O termo impressão 3D abrange várias tecnologias de fabricação que constroem peças em camada por camada. Cada um deles varia na forma como formam as peças de plástico, resinas e metais, onde pode diferir na seleção de materiais, acabamento superficial, durabilidade e velocidade e custo de fabricação.
Tipos de tecnologia de impressão 3D
Existem vários tipos de impressão 3D, que incluem:
- FDM(Modelagem de Deposição Fundida)
- SLA(Estereolitografia)
- DLP(Processo de luz digital )
- SLS(Sinterização seletiva a laser)
- DMLS(Sinterização a laser de metal direto)
- SLM(derretimento seletivo a laser)
- EBM(Derretimento de feixe de elétrons)
- MJF(Multi Jet Fusion)
- PolyJet (Injeção de resina em gota)
A seleção do processo de impressão 3D correto para o seu aplicativo requer uma compreensão dos pontos fortes e fracos de cada processo e do mapeamento desses atributos.
para suas necessidades de desenvolvimento de produtos. Vamos primeiro discutir como a impressão 3D se encaixa no ciclo de desenvolvimento do produto e depois examinar os tipos comuns de tecnologias de impressão 3D e as vantagens de cada uma.
Tabela de vantagens e desvantagens das tecnologias de impressão 3D
OBS: Dados podem ser diferentes dependendo da aplicação
FDM (Modelagem de Deposição Fundida)
A tecnologia de impressão 3D mais acessível de todos, com a maior popularidade no mercado atual, funciona aplicando matérias camada por camada, criando paternos tridimensionais, como uma pistola de cola quente extremamente precisa.
Como pode ver na imagem ao lado, o bico de impressão tem a capacidade de movimentar em 3 eixos em relação ao objeto de impressão, derretendo o material de impressão 3D em precisão por camada
- Exemplo de Aplicações de FDM
Vantagens da tecnologia de impressão 3D FDM
FDM é a tecnologia de impressão 3D mais popular e barata no mercado brasileiro. Com baixo custo das impressoras 3D FDM, potencializa produção em massa de peças com bastante variedade de matérias de impressão 3D.
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D FDM
Qualidade de impressão 3D comparando com outras tecnologias pode ser problemático dependendo de precisão e calibragem das máquinas, onde Linhas de impressão 3D são visíveis em quase todos instantes, e dependendo da forma de impressão, uma direção do objeto impressa pode ser mais fraca que outra direção (peças impressas com a tecnologia FDM tem tendencia de ser mais fraca nas linhas entre as camadas de impressão).
- Variações de tecnologia FDM
Há vários tipos de variações com material de impressão, desde fibra de carbono até cimento (Impressão 3D de casas)
Estereolitografia (SLA)
A estereolitografia (SLA) é o processo de impressão 3D industrial que surgiu primeiro . As impressoras SLA se destacam na produção de peças com altos níveis de detalhes e acabamentos suaves na superfície e tolerâncias rigorosas.
Com a tecnologia SLA de impressão 3D, as peças não apenas saim com uma boa aparência, mas também pode ajudar na função da peça
É amplamente utilizado na indústria médica e aplicações comuns incluem modelos anatômicos e microfluídicos. Usamos as impressoras Vipers, ProJets e iPros 3D fabricadas pela 3D Systems para peças SLA.
- Observações sobre Impressão 3D de Estereolitografia
A tecnologia SLA forma peças plásticas, curando uma resina termoendurecível líquida com um laser UV. À medida que as peças são construídas, elas exigem estruturas de suporte que são removidas quando a construção é concluída.
Apesar da impressão 3D ser quase sinônimo de prototipagem rápida, há cenários em que é um processo de produção viável. Normalmente, essas aplicações envolvem volumes baixos e geometrias complexas. Freqüentemente, os componentes para aplicações aeroespaciais e médicas são candidatos ideais para a impressão 3D de produção, pois freqüentemente correspondem aos critérios descritos anteriormente.
- Exemplo de Aplicações de Estereolitografia (SLA)
Vantagens da tecnologia de impressão 3D SLA
Impressão 3D SLA pode trazer vantagens de alta precisão e baixo desperdício de material. E já que o tempo de impressão 3D SLA depende de número das camadas, se tiver uma área de impressão 3D grande, pode facilitar produção em massa.
No mercado brasileiro, a tecnologia também está cada vez mais acessível.
Você pode ver em mais detalhe a tecnologia de impressão 3D FDM comparando com SLA neste artigo - Impressão 3D FDM vs SLA - Vantagens e desvantagens de cada um
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D SLA
Já que a tecnologia de impressão 3D SLA utiliza resina como material de impressão 3D, se não tiver um ambiente preparada e equipamento de proteção adequada, pode causar bastante desorganização e sujeira.
DLP (Processamento digital de luz)
O processamento digital de luz é semelhante ao SLA, pois cura a resina líquida usando a luz UV, por tanto, a principal diferença entre as duas tecnologias é que o DLP utiliza um projetor DLP como forma de manipulação da fonte de luz UV, enquanto o SLA-LCD utiliza uma tela LCD para controlar a passagem dos leds UV.
Isso significa que as impressoras DLP 3D podem criar imagens de uma camada inteira da construção de uma só vez, resultando em velocidades de construção mais rápidas.
-- Exemplo de Aplicações de DLP
Vantagens da tecnologia de impressão 3D DLP
Impressão 3D DLP tem resultados similares com SLA, porem apresentam melhor acabamento de impressão em peças curvadas e pequenas, potencializando peças totalmente translucidas
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D DLP
Comparando com a tecnologia SLA, a tecnologia DLP é muito mais cara e requer muito mais espaço e manutenção das impressoras.
Impressoras 3D DLP em comparação ao SLA também é mais difícil de calibrar
SLS (Sinterização seletiva a laser)
A sinterização seletiva a laser (SLS) derrete materias a base de nylon em plástico sólido. Como as peças SLS são feitas de material termoplástico real, elas são duráveis, adequadas para testes funcionais e podem suportar dobradiças vivas e encaixes.
Em comparação com o FDM e SLA, as peças são mais fortes, mas têm acabamentos de superfície mais ásperos.
O SLS não requer estruturas de suporte, para que toda a plataforma de construção possa ser utilizada para aninhar várias peças em uma única construção, tornando-a adequada para quantidades de peças superiores a outros processos de impressão 3D. Muitas peças do SLS são usadas para criar protótipos que um dia serão moldados por injeção. Para nossas impressoras SLS, usamos máquinas sPro140 desenvolvidas por sistemas 3D.
- Exemplo de Aplicações de Estereolitografia (SLS)
Vantagens da tecnologia de impressão 3D SLS
Impressão 3D SLS em muitos casos não necessita de suporte de impressão 3D, deixando peça sem muita necessidade de acabamento.
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D SLS
Tecnologia de Impressão 3D SLS é muito mais cara comparando com FDM e SLA. E já que utiliza material em pó, necessita investimento em outros maquinários de acabamento
DMLS (Sinterização a laser de metal direto)
Uma das tecnologias de impressão 3D de metal é a sinterização a laser de metal direto, também conhecida como DMLS. este processo pode ser usado para construir objetos de quase qualquer liga de metal, ao contrário de outras técnicas de impressão 3d, que só funcionam com materiais baseados em polímeros ou ligas de metal específicas.
A sinterização a laser de metal direto envolve a propagação de uma camada muito fina de pó de metal na superfície que deve ser impressa. Um laser é lentamente e firmemente movido através da superfície para sintetizar este pó, o que significa que as partículas dentro do metal são fundidas, mesmo que o metal não é aquecido o suficiente para permitir que ele derreta completamente. Outras camadas de pó são então aplicadas e sintetizadas, assim "imprimir" o objeto uma seção transversal de cada vez.
Uma vez que o processo DMLS foi concluído, o objeto impresso é deixado para esfriar. O excesso de pó pode ser recuperado da câmara de construção e reciclado.
- Exemplo de Aplicações de DMLS
Vantagens da tecnologia de impressão 3D DMLS
A principal vantagem do DMLS é que ele produz objetos livres das tensões residuais e defeitos internos que podem pestanejar componentes de metal tradicionalmente fabricados. Isto é extremamente importante para componentes de metal que irão operar sob alta tensão, como aeroespacial ou peças automotivas.
Os componentes de metal fabricados tradicionalmente precisam de ser tratados termicamente após serem fabricados para remover tensões internas que possam causar falha nas partes.
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D DMLS
A principal desvantagem do DMLS é que até agora tem sido muito caro, o que tem limitado a sua utilização a aplicações de alta qualidade, como a fabricação de peças protótipo de metal na indústria aeroespacial.
SLM (derretimento seletivo a laser)
A tecnologia SLM - SLS funciona utilizando um lazer como energia de sinterização, podendo sintetizar ligas de vários tipos de metais como Aço inoxidável, liga de alumínio, Liga de alta temperatura, Liga medicinal e liga de titânio
É uma tecnologia de alta precisão industrial de manufatura, potencializando estruturas e padrões geométricas extremamente complexas, porem pode haver um custo alto de operação e instabilidade de estoque da diversidade dos matéria prima para realizar a impressão 3D
Vantagens da tecnologia de impressão 3D SLM
A tecnologia SLM comparado com DSLM é mais barata (mas, comparado com impressão 3D de plásticos continua sendo muito mais cara), e consegue criar objetos extremamente densos e fortes
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D SLM
Atualmente, o derretimento seletivo a laser só pode ser utilizado com determinados metais. A técnica pode ser usada para a fabricação aditiva de aço inoxidável, aço de ferramenta, titânio, cromo de cobalto e peças de alumínio. Os especialistas esperam que um dia o SLM seja utilizado para fabricar peças feitas de outros metais, mas há dificuldades que ainda precisam de ser resolvidas. Muitos outros metais não têm as características de fluxo corretas que são necessárias para torná-los adequados para SLM.
O vídeo mostra funcionamento da tecnologia de impressão 3D SLM
O derretimento por laser seletivo é um processo de alta energia, pois cada camada de pó de metal deve ser aquecida acima do ponto de fusão do metal. os gradientes de alta temperatura que ocorrem durante a fabricação de SLM também podem levar a tensões e deslocamentos dentro do produto final, o que pode comprometer suas propriedades físicas.
- Exemplo de Aplicações de SLM
EBM (Derretimento de feixe de elétrons)
EBM pode parecer com SLM ou DMLS, porem a forma de derretimento do metal é totalmente diferente, a tecnologia de impressão 3D DLM utiliza feixe de elétrons ao invés de um laser CO2
Vantagens da tecnologia de impressão 3D EBM
Peças impressas com tecnologia EBM pode trazer bastante estabilidade mecânica, alta densidade de peça e velocidade de impressão. e pó de metal não utilizado pode ser reciclado.
desvantagens da tecnologia de impressão 3D EBM
Distorção nas peças é comum com EBM, pois o processo de produção EBM passa pelo temperaturas altíssimas, necessitando bastante suporte de impressão 3D
Além do distorção, volume de impressão é relativamente pequena comparando com outras tecnologia de impressão 3D de metal
MJF (Multi Jet Fusion)
A tecnologia de MJF utiliza pó finas que consegue imprimir peças de alta densidade com baixo porosidade uma camada de impressão por volta de 80 mícrons (0.080 mm), Em comparação com a tecnologia SLS, MJF consegue imprimir peças com superfice lisa sem necessitar acabamento, uma tecnologia muito eficiente para empresas que tem um prazo de entrega curto
- Exemplo de Aplicações de MJF
Vantagens da tecnologia de impressão 3D MJF
MJF tem velocidade de produção rápida, com alto potencial de automação de processo.
Desvantagens da tecnologia de impressão 3D MJF
Falta de variedade de material, e a maquinaria continua sendo bem caro comparando com alternativas de tecnologia de impressão 3D
PolyJet
O PolyJet é outro processo de impressão 3D em plástico, mas há uma diferença, ele pode fabricar peças com diferentes propriedades, como cores e materiais. Os projetistas podem aproveitar a tecnologia para prototipar peças elastoméricas ou sobremoldadas. Se o seu design for um plástico rígido e único, recomendamos a utilização do SLM ou SLS pois é mais econômico. Mas se você estiver criando um projeto de sobremoldagem ou borracha de silicone, a PolyJet poderá poupar a necessidade de investir em ferramentas no início do ciclo de desenvolvimento. Isso pode ajudá-lo a iterar e validar seu design mais rapidamente e economizar dinheiro.
Vídeo em inglês explicando a tecnologia polyjet
- Exemplo de Aplicações de Polyjet
Vantagens da tecnologia de impressão 3D Polyjet
Precisão de impressão 3D Polyjet é muito boa, com superfície de impressão lisa e potencial de produção em escala
desvantagens da tecnologia de impressão 3D Polyjet
Propriedade mecânica de peças impressas Polyjet são bem frígios, e é uma tecnologia muito cara.
Impressão 3D para prototipagem rápida e além
É seguro dizer que a impressão 3D é usada com mais frequência para prototipagem. Sua capacidade de fabricar rapidamente uma única peça permite que os desenvolvedores do produto validem e compartilhem idéias de maneira econômica. A determinação do objetivo do seu protótipo informará qual tecnologia de impressão 3D será a mais benéfica. A fabricação de aditivos pode ser adequada para uma variedade de protótipos que abrangem desde modelos físicos simples até peças usadas para testes funcionais.
Cinco considerações sobre impressão 3D
Como a maioria das coisas na vida, raramente há uma resposta simples ao selecionar um processo de impressão 3D. Quando ajudamos os clientes a avaliar suas opções de impressão 3D, geralmente apontamos para cinco critérios principais para determinar qual tecnologia atenderá às suas necessidades:
1.Despesas
2.Requisitos mecânicos
3.Aparência cosmética
4.Seleção de material
5.Geometria
6.Pós-processamento de peças SLS
Depois que uma compilação do SLS é concluída, o técnico remove a peça do leito de pó, retira o excesso de material e, em seguida, o jateamento de esferas na peça.
Processos de impressão 3D em polímeros
Vamos descrever alguns processos comuns de impressão 3D e discutir quando cada um deles oferece mais valor aos desenvolvedores, engenheiros e designers de produtos.
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Autor do artigo
William Guey - linkedin
Doutorado em Engenharia de produção - Tsinghua University
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