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Tecnologias de impressão 3D – conheça as principais

Você conhece as tecnologias de impressão 3D disponíveis atualmente no mercado?

Existe uma gama de tecnologias de manufatura aditiva no mercado, porém muitas delas não são conhecidas do público em geral além das mais populares como a de extrusão ou FDM (ou FFF) que é a que utiliza filamentos como matéria-prima e a estereolitografia ou SLA, que utiliza resinas poliméricas UV para fabricação.

Neste artigo vamos abordar as principais tecnologias de impressão 3D para que você conheça outras opções de fabricação aditiva além das mais populares do mercado.

O esquema abaixo categoriza os diferentes tipos de tecnologias de impressão 3D de acordo com o tipo de matéria-prima utilizado : metais, polímeros, cerâmicos ou compósitos. Neste artigo abordaremos algumas dessas tecnologias principais, mas com vase nesse diagrama você poderá pesquisar mais sobre tecnologias de impressão 3D que despertem a sua curiosidade.

Tecnologias de manufatura aditiva de acordo com os tipos de materiais utilizados

Extrusão (FDM / FFF)

A impressão 3D utilizando a extrusão de material termoplástico é facilmente a tecnologia de impressão 3D mais comum – e reconhecível.

O nome mais popular para o processo é Fused Deposition Modeling (FDM), devido à sua longevidade, porém é um nome comercial, registrado pela Stratasys, empresa que o desenvolveu originalmente. A tecnologia FDM da Stratasys existe desde o início dos anos 1990 e hoje é um processo de impressão 3D de nível industrial.

No entanto, a proliferação de impressoras 3D básicas que surgiram desde 2009 utiliza amplamente um processo semelhante, geralmente referido como Freeform Fabrication (FFF), mas de uma forma mais básica devido às patentes ainda detidas pela Stratasys. As primeiras máquinas RepRap e todas as evoluções subsequentes – open source e comerciais – empregam a metodologia de extrusão.

O processo funciona derretendo o filamento de plástico que é depositado, por meio de uma extrusora aquecida, uma camada de cada vez, em uma plataforma de construção de acordo com os dados 3D fornecidos à impressora. Cada camada endurece à medida que é depositada e se liga à camada anterior.

Atualmente, existem no mercado uma variedade de materiais de grau industrial para o processo FDM que são adequados para algumas aplicações de produção. No segmento básico do mercado, os materiais são mais limitados, mas a variedade está crescendo. Os materiais mais comuns para impressoras 3D FFF de nível básico são ABS, PLA e PETG.

Os processos FDM/FFF requerem estruturas de suporte para qualquer aplicação com geometrias salientes. Para FDM, isso envolve um segundo material solúvel em água, que permite que as estruturas de suporte sejam removidas com relativa facilidade, uma vez que a impressão esteja completa. Alternativamente, materiais de suporte separáveis também são possíveis, os quais podem ser removidos manualmente encaixando-os na peça. Estruturas de suporte, ou a falta delas, geralmente têm sido uma limitação das impressoras 3D FFF de nível básico. No entanto, à medida que os sistemas evoluíram e melhoraram para incorporar cabeçotes de extrusão duplos, isso se tornou um problema menor.

Em termos de modelos produzidos, o processo de extrusão é um processo preciso e confiável que é relativamente amigável ao escritório, embora um pós-processamento extensivo possa ser necessário. No nível de entrada, como seria de se esperar, o processo produz modelos muito menos precisos, mas as coisas estão melhorando constantemente.

O processo pode ser lento para algumas geometrias de peças e a adesão camada a camada pode ser um problema, resultando em peças que não são estanques. Novamente, o pós-processamento com acetona pode resolver esses problemas.

tecnologia de impressão 3D por extrusão de filamento
Processo de impressão 3D por extrusão de filamento

Estereolitografia (SLA)

A estereolitografia (SLA) é amplamente reconhecida como o primeiro processo de impressão 3D e certamente foi o primeiro a ser comercializado. A estereolitografia é um processo baseado em laser que trabalha com resinas de fotopolímero, que reagem com o laser e curam para formar um sólido de forma muito precisa para produzir peças detalhadas.

É um processo complexo, mas podemos explicar de forma simplificada que, a resina de fotopolímero é mantida em uma cuba com uma plataforma móvel dentro. Um feixe de laser é direcionado nos eixos XY através da superfície da resina de acordo com os dados 3D fornecidos à máquina (o arquivo. stl), pelo que a resina endurece precisamente onde o laser atinge a superfície. Uma vez que a camada é concluída, a plataforma dentro do tanque desce uma fração (no eixo Z) e a camada subsequente é traçada pelo laser. Isso continua até que todo o objeto seja concluído e a plataforma possa ser elevada para fora do tanque para remoção.

Devido à natureza do processo, ele requer estruturas de suporte para algumas peças, especificamente peças com saliências ou rebaixos. Essas estruturas precisam ser removidas manualmente.

Em termos de outras etapas de pós-processamento, muitos objetos impressos em 3D usando a SLA precisam ser limpos e curados. A cura envolve submeter a peça à luz intensa em uma máquina semelhante a um forno para endurecer totalmente a resina.

A estereolitografia é geralmente aceita como um dos processos de impressão 3D mais precisos com excelente acabamento de superfície. No entanto, os fatores limitantes incluem as etapas de pós-processamento necessárias e a estabilidade dos materiais ao longo do tempo, que podem se tornar mais frágeis.

DLP

DLP – ou processamento digital de luz – é um processo semelhante à estereolitografia, pois é um processo de impressão 3D que funciona com fotopolímeros. A principal diferença é a fonte de luz. DLP usa uma fonte de luz mais convencional, como uma lâmpada de arco, com um painel de cristal líquido ou um dispositivo de espelho deformável (DMD), que é aplicado a toda a superfície do tanque de resina de fotopolímero em uma única passagem, geralmente tornando-o mais rápido que a SLA.

Também como a SLA, o DLP produz peças de alta precisão com excelente resolução, mas suas semelhanças também incluem os mesmos requisitos para estruturas de suporte e pós-cura. No entanto, uma vantagem do DLP sobre a SLA é que apenas uma cuba rasa de resina é necessária para facilitar o processo, o que geralmente resulta em menos desperdício e custos de operação mais baixos.

Tecnologia de impressão 3D SLA
Tecnologia de impressão 3D SLA

Sinterização a Laser (SLS)

A Sinterização a Laser e a Fusão a Laser são termos intercambiáveis que se referem a uma tecnologia de impressão 3D baseada em laser que funciona com materiais em pó.

O laser é traçado em um leito de pó de material em pó compactado, de acordo com os dados 3D alimentados à máquina, nos eixos XY. Conforme o laser interage com a superfície do material em pó, ele sinteriza, ou funde, as partículas entre si formando um sólido. À medida que cada camada é completada, o leito de pó cai incrementalmente e um rolo alisa o pó sobre a superfície do leito antes da próxima passagem do laser para que a camada subsequente seja formada e fundida com a camada anterior.

A câmara de compilação é completamente vedada, pois é necessário manter uma temperatura precisa durante o processo específico para o ponto de fusão do material em pó de escolha. Uma vez terminado, todo o leito de pó é removido da máquina e o excesso de pó pode ser removido.

Uma das principais vantagens deste processo é que o leito de pó serve como uma estrutura de suporte no processo para saliências e recortes e, portanto, formas complexas que não poderiam ser fabricadas de outra forma são possíveis com este processo.

No entanto, como desvantagem, devido às altas temperaturas necessárias para a sinterização a laser, os tempos de resfriamento podem ser consideráveis. Além disso, a porosidade tem sido um problema histórico com este processo e, embora tenha havido melhorias significativas para peças totalmente densas, algumas aplicações ainda requerem infiltração com outro material para melhorar as características mecânicas.

A sinterização a laser pode processar materiais plásticos e metálicos, embora a sinterização de metal exija um laser de potência muito maior e temperaturas mais altas no processo.

As peças produzidas com este processo são muito mais resistentes do que com SLA ou DLP, embora geralmente o acabamento superficial e a precisão não sejam tão bons.

Tecnologia de impressão 3D SLS
Limpeza de uma peça fabricada com tecnologia de impressão 3D SLS

Jateamento de Aglutinante e Material (Binder Jetting / Material Jetting)

Existem duas tecnologias de impressão 3D que utilizam uma técnica de jateamento, elas são o Jateamento de Aglutinante, Binder Jetting em inglês, e o Jateamento de Material, ou Material Jetting em inglês.

Jateamento de aglutinante: nesta tecnologia, o material sendo jateado é um aglutinante e é pulverizado seletivamente em um leito de pó do material da peça para fundi-lo em uma camada de cada vez para imprimir a peça necessária.

Como é o caso com outros sistemas de leito de pó, uma vez que uma camada é concluída, o leito de pó cai incrementalmente e um rolo ou lâmina alisa o pó sobre a superfície do leito, antes da próxima passagem dos cabeçotes de jato, com o aglutinante para a camada subsequente a ser formada e fundida com a camada anterior.

As vantagens desse processo, como com o SLS, incluem o fato de que não há a necessidade de suportes, pois o próprio leito de pó fornece essa funcionalidade.

Além disso, uma variedade de materiais diferentes pode ser usada, incluindo cerâmica e alimentos. Uma outra vantagem distintiva do processo é a capacidade de adicionar facilmente uma paleta de cores completa que pode ser adicionada ao arquivo da peça.

As peças resultantes podem ser usadas diretamente da máquina, no entanto, elas não são tão resistentes quanto as peças fabricadas pelo processo de sinterização e requerem pós-processamento para garantir maior durabilidade.

Jateamento de material: neste processo de impressão 3D os materiais de fabricação (no estado líquido ou fundido) são jateados seletivamente através de vários cabeçotes de jato (com outros materiais de suporte de jateamento simultaneamente).

No entanto, os materiais tendem a ser fotopolímeros líquidos, que são curados com uma passagem de luz ultravioleta conforme cada camada é depositada.

A natureza deste produto permite a deposição simultânea de uma variedade de materiais, o que significa que uma única peça pode ser produzida a partir de vários materiais com diferentes características e propriedades.

O jato de material é um método de impressão 3D muito preciso, produzindo peças com alta definição e um acabamento muito liso.

Peças sendo fabricadas com a tecnologia de Jateamento Aglutinante

Fusão por Feixe de Elétrons (EBM)

A tecnologia de impressão 3D de Fusão por Feixe de Elétrons, ou Electron Beam Melting (EBM) em inglês, é um processo patenteado desenvolvido pela empresa sueca Arcam.

Este método de impressão de metal é muito semelhante ao processo Direct Metal Laser Sintering (DMLS) em termos de formação de peças de pó de metal. A principal diferença entre essas duas tecnologias de impressão 3D é a fonte de calor, que, como o nome sugere, é um feixe de elétrons na EBM, e não um laser, o que exige que o procedimento seja realizado em condições de vácuo.

A EBM tem a capacidade de criar peças totalmente densas em uma variedade de ligas metálicas, até mesmo para grau médico e, como resultado, a técnica tem sido particularmente bem-sucedida para uma variedade de aplicações de produção na indústria médica, particularmente para implantes.

No entanto, outros setores de alta tecnologia, como aeroespacial e automotivo, também buscaram a tecnologia EBM para fins de fabricação.

Impressora 3D Arcam que utiliza a tecnologia de Fusão de Feixe de Elétrons
Impressora 3D que utiliza o processo de fabricação por EBM – Fusão de Feixe de Elétrons

Demais tecnologias de impressão 3D

Como já mencionado, existem várias tecnologias de impressão 3D no mercado e, a medida que a área de manufatura aditiva cresce, novos materiais também surgem que demandam o desenvolvimento de novas máquinas e tecnologias de fabricação. Porém, as citadas no artigo são principais que você deve conhecer como iniciante no aprendizado da Manufatura Aditiva.

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