SLA, já que também trabalha com fotopolímeros e tornou-se conhecida por seu uso na produção de projetores.
Enquanto o SLA usa luz ultravioleta, o DLP usa uma fonte de luz mais tradicional, geralmente lâmpadas de arco. Este processo resulta em impressionantes velocidades de impressão. Quando há muita luz, a resina endurece rapidamente (estamos falando em segundos).
Olhando para máquinas de processamento digital de luz, esses tipos de tecnologia de impressão 3D são quase o mesmo que o SLA. A principal diferença é que o DLP usa um projetor de luz digital para gerar uma única imagem de cada camada de uma vez (ou vários flashes para partes maiores). Como o projetor é uma tela digital, a imagem de cada camada é composta de pixels quadrados, resultando em uma camada formada por pequenos blocos retangulares chamados voxels.
Em comparação com a impressão SLA, o DLP atinge tempos de impressão mais rápidos para a maioria das peças. Isso porque ele expõe camadas inteiras de uma só vez. Com a impressão SLA, um laser precisa extrair cada uma dessas camadas e isso leva tempo.
Outro ponto positivo para a tecnologia de impressão DLP é que ela é robusta e produz modelos de alta resolução todas as vezes. Também é econômico com a capacidade de usar materiais mais baratos para objetos complexos e detalhados. Isso é algo que não apenas reduz o desperdício, mas também reduz os custos de impressão.
SLS (Selective Laser Sintering)
É um dos tipos de impressão 3D em que uma fonte de energia térmica induz seletivamente a fusão entre partículas de pó dentro de uma área de construção para criar um objeto sólido.
Muitos dispositivos de Fusão em Cama de Pó também empregam um mecanismo para aplicação e alisamento de pó simultâneo a um objeto que está sendo fabricado, então o item final é envolto e suportado em pó não utilizado.
- Tipos de impressão 3D: Sinterização Seletiva a Laser (SLS);
- Materiais: pó termoplástico (Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12);
- Precisão dimensional: ± 0.3% (limite inferior ± 0.3 mm);
- Aplicações comuns: peças funcionais; desenhos ocos; produção de peças de baixa produção;
- Pontos fortes: partes funcionais, boas propriedades mecânicas e geometrias complexas;
- Pontos fracos: prazos de entrega mais longos, custo mais alto que o FFF para aplicações funcionais.
Conhecendo a história…
Um empresário, inventor e professor americano chamado Dr. Carl Deckard desenvolveu e patenteou a tecnologia SLS em meados dos anos 80. É uma técnica de impressão 3D que usa lasers de CO2 de alta potência para fundir partículas.
Então, à medida que as patentes industriais expiram, esses tipos de tecnologia de impressão 3D estão se tornando cada vez mais comuns e de menor custo.
A produção consiste em utilizar um recipiente de pó de polímero aquecido a uma temperatura logo abaixo do ponto de fusão do mesmo. Em seguida, uma lâmina de recobrimento ou limpador deposita uma camada muito fina do material em pó – geralmente 0,1 mm de espessura – sobre uma plataforma de construção. Um raio laser de CO2 começa então a escanear a superfície. O laser irá seletivamente sinterizar o pó e solidificar uma seção transversal do objeto.
Assim como o SLA, o laser é focado no local correto por um par de galvos. Quando toda a seção transversal é digitalizada, a plataforma de construção se moverá para baixo. A lâmina de recobrimento deposita uma nova camada de pó no topo da última camada escaneada, e o laser irá sinterizar a próxima seção transversal do objeto sobre as seções transversais previamente solidificadas. Essas etapas são repetidas até que o objeto seja totalmente fabricado.
A plataforma de construção, ou mesa, diminui gradualmente com cada varredura a laser sucessiva. Assim o processo se repete uma camada de cada vez até atingir a altura do objeto. Há suporte não sinterizado de outros pós durante o processo de construção que envolve e protege o modelo. Isso significa que os objetos 3D não precisam de outras estruturas de suporte durante a construção.
Como são as peças?
O SLS produz peças duráveis e de alta precisão e pode usar uma ampla variedade de materiais. É uma ótima tecnologia para peças e protótipos de uso final totalmente funcionais. Ele é bastante semelhante à tecnologia SLA no que diz respeito à velocidade e qualidade. A principal diferença é com os materiais, já que o SLS usa substâncias em pó, enquanto o SLA usa resinas líquidas.
Como os tipos de impressão 3D listados acima, o método começa com a criação de um arquivo CAD, que então deve ser convertido para o formato .stl com softwares específicos. O material usado para impressão pode variar de nylon, vidro e cerâmica a alguns metais como alumínio, prata ou aço.
Devido à grande variedade de materiais que podem ser usados com este tipo de impressora 3D, a tecnologia é bastante popular para a impressão 3D de produtos personalizados. O SLS está mais difundido entre os fabricantes do que as pessoas que utilizam a impressão 3D como hobby, já que essa tecnologia exige o uso de lasers de alta potência, o que faz com que essas impressoras sejam caras.
DMLS, SLM e EBM
São processos de impressão 3D que produzem objetos sólidos, usando uma fonte térmica para induzir a fusão entre partículas de pó metálico uma camada de cada vez.
A maioria dessas tecnologias empregam mecanismos para adicionar pó à medida que o objeto é construído, resultando no componente final envolvido no pó de metal. No entanto, as principais variações nessas tecnologias vêm da utilização de diferentes fontes de energia: lasers ou feixes de elétrons.
- Tipos de impressão 3D: Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM);
- Materiais: metal em pó: alumínio, aço inoxidável, titânio;
- Precisão dimensional: ± 0,1 mm
- Aplicações comuns: peças de metal funcionais (aeroespacial e automotivo), medicina e odontologia;
- Pontos fortes: partes mais fortes e funcionais e geometrias complexas;
- Pontos fracos: pequenos tamanhos de construção e maior preço entre todas as tecnologias.
DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
A DMLS (Direct Metal Laser Sintering) e a SLM (Selective Laser Melting) produzem objetos de maneira semelhante ao SLS. No entanto, a principal diferença é que esses tipos de tecnologia de impressão 3D são aplicados à produção de peças de metal.
Para funcionar ela necessita de um laser poderoso (Yb-fibre laser) que consiga fundir as partículas dos metais para formar as camadas do objeto. Portanto sua grande vantagem é que permite criar peças finais complexas, que nos modelos tradicionais de fabricação seriam bem complicadas de produzir.
Possui um custo altíssimo tanto da impressora quanto das peças impressas, por isso é usada em poucas áreas, sendo estas principalmente a indústria aeroespacial, a medicina e a odontologia.
SLM (Selective Laser Melting)
O SLM é um dos tipos de impressão 3D que usa o laser para obter uma fusão completa do pó metálico, formando uma parte homogênea. Assim ele resulta em uma peça que tem uma temperatura de fusão única (algo que não é produzido com uma liga).
Essa é a principal diferença entre o DMLS e o SLM. O primeiro produz partes de ligas metálicas, enquanto o segundo forma materiais de elemento único, como o titânio.
Ao contrário do SLS, os processos DMLS e SLM requerem suporte estrutural, a fim de limitar a possibilidade de qualquer distorção que possa ocorrer (apesar do fato de que o pó circundante fornece suporte físico).
As peças DMLS / SLM estão em risco de deformação devido às tensões residuais produzidas durante a impressão, por causa das altas temperaturas. As peças também são normalmente tratadas termicamente após a impressão, enquanto ainda são fixadas na mesa, para aliviar qualquer tensão.
EBM (Electron Beam Melting)
EBM é outro tipo de fabricação de aditivos para peças metálicas. Foi originalmente criado pela Arcam AB Inc. no início deste século. Assim como o SLM, este método de impressão 3D é uma técnica de fusão de leito de pó. Enquanto o SLM usa o feixe de laser de alta potência como fonte de energia, o EBM usa um feixe de elétrons, que é a principal diferença entre esses dois métodos. O restante dos processos é bem parecido.
O material usado no EBM é o pó metálico que derrete e forma camada por camada por meio de um computador, que controla o feixe de elétrons em alto vácuo. Ao contrário do SLS, o EBM vai para o derretimento total do pó de metal. Assim o processo é geralmente conduzido sob alta temperatura de até 1000° C.
Comparado ao SLM, o processo do EBM é bastante lento e caro, e a disponibilidade de materiais é limitada. Portanto, o método não é tão popular, embora ainda seja usado em alguns processos de fabricação.
Atualmente, os materiais mais bem distribuídos que são usados para EBM são Titânio, Inconel 718 e Inconel 625 comercialmente puros. A aplicação de EBM é principalmente focada em implantes médicos e na área aeroespacial.
LOM (Laminated Object Manufacturing)
A fabricação de objetos laminados (Laminated Object Manufacturing, LOM) é mais um sistema de prototipagem rápida desenvolvido pela empresa Helisys Inc., sediada na Califórnia.
Durante o processo LOM, camadas de papel revestido com adesivo, plástico ou laminados de metal são fundidos usando calor e pressão e, em seguida, cortados com um laser controlado por computador ou faca. O pós-processamento das peças inclui etapas como usinagem e furação.
O processo LOM inclui várias etapas. Em primeiro lugar, o arquivo CAD é transformado em formato de computador, que geralmente é STL ou 3DS. As impressoras LOM usam folhas contínuas revestidas com um adesivo, que é colocado no substrato com um rolo aquecido. O rolo aquecido que é passado sobre a folha de material no substrato derrete seu adesivo. Então o laser ou a faca traçam as dimensões desejadas da peça. Além disso, o laser ajuda a remover facilmente as partes em excesso após a impressão ser feita.
Depois que uma camada é concluída, a plataforma é movida para baixo por cerca de um décimo de polegada. Uma nova folha do material é puxada pelo substrato e aderida a ele com um rolo aquecido. O processo é repetido várias vezes até que a peça 3D seja totalmente impressa. Quando qualquer material em excesso tiver sido cortado, a peça pode ser lixada ou selada com uma tinta. Se materiais de papel forem usados durante a impressão, o objeto terá propriedades semelhantes a madeira, o que significa que ele precisa ser protegido da umidade. Então, cobri-lo com uma laca ou tinta pode ser uma boa ideia.
Provavelmente, o LOM não é o método de impressão 3D mais popular, mas um dos mais acessíveis e rápidos. Isso porque o custo de impressão é baixo devido a matérias-primas não caras. Objetos impressos com LOM podem ser relativamente grandes, o que significa que nenhuma reação química é necessária para imprimir peças grandes.
Jato de tinta (Inkjet)
Também chamada de Inkjet, esse tipo de impressora 3D derivou da impressora 2D a jato de tinta. No entanto, nesse caso, são os jatos que criam as formas do objeto. Existem duas modalidades desse tipo de impressora 3D:
- a primeira delas utiliza um tipo de material aglutinante que é lançado pelo jato sobre um pó de resina plástica. Nos locais em que esse pó cai, ele se funde e solidifica, dando origem às formas. O processo repete-se camada por camada até que o objeto fique completamente pronto. Permite-se a utilização de diferentes tipos de materiais aglutinantes, como cerâmica e comida;
- a segunda modalidade é aquela na qual o material liberado pelo jato é a própria tinta. Geralmente, elas possuem muitas cabeças de impressão que, atuando todas ao mesmo tempo, favorecem que um mesmo objeto seja composto por diferentes materiais.
Dos tipos de impressoras 3D, a impressora a jato de tinta é a que envolve maiores custos e também consome mais tempo. A matéria-prima é disponibilizada no formato de cartuchos, o que dá oportunidade para que os fabricantes explorem bem as possibilidades de maiores lucros.
Uma boa vantagem dessa impressora é que ela permite a impressão em cores. Apesar de não ser muito usada por causa de seu custo-benefício pouco atraente, é provável que, no futuro, ela seja muito popular para as impressões domésticas.
Polyjet
A impressão PolyJet é semelhante à impressão a jato de tinta, mas, em vez de jatear gotas de tinta sobre o papel, as impressoras 3D PolyJet jateiam camadas de um fotopolímero líquido curável sobre uma bandeja de montagem.
Suas principais vantagens são a de permitir imprimir uma mesma peça com cores e texturas diferentes e o excelente acabamento final das peças. No entanto, ela possui um alto custo de impressão.
Agora que você já sabe que não existe apenas um tipo de impressão 3D e sim tipos de impressão 3D. Sabe também o quanto essa tecnologia pode ser amplamente utilizada, não vale mais tratar essa tecnologia como algo banal. Pois, tenho certeza que de alguma forma ela pode ser incorporada no seu dia a dia.
Então, que tal aprender agora a como escolher a impressora 3D ideal para sua utilização e aproveitar tudo que ela tem a te oferecer?
