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O que é impressão 3D? Conheça a tecnologia de impressoras 3D!

Escrito por Sérgio Portela em 29/01/2023. Postado em Dicas, Nível básico. 3 comentários em O que é impressão 3D? Conheça a tecnologia de impressoras 3D!

Impressão 3D vem revolucionando a maneira com que obtemos peças, permitindo criar objetos únicos, eliminar perdas, otimizar processos e gerar uma série de benefícios para diversas aplicações. As impressoras 3D estão cada vez mais presentes no dia a dia das pessoas e nas empresas, inclusive criando profissões e carreiras até então não exploradas.

A impressão 3D é uma das vertentes da indústria 4.0. A fabricação digital (ou fabricação aditiva), está transformando os processos de fabricação, produção e até mesmo a vida das pessoas. A confecção de próteses, peças de engenharia, guias médicas, objetos de decoração e até alimentos já são feitas com essa tecnologia.

Mesmo que você já tenha ouvido falar sobre a impressão 3D, é muito importante buscarmos cada vez mais conhecimento sobre, já que é um mercado relativamente novo e que está em constante crescente, com inovações diárias. Nos últimos anos os avanços foram enormes e, se você ficar para trás, pode ser mais difícil se adaptar às mudanças que estão por vir.

Então, criamos este guia completo para mostrar o que é impressão 3D e tudo o que está envolvido nesse universo. Entre os temas vamos falar sobre:

a história da impressão 3D;
os tipos de impressão 3D;
o passo a passo da impressão 3D: do projeto até a concepção da peça;
as possibilidades com a tecnologia;
dicionário da impressão 3D;
os melhores softwares de modelagem 3D;
as características dos filamentos para impressão 3D;
como trabalhar os parâmetros de impressão;
os softwares de impressão 3D mais utilizados;
os principais erros de impressão 3D;
como dar acabamento nas peças;
como aumentar a qualidade de suas peças impressas.

Muito conteúdo, não é mesmo? Com este guia você não saberá apenas o que é impressão 3D, mas conhecerá a fundo tudo o que a tecnologia pode proporcionar e como começar a utilizá-la. Vamos começar?

Um pouco sobre a história da impressão 3D

Você acha que a impressão 3D é nova, recente? Bom, nem tanto! A tecnologia foi inventada ainda em 1984, ou seja, há mais de 3 décadas! O inventor foi Chuck Hull, um norte-americano. É claro que a primeira impressora 3D não se parecia nada com as atuais, até porque a tecnologia de entrada foi a estereolitografia, precursora da impressão 3D.

O objetivo do projeto inicial era dividido em duas frentes: criar lâmpadas para solidificação de resinas e acelerar o processo de fabricação de peças plásticas. Como se pode imaginar, a segunda aplicação se mostrou com um potencial maior e foi fortemente desenvolvida.

Já nos primeiros resultados a impressora 3D mostrou duas características bem marcantes: a flexibilidade e rapidez. Essas vantagens da tecnologia permeiam até os dias de hoje.

Com o sucesso da criação, Hull criou a 3D Systems Corp., empresa que até hoje é uma das maiores no cenário mundial. A marca deteve a patente da tecnologia e iniciou as vendas de máquinas. Também surgiram outros tipos de impressão 3D, que igualmente foram patenteados.

Por questão da patente e do preço elevado dos componentes, ter uma impressora 3D na década de 90 definitivamente não era para qualquer um. Então, para se ter uma ideia, para adquirir uma máquina era preciso desembolsar aproximadamente 1 milhão de dólares na época! Só por efeitos de comparação, hoje o preço de impressora 3D pode iniciar em torno de 2 mil reais em um modelo de entrada.

Os tipos de impressoras 3D

Muito se fala sobre impressão 3D de uma forma geral, mas você sabia que há diferentes tipos de impressoras dessa tecnologia? FDM, DLP, SLA. Esses são alguns dos modelos que utilizam princípios diferentes para criar as peças. Para que você entenda melhor cada uma das alternativas, vamos explicá-las a seguir:

FDM – Fused Deposition Modeling

O modelo FDM é o mais utilizado e conhecido. A sigla representa Fusão por Deposição de Material. Basicamente, o princípio de atuação da impressora 3D FDM é o aquecimento do filamento até a fusão. O volume de material derretido é pressionado pelo bico extrusor, sendo depositado na superfície de impressão.

O material é depositado em camadas, como mostra a imagem acima. Atualmente as impressoras 3D FDM atuam com resolução entre 0,05 e 0,4 milímetros. Essa medida corresponde à altura da camada. Quanto menor o valor, mais lisa será a peça, com maior qualidade superficial.

SLA – Stereolithography e DLP – Digital Light Processing

O tipo SLA corresponde à estereolitografia. No processo de fabricação com SLA uma resina de fotopolímero é curada por uma fonte de luz. Outro tipo de impressão 3D, a DLP (Digital Light Processing), também usa o mesmo princípio de funcionamento, com a fonte de luz seletiva. No entanto, a principal diferença entre SLA e DLP é a fonte de luz que eles usam para curar a resina. Enquanto a SLA utiliza laser de pontos, a impressora DLP usa voxel.

SLS – Selective Laser Sintering

SLS é um outro tipo de impressão 3D. A sigla representa Sinterização Seletiva por Laser. Nesse caso, uma fonte de energia térmica induz seletivamente a fusão entre partículas de pó para criar um objeto sólido.

Se quiser ter mais informações, leia nosso conteúdo específico sobre os tipos de impressão 3D e seus benefícios.

O passo a passo da impressão 3D: do projeto à peça final

Muitas pessoas têm dúvidas sobre como é o processo de impressão 3D, como é o funcionamento da máquina. Então, para explicar isso melhor, focamos na tecnologia FDM e criamos um infográfico para detalhar o processo. Veja a seguir:

Casas, roupas, acessórios, avanços na medicina, peças de decoração. Tudo isso é possível criar com uma impressora 3D!

Como falamos no início deste conteúdo, uma das principais características da tecnologia é a flexibilidade. Uma mesma máquina consegue imprimir uma peça mecânica, de alta resistência e rigidez, ou uma peça decorativa.

Fazendo um paralelo, imagine uma fábrica de carros. A linha de montagem é preparada para cada modelo de automóvel. As ferramentas de cada posto de trabalho são disponibilizadas para os operadores, que têm um trabalho já determinado.

Então, vamos lá! Imagine se, por algum motivo, o veículo a ser montado é trocado e no lugar entra um outro modelo. Com certeza a produção seria paralisada e um tempo extenso seria perdido para o setup.

A fabricação pela impressão 3D não pede isso. Basta preparar o arquivo, colocar na impressora, configurar corretamente e mandar imprimir.

Essa flexibilidade da máquina amplia as possibilidades de empreendedores e empresas. É claro que no caso da linha de montagem dos automóveis e de qualquer produto industrial, o que ganha é a velocidade. O tempo de impressão de uma peça ainda pode ser considerado lento, mas quando todo o tempo necessário para a obtenção de uma peça em uma empresa, isso se torna um ponto positivo. Não entendeu? Vou explicar.

Aqui na 3D Lab um de nossos clientes que trabalha com protótipos utilizava um terceiro para produzir peças em madeira e, assim, testar a concepção de novos projetos. Essa terceirização era cara, uma vez que era difícil encontrar um artesão que fosse habilidoso o suficiente para esse trabalho. Além disso, o trabalho manual levava vários dias e, na maioria das vezes, tinha que ser refeito para algum ajuste no projeto ou por falha na hora de criar a peça. Com a impressão 3D ele diminuiu os custos, ganhou tempo para obtenção das peças e ganhou produtividade.

Você também pode fazer isso! Conheça 10 possibilidades com impressão 3D para você aplicar agora mesmo!

Os muitos termos da comunidade de impressão 3D

Para saber o que é impressão 3D você precisa conhecer o vocabulário da comunidade. Diferentes siglas e palavras definem diversos componentes, técnicas e erros. Hotend, all metal, direct drive, overhang… a lista é extensa, mas vale muito a pena estudar esses conceitos para começar a falar a língua da impressão 3D. Veja os principais termos a seguir:

Extrusor

O extrusor é o principal conjunto de qualquer impressora 3D. Muitas pessoas falam do extrusor como se ele fosse um único componente, mas não é isso. Ele é um conjunto de itens, responsável por aquecer o filamento e depositar na mesa de impressão.

Os componentes que fazem parte do extrusor são o tracionador, dissipador de calor, bloco aquecedor e bico de impressão, além do resistor e termistor. Além disso, em algumas impressoras ainda há o tubo de teflon.

Overhang

A impressão 3D FDM se faz em camadas. Para criar uma camada superior ela vai se apoiar em uma inferior. Porém, quando a peça apresenta inclinação, essa sustentação pode ser perdida e a qualidade de impressão nessa região pode ficar ruim.

Normalmente, avalia-se o quanto o filamento é capaz de criar essa inclinação sem sustentação mantendo a qualidade. Para o PLA o ideal é utilizar um cooler para a peça. Isso ajuda a resfriar mais rápido as camadas e garantir melhor qualidade. No entanto, isso não serve para o ABS. Se for projetado ar frio em uma peça de ABS ela vai se deformar.

Skirt

É normal que toda impressão tenha uma borda externa, sem contato com a peça. Esse material depositado serve para regular o fluxo e eliminar parte do filamento que pode conter impurezas. É interessante estudar também sobre o Raft e Brim, que são técnicas para aumentar a fixação da peça à mesa.

Warping

O warping acontece principalmente em peças de ABS. Quando o material começa a resfriar ele sofre contração, do centro para a fora, gerando possíveis empenamentos. O ABS é um material crítico nesse sentido pelas próprias características da matéria-prima. O melhor a se fazer para evitar esse efeito é trabalhar com uma impressora fechada, mantendo a temperatura de trabalho constante e elevada.

O PLA não sofre tanto com warping. No caso dele é indicado um cooler para resfriar a peça. Outra solução para warping é a cola de fixação, mas ela serve para conter pequenas contrações.

STL

O STL é o arquivo dos modelos para impressão 3D. Existem alguns sites que você pode baixar o stl gratuitamente. Em outros, há venda dos modelos.

GCode

O GCode são as linhas de códigos responsáveis pelas movimentações da impressora. Você pode encontrar esses códigos dentro da configuração do fatiador.

Infill

O infill, ou preenchimento na impressão 3D, é um parâmetro importante na definição de sua peça. É possível criar peças sem preenchimento, como vasos, em que só as paredes são feitas, ou peças com 100% de infill, maciças.

O tipo de preenchimento também pode ser variado, analisando a melhor resistência para a peça.

Layer

Layer é a altura da camada e isso interfere diretamente na qualidade superficial da peça. Quanto maior for a altura da camada ajustada, pior será a resolução. As layers habitualmente utilizadas variam entre 0,05 e 0,3 milímetros.

Existem muitos termos importantes sobre a tecnologia de impressão 3D. Para conferir todos veja o nosso glossário de impressão 3D com 42 termos!

Os melhores softwares de modelagem para impressão 3D

Se você está conhecendo a impressão 3D agora, pode se perguntar como os modelos são criados, como é a transformação das ideias nos arquivos. Para isso, precisamos estudar sobre os softwares de modelagem. Nesses programas você criará as peças em 3D, gerando o arquivo que será lido pela impressora.

SolidWorks

Específico para criações paramétricas, o SolidWorks é um dos softwares mais utilizados em todo o mundo para a modelagem de peças em 3D. Essa solução é ideal para projetos mecânicos e de engenharia. Sua interface é intuitiva, apesar do grande leque de possibilidades.

Fusion360

O Fusion360 é uma solução completa para modelagem 3D. O software permite criações paramétricas, modelagem “freeform”, sólidas e montagens. É possível simular encaixes e funcionamentos de sistemas, inclusive com testes e estudos de movimentos, tensão, estresse térmico, entre outros.

Tinkercad

O Tinkercad é uma ferramenta bem simples de trabalhar. Ele não precisa ser baixado ou comprado e pode ser utilizado no navegador. Para a criação dos modelos você pode partir de peças prontas, como cubos e esferas, criando montagens e editando. Esse aplicativo é um dos mais fáceis e acessíveis de modelagem para impressão 3D.

3D Builder

O 3D Builder é outra solução simples para criar seus modelos em 3D. Totalmente intuitivo, a interface permite que usuários sem conhecimento técnico em modelagem possam criar suas peças e iniciar a impressão 3D.

Se você quiser conhecer mais opções, confira nosso conteúdo com os 10 melhores softwares de modelagem 3D.

As propriedades técnicas dos filamentos para impressão 3D

Conhecer as propriedades dos materiais utilizados pelas impressoras é muito importante para entender o que é impressão 3D. Na tecnologia FDM a matéria-prima é composta pelos filamentos. Basicamente, os mais utilizados no mercado são PLA e ABS, mas o PETG vem crescendo bastante e se tornando popular.

PLA

O PLA é um material biodegradável e originado do amido de milho ou outras fontes renováveis. Sua utilização na tecnologia é bastante diversificada, principalmente pela qualidade de impressão e facilidade de uso.

O material pode ser usado em qualquer tipo de máquina, seja ela aberta ou fechada, com ou sem mesa aquecida. O filamento PLA para impressora 3D tem alta dureza e ótima qualidade superficial sem necessidade de acabamento. Sua resistência mecânica com carga estática é alta.

ABS

O ABS é outro material bastante utilizado no mercado. O filamento ABS para impressora 3D tem alta resistência mecânica, elevada resistência térmica e facilidade para acabamento posterior, seja com lixa ou processo de acetona pura.

Para imprimir com filamento ABS é necessário ter uma impressora 3D com mesa aquecida, para melhorar o fixamento da peça à superfície, e é indicado que a impressora seja fechada para impedir o efeito de warping.

PETG

Principalmente na Europa, o filamento PETG para impressora 3D vem crescendo bastante na utilização para a tecnologia. O material tem alta resistência química, mecânica e intermediária resistência térmica.

A facilidade de impressão é um ponto positivo, fazendo com que o material possa ser utilizado em impressoras abertas ou fechadas, com ou sem mesa aquecida, assim como o filamento PLA.

Outros

Existem outros diversos filamentos para impressão 3D. A 3D Lab fabrica e fornece, além dos três tipos já citados, o Flexível, HIPS (solúvel) e Wood. Estamos testando e desenvolvendo outros materiais, como o filamento de carbono e até mesmo filamentos especiais para impressão 3D de metal.

As melhores configurações para os parâmetros de impressão

Saber como configurar os parâmetros de impressão 3D é muito importante para conseguir atuar bem com a tecnologia. Não adianta simplesmente comprar a impressora 3D e querer tirar dela peças de alta qualidade sem aprender sobre as configurações. Fique sempre de olho nas dicas de impressão que postamos!

Muitas pessoas utilizam perfis de fatiamento, ou seja, as configurações, padrões, mas isso não é o mais indicado, uma vez que cada projeto tem suas particularidades. Por isso, confira uma lista das principais configurações para os parâmetros de impressão:

Velocidade de impressão

A velocidade de impressão 3D é um dos principais parâmetros. Não adianta querer aumentar essa velocidade de forma incalculada e irresponsável. A estrutura da máquina é uma interferência direta nesse caso. Máquinas mais robustas conseguem velocidades maiores, normalmente.

Um ponto importante é a qualidade das peças impressas. Com maior velocidade pode-se prejudicar essa qualidade, aumentando vibração da máquina e perdendo precisão. Em impressoras 3D profissionais, como a Force One, a velocidade de impressão recomendada é até 120mm/s. Para projetos mais detalhados pode-se reduzir esse parâmetro e trabalhar com mais cautela.

A altura da camada é a resolução da peça, como já falamos neste conteúdo. Quanto maior for a altura, variando normalmente de 0,05 a 0,4mm, pior será a qualidade superficial.

Primeira camada

Alcançar uma boa qualidade para a primeira camada da impressão 3D é crucial, isso porque as camadas posteriores serão construídos sobre ela. Se essa primeira camada não estiver bem estruturada, toda a peça pode sofrer com isso.

Garanta que a mesa esteja alinhada e na distância certa do bico de impressão. Além disso, verifique se o fluxo de material que sai do bico é o correto, sem que haja falta ou excesso de material depositado.

Suporte de impressão 3D

Sentido de impressão

O sentido de impressão das peças, apesar de não ser uma configuração, como a altura da camada ou a velocidade, é muito importante. Esse é o posicionamento da peça na mesa e isso pode influenciar na geração de suportes, na qualidade da peça e na resistência dela.

A resistência da peça na direção transversal às camadas é maior do que na direção longitudinal. Então, pense na aplicação da sua peça para posicioná-la na mesa de impressão.

Outro ponto importante é a qualidade. Se houver a necessidade de suporte, a área em que será construída pode ficar com uma qualidade inferior, além de representar um gasto a mais de material e tempo de impressão.

Impressão 3D de peças grandes

A impressão 3D pode ser utilizada para criar peças de diferentes tamanhos. No mercado há impressoras com mesas pequenas, de 200x200x200 milímetros, por exemplo, nos sentidos X, Y e Z, até dimensões maiores, com 400x400x400 ou até superior.

Para impressão 3D de peças grandes é interessante analisar a necessidade de partir os modelos e criar encaixes. Caso seja necessário acabamento nas peças, pode-se aumentar a velocidade de impressão e trabalhar com camadas mais altas.

Impressão 3D de peças pequenas

Para imprimir peças pequenas também existe algumas particularidades. Com projetos detalhados você precisa atentar para o ajuste correto entre qualidade, fluxo e velocidade, além da temperatura de extrusão do bico.

Impressão 3D colorida

É possível criar uma impressão 3D colorida. Para isso há basicamente três maneiras: utilizar uma impressora com duplo ou mais extrusores; dividir as partes da peça e imprimi-la separadamente ou fazer a troca do filamento durante a impressão. Claro, você também pode imprimir a peça somente com uma cor e depois pintar.

Os principais softwares de impressão 3D

Depois de criar ou importar os arquivos para impressão 3D e escolher o filamento ideal, chega a hora de preparar o modelo para o fatiamento, ou seja, ajustar os parâmetros de impressão. Para isso você deve usar o que chamamos de softwares fatiadores, ou softwares de impressão 3D.

Essas soluções transformam seu objeto 3D em um modo de leitura para as impressoras, segmentando a peça em camadas. Essa configuração inclui todos os parâmetros importantes, como velocidade de impressão 3D, preenchimento, altura da camada, além dos ajustes nas dimensões da peça.

Simplify3D

O Simplify3D é uma das soluções mais utilizadas como software de impressão 3D. Para utilizar é preciso investir na licença do software, que é bem completo.

É possível personalizar toda a sua impressão, inserindo parâmetros diversos. O software lhe mostra uma estimativa de duração da impressão e peso em material gasto. Também é possível configurar o valor gasto no filamento para encontrar o custo de produção da peça.

Cura

O Cura é um software de impressão 3D criado pela empresa Ultimaker, uma das referências em impressão 3D no mundo. A solução pode ser utilizada em diversos tipos de impressoras FDM, da própria marca ou não. O software é totalmente gratuito e open source.

O Cura tem diferentes modos de utilização, indo do nível Básico até o Avançado. Neste último é possível configurar detalhes mais precisos da impressão.

Slic3r

O Slic3r é uma outra opção de software para impressão 3D. Trata-se de um software gratuito. É usado para preparar as configurações de impressão, abrir ou reparar arquivos.

É uma opção para a impressão 3D FDM e também para SLA/ DLP. Pode ser utilizado para criar múltiplos processos de impressão 3D, em diversas impressoras do mercado.

Os maiores erros de impressão 3D

Não pense que basta comprar uma impressora que você conseguirá imprimir peças de alta qualidade e aplicação. É preciso investir seu tempo para adquirir conhecimento. Saber alterar os parâmetros, pensar em cada projeto específico, conhecer as características dos materiais. Tudo isso ajuda a utilizar melhor a tecnologia. Infelizmente alguns erros podem acabar com os resultados. Por isso, fizemos uma lista com os principais equívocos cometidos e como resolvê-los. Veja:

Falta de aderência na primeira camada

Já falamos que a primeira camada é muito importante para a peça. Na verdade, imprimir uma boa primeira camada é meio caminho andado para uma peça perfeita! Um dos problemas que pode acontecer é essa camada se soltar. Isso pode ocorrer por alguns motivos, como distância grande do bico de impressão para a mesa, superfície fria ou com impurezas ou mesa desnivelada.

Então, certifique-se de ajustar a mesa corretamente, limpá-la antes de usar e aplicar produto fixador, como a cola adesiva. Confira também o ajuste da distância do bico à mesa, ele não pode ficar longe ou perto demais.

Sub extrusão

A sub extrusão é a falta de material para formar as camadas. Esse problema pode fragilizar a peça, gerar um acabamento ruim ou até causar a perda da impressão.

Esse efeito pode acontecer por vários motivos, como sujeira no filamento, entupimento do material no extrusor ou excesso de velocidade de impressão. Então, para resolver e evitar esse problema sempre trabalhe com filamentos de alta qualidade, inclusive guardando-os longe de poeira e umidade, além de garantir que a velocidade de impressão seja compatível com a máquina e material.

Fios soltos na impressão (stringing)

Um problema considerado comum na impressão é quanto ela fica cheia de fios soltos. Esse depósito de material acontece durante o transporte do conjunto extrusor, quando ele vai de um ponto a outro, passando por cima da peça. O ideal é que não depositasse material até chegar no ponto certo e isso você garante com a configuração de retract.

O retract, ou retração, é o movimento contrário do tracionador. Ao invés de ele movimentar o filamento em direção à mesa, ele faz o inverso. Assim, o carro extrusor pode se movimentar sem depositar filamento.

Tipos de acabamentos na impressão 3D

Para aumentar a qualidade você pode optar por dar acabamento nas peças posterior à impressão. Existem formas diferentes de dar esse acabamento, vejamos algumas delas:

Alisamento e pintura

O tratamento com lixa é muito utilizado nas peças impressas para retirar as linhas de impressão e deixar a superfície lisa. Esse processo também é muito interessante quando há encaixes de segmentos. Após o tratamento com lixa você pode aplicar produtos preparadores e camadas de tintas, criando verdadeiras obras de arte.

O filamento PLA apresenta uma alta dureza, então lixá-lo não é uma tarefa simples. Já com o filamento ABS o caso é o contrário, sendo bem fácil o tratamento com lixa.

Acabamento com acetona pura

Outro produto bastante usado para dar acabamento nas peças impressas é a acetona pura. Esse material reage com o filamento ABS, removendo os efeitos das camadas de impressão e suavizando a superfície, deixando-a lisa. É importante dizer que somente a acetona pura funciona nesse processo, e com filamento ABS.

Tome cuidado com a acetona, uma vez que trata-se de um material inflamável.

Para saber mais sobre como dar acabamento com acetona nas peças, confira nosso conteúdo exclusivo sobre o tema.

Processo para deixar as peças mais resistentes

Uma das aplicações das peças impressas é na engenharia e prototipagem, além do uso como produto final. Para isso, muitas vezes elas devem ter uma boa resistência mecânica. Existem algumas dicas para aumentar essa resistência, tal como escolher o material mais adequado, analisar o sentido de impressão, variar o tipo e percentual de preenchimento, entre outras.

Como aumentar a qualidade das peças na impressão 3D

Para fechar o nosso guia sobre o que é impressão 3D, vamos falar sobre as técnicas para aumentar a qualidade das peças impressas em 3D.

Mantenha sua impressora bem ajustada e calibrada

Para alcançar boa qualidade nas peças é preciso manter as impressoras sempre com a manutenção em dia, permitindo que elas estejam ajustadas e calibradas. Correias, guias e algumas peças podem sofrer desgastes durante o uso e tempo, então é preciso investir na manutenção preventiva, não só corretiva, quando acontece uma quebra ou falha.

A 3D Lab oferece o serviço de manutenção multimarcas. Traga a sua impressora e vamos fazer uma análise do que precisa ser feito para que suas peças sejam perfeitas!

Acerte nos parâmetros de impressão 3D

Acertar nos parâmetros de impressão é muito importante. Faça uma análise minuciosa de cada parâmetro, como velocidade de impressão, fluxo de material, retract, altura da camada, entre outros.

Sempre escolha filamentos de qualidade

Por fim, sempre escolha filamentos de alta qualidade. Nós produzimos os materiais mais conceituamos do mercado, testados em todas as marcas do mercado nacional e diversas impressoras importadas. Contamos com diversos processos de análise de qualidade para garantir a perfeita aplicação dos nossos clientes.

E então, depois deste guia super completo sobre a impressão 3D eu tenho certeza que você está pronto para começar a utilizar essa tecnologia, seja como hobby, empreendimento ou aplicação na empresa. Fique por dentro de todos os lançamentos de 2023 e se quiser uma consultoria ou precisa tirar dúvidas, entre em contato conosco e vamos lhe ajudar!

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Conheça os tipos de impressão 3D e os seus benefícios!

Escrito por webmaster em 25/09/2018. Postado em Dicas, Nível básico. Nenhum comentário em Conheça os tipos de impressão 3D e os seus benefícios!

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?

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