Explorando a impressão 3D – conceito, etapas e futuro

24 de Abril de 2019

Você já sabe como funciona a impressão 3D? Saiba um pouco mais sobre essa tecnologia com potencial de mudar a maneira como vivemos

O movimento maker tem se consolidado em escala global, fomentando a cultura do “faça você mesmo”. Sendo assim, as ferramentas de fabricação digital – fabricação de produtos físicos a partir de modelos digitais – têm se tornado cada vez mais acessíveis. Dentre essas ferramentas está a impressão 3D, tecnologia que viabiliza o desenvolvimento de produtos inovadores, que trazem a tona o potencial da criatividade humana. Nesse contexto, entenda como essa tecnologia tem se tornado protagonista em diversas áreas que permeiam a nossas vidas.

O que é a impressão 3D?

Fundamentalmente, a impressão 3D é um processo no qual se fabrica um material camada a camada. Por isso, pode ser categorizado como um processo de manufatura aditiva, termo utilizado para designar a fabricação sem que haja desperdício de material. Nesse sentido, essa tecnologia faz oposição a processos tradicionais que envolvem a remoção de material, os processos de manufatura subtrativa.

Devido a popularização crescente da tecnologia, a manufatura aditiva tem sido alvo de grandes inovações tecnológicas. Assim, novos maquinários e métodos têm permitido o trabalho com uma gama crescente de materiais, gerando novas aplicações. Ainda sim, o método mais popular de impressão 3D é a fabricação por filamentos fundidos (FFF). Este método consiste no aquecimento e extrusão de materiais plásticos. De maneira simples, um filamento plástico alimenta um extrusor, que irá fundir o material e depositá-lo camada a camada até que seja gerado um produto final. Para ilustrar esse processo, imagine uma pistola de cola quente. Nesse sentido, o tubo de cola alimenta o extrusor, onde é derretido. Ao ser extrudado pelo bocal da pistola esse polímero solidifica-se, formando uma nova geometria. Ao automatizar esse processo, a impressão 3D garante maior precisão e permite a obtenção de geometrias complexas, por um custo de produção razoavelmente baixo.

Quais as etapas a seguir?

Como dito anteriormente, a fabricação digital pode ser definida como a fabricação de um produto físico a partir de um modelo digital. Nesse sentido, para que ferramentas como a impressão 3D transformem um modelo em produto, algumas etapas devem ser seguidas. Essas são descritas brevemente a seguir.

Modelagem 3D

Abrange os processos de elaboração e desenvolvimento do modelo digital do produto. Nessa etapa, deve-se buscar construir um modelo que atenda aos requisitos do projeto. Para isso, são utilizados softwares de CAD – sigla em inglês para design assistido por computador – como SolidWorks e AutoCAD, por exemplo.

Num contexto industrial, essa é uma etapa essencial, já que permite a otimização de um produto dada sua aplicação. Assim, essa etapa tem gerado inovações em setores tradicionais como as indústrias automobilística e aviação.

Fonte: 3BE – Soluções em impressão 3D (2016)

Tratamento em software de impressão

A princípio, assim que um modelo 3D é gerado imagina-se que esse já pode ser impresso. Entretanto, antes que isso seja possível, esse modelo deve passar por um software como o CURA, chamados fatiadores. Esses softwares convertem o modelo em uma série de camadas finas para então produz um arquivo em código que contem as instruções de navegação do bocal de extrusão, o G-Code. Um cuidado que deve ser tomado na etapa de geração do o G-Code é levar os parâmetros da impressora 3D em consideração. Para isso, os fatiadores, de maneira geral, apresentam uma ferramenta de configuração desses parâmetros.

Essa etapa é importante pois muitos programas de CAD atuais geram modelos ponto a ponto, o que pode ocasionar em erros no modelo como buracos e achatamento de faces curvas. Assim, o fatiador permite a correção de eventuais imperfeições resultantes da importação do modelo 3D, evitando defeitos de impressão.

Além disso, deve-se atentar para a adição de suportes, prevenindo deformações térmicas em partes “suspensas”, isto é, camadas que devem ser impressas sem que hajam camadas anteriores servindo de anteparo. Nesse sentido, os fatiadores são capazes de prever onde os suportes devem ser posicionados. Ainda assim, cabe ao projetista realizar ajustes finos e remover esses suportes mecanicamente durante a etapa de acabamento da peça.

Impressão

Ao final da etapa de tratamento, o G-Code gerado pode ser importado para a impressora, dando início ao processo de impressão. Nessa etapa, é importante que operador seja paciente, já que depende de sua complexidade, pois uma peça pode levar horas para ser impressa. Desta forma, deve-se atentar para os fatores que influenciam na qualidade das peças impressas.

Nesse contexto, a maior parte dos parâmetros da máquina estão definidos pelo G-Code. Todavia, ao operador cabe o controle da velocidade da impressão. Nesse sentido, esse deve determinar o equilíbrio adequado entre tempo de impressão e qualidade. Velocidades menores levam a maiores tempos de impressão por peça e, consequentemente, menor produtividade. Por outro lado, isso resulta em peças com maior qualidade final. Por isso, é central ao processo de impressão que o operador leve em consideração o custo-benefício adequado ao seu projeto, ponderando fatores como tempo disponível e complexidade da geometria.

Outro fator que devem ser levados em consideração é a qualidade do filamento. Filamentos de baixa qualidade podem prejudicar não só a qualidade da peça, mas levar a danificação do equipamento.

O que esperar do futuro?

Os avanços tecnológicos da última década no campo da manufatura aditiva têm levado a criação de produtos vindos diretamente das séries de ficção científica. Assim, seguem algumas aplicações da impressão 3D que já existem.

Comida 3D

Imagine você sentado em casa quando surge a vontade de comer uma pizza. Nesse momento, você liga para a pizzaria e pede um sabor. Em seguida, corre para sua cozinha para ver essa pizza sendo impressa em 3D e em questão de segundos lá está ela.

Parece loucura, mas a impressão de comida tem sido alvo de grandes investimentos, inclusive da NASA. A agência aeroespacial americana tem buscado na impressão 3D inovações que melhorem a vida de seus astronautas no espaço. Simultaneamente, visa a economia de milhões de dólares por ano, já que ferramentas e outros recursos poderão ser enviados ao espaço e impressos em questão de horas, e não semanas.

Impressão 4 e 5D

Pesquisas de engenharia de materiais tem possibilitado a impressão de produtos cada vez mais complexos. Nesse sentido, já existem produtos impressos em 3D que variam na quarta e quinta dimensões, tempo e temperatura.

Para ilustrar isso, imagine que você precisa colocar um gesso. Nesse cenário, ao ir ao médico, ele escaneará seu braço para, em seguida, imprimir uma espécie de luva nos moldes do seu braço. Essa luva é maleável e, por isso, se encaixa ao braço com facilidade. Entretanto, ao submergi-la em água gelada, ela se torna rígida e, a partir daquele momento, se torna um gesso leve e resistente que permite que sua pele respire ao mesmo tempo em que protege seu braço.

Esse é apenas um exemplo dos avanços interdisciplinares que podem surgir dessa tecnologia.

Imprimindo casas

Por fim, a impressão 3D tem se desenvolvido a ponto de permitir a construção de casas. Assim, muitas construtoras têm procurado em investir nessa tecnologia, já que, em uma questão de décadas, lares poderão ser construídos com elevados graus de personalização e complexidade.

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Referências Bibliográficas

3BE. Soluções em impressão 3D. 2016. Acesso em: 25 set. 2018. Disponível em: <https://3be.com.br>. Acesso em 03.abr.2019.

GARFIELD, Leanna. BeeHex. 2014. Disponível em: <https://www.businessinsider.com/beehex-pizza-3d-printer-2017-3>. Acesso em 03.abr.2019.

CHENIUNTAI Nikita. Apis Cor. 2018. Disponível em: <https://www.apis-cor.com>. Acesso em 04.abr.2019.

EVILL, Jake; EVILL, Ollie. Evill Design. 2013. Disponível em: <https://www.evilldesign.com/cortex>. Acesso em 04.abr.2019.

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Arthur de Carvalho Cruzeiro

Graduando em Engenharia de Materiais na Universidade Federal de Santa Catarina. Trabalha pela inovação e acredita na mudança através da conexão entre pessoas.