A impressão 3D multimaterial pode ser o próximo passo para AM?

A impressão 3D multimaterial é uma técnica inovadora de manufatura aditiva que permite a criação de objetos com diferentes materiais e propriedades. Ao adicionar mais complexidade a uma peça, a impressão 3D multimaterial pode melhorar muito o desempenho e a funcionalidade da peça. A tecnologia, portanto, abre todo um novo leque de possibilidades de design e produção - e permite a criação de objetos que de outra forma seriam impossíveis.

Atualmente, a impressão 3D multimaterial é possível com uma variedade de plásticos, polímeros e até mesmo silicones, tornando-a uma solução ideal para a produção de protótipos e modelos conceituais realistas e totalmente coloridos. Neste tutorial, vamos nos aprofundar nos benefícios da impressão 3D multimaterial, os processos atuais que estão disponíveis, bem como os casos de uso e aplicativos mais comuns.

Quais são as vantagens da impressão 3D multimaterial?

Um dos principais benefícios da impressão 3D multimaterial é que as peças complexas com diferentes propriedades do material podem ser criadas em um único processo de impressão. Isso difere das peças de um único material, que exigem montagem para criar uma peça com propriedades de material diferentes. A impressão 3D multimaterial pode, portanto, reduzir o número de etapas necessárias para produzir um objeto, resultando em um ciclo de desenvolvimento de produto mais rápido.

Designers e fabricantes também podem se beneficiar muito com a impressão 3D multimaterial, pois a combinação de diferentes propriedades de materiais (como translucidez e rigidez) em uma peça pode levar a validação do projeto e os testes funcionais para o próximo nível.

Outra vantagem de usar vários materiais na impressão 3D é a capacidade de criar gradação de cores. Ao misturar materiais em várias proporções, diferentes combinações de cores e tons podem ser obtidos sem a necessidade de pintura subsequente - economizando tempo durante o estágio de pós-processamento.

Como funciona a impressão 3D multimaterial?

Com a impressão 3D multimaterial, diferentes materiais podem ser usados ​​em um único objeto impresso em 3D. No entanto, embora a impressão 3D multimaterial seja atualmente capaz de processar materiais como termoplásticos e polímeros, combinar diferentes metais ou cerâmicas ainda não é possível neste momento.

Hoje, empresas como Stratasys e 3D Systems fornecem soluções de impressão 3D multimaterial para fins de prototipagem e modelagem. Por exemplo, o sistema multimaterial Stratasys Connex oferece as seguintes opções de impressão:

• Bandeja mista :Esta opção permite que você produza simultaneamente várias peças feitas de materiais diferentes - e, portanto, propriedades diferentes - em uma única construção. A opção de bandeja mista é potencialmente uma opção ideal para empresas que exigem prototipagem de alto volume.
• Parte mista: As impressoras 3D multimaterial também podem imprimir peças com propriedades variadas em áreas específicas. Além disso, a combinação de materiais dentro de uma peça elimina a necessidade de posteriormente montar peças separadas.
• Materiais digitais: Criados pela mistura de dois ou mais materiais, os materiais digitais são usados ​​para criar um objeto com propriedades e aparência aprimoradas que não podem ser alcançadas se uma peça for impressa em 3D em um único material.

Quais tecnologias são usadas para impressão 3D multimaterial?

Atualmente, o jato de material é a tecnologia mais comumente usada para impressão 3D multimaterial. Com o jato de material, os cabeçotes de impressão depositam gotículas de um material fotossensível (ou uma mistura de materiais ou materiais diferentes por meio de cabeçotes de impressão diferentes) que cura sob luz ultravioleta (UV). A peça é então criada camada por camada usando este processo.

Stratasys e 3D Systems são os fabricantes líderes de impressoras 3D multimaterial com base na tecnologia de jato de material. Por exemplo, o sistema de impressão 3D Connex ™ da Stratasys funciona por jato de dois ou três materiais plásticos diferentes durante o processo de impressão 3D. Isso faz com que a peça concluída possua propriedades diferentes (como rigidez e flexibilidade) simultaneamente.

Que materiais podem ser usados ​​para impressão 3D multimaterial?

Atualmente, as opções de materiais mais amplamente disponíveis para impressão 3D multimaterial são resinas de fotopolímero à base de acrílico e compostos de plásticos rígidos e elastômeros. A 3D Systems, por exemplo, revelou uma nova impressora multimaterial ProJet MJP 5600 3D de grande formato no ano passado, que funciona com uma variedade de resinas plásticas e suas combinações para criar protótipos totalmente montados e geometrias complexas com múltiplas propriedades de materiais.

Embora os materiais possam variar em propriedades mecânicas, os avanços nos materiais de impressão 3D significam que compostos de grau de engenharia também estão disponíveis.

Uma das últimas inovações em impressão 3D multimaterial é a impressão 3D de silicone, uma tecnologia desenvolvida pela ACEO®, uma subsidiária da Wacker Chemie AG e usuária de longa data da RP Platform. A tecnologia inovadora de silicone da ACEO® permite a produção de peças de silicone com diferentes cores, durezas e propriedades. Uma aplicação útil disso é a criação de silicones com propriedades isolantes e condutivas, uma vez que podem ser usados ​​para criar uma peça montada com condutividade elétrica integrada.

Aplicações de impressão 3D multimaterial

As possibilidades de impressão 3D multimaterial são infinitas, com uma ampla variedade de casos de uso em setores de consumo, médicos e outros.

Atualmente, a impressão 3D multimaterial é usada principalmente durante o desenvolvimento do produto. Por exemplo, a empresa de equipamentos de natação Speedo usou a tecnologia para criar itens como óculos e outros equipamentos de natação como parte do ciclo de design do produto. A criação de outros produtos, como protótipos funcionais de vedações, gaxetas, pneus e solas de calçados também é possível com a impressão 3D multimaterial, com a tecnologia sendo utilizada para testar e verificar o design e o funcionamento do produto antes de ir para a produção.

Como a impressão 3D multimaterial pode combinar materiais translúcidos e opacos, a indústria médica adotou a tecnologia para criar modelos anatômicos realistas para fins educacionais, bem como modelos específicos do paciente para planejamento e treinamento pré-cirúrgico. A tecnologia também permite a criação de peças translúcidas com estruturas internas coloridas, que podem ser utilizadas para visualizar fluxos de fluidos ou para testar dispositivos médicos.

Os engenheiros mecânicos da indústria automotiva, aeroespacial e outras indústrias podem usar a impressão 3D multimaterial para criar protótipos funcionais com aparência de produto final (cores, etiquetas, etc.). Além disso, a impressão 3D multimaterial permite a fabricação de moldes para pequenas séries de moldagem por injeção e ferramentas sem a necessidade de montagem.

Um elemento interessante da impressão 3D multimaterial avançada é a capacidade de criar peças com funções integradas, o que é particularmente útil para dispositivos eletrônicos. Nano Dimension Ltd. recentemente fez uma inovação no desenvolvimento de tintas de impressão 3D multimaterial. As tintas condutoras e dielétricas agora podem ser usadas simultaneamente para fabricar peças, circuitos e antenas eletricamente funcionais.

Desafios

Embora a impressão 3D multimaterial seja atualmente usada principalmente para prototipagem, ela tem um enorme potencial para a produção de peças compostas por diferentes materiais e possuindo uma combinação de propriedades mecânicas. Portanto, pesquisas em andamento estão em andamento para saber como os desafios existentes para a impressão 3D de vários materiais de peças funcionais podem ser superados.

A dificuldade está no desenvolvimento de um processo de produção escalonável e repetível que pode fornecer peças finais multimateriais de alta qualidade. Isso é particularmente desafiador para metais e cerâmicas, pois há claras limitações físicas na co-fusão de dois materiais que têm, por exemplo, diferentes temperaturas de fusão e outras propriedades do material.

No entanto, a empresa belga Aerosint afirma ter desenvolvido um processo de leito de pó multimaterial único para produzir peças finais, com metais à vista. A tecnologia, que trabalha com polímeros, controla a distribuição de dois tipos diferentes de pós no nível do voxel que são então sinterizados.

Olhando para o futuro

Outra área de pesquisa fascinante é a bioimpressão multimaterial, que pode ter um impacto revolucionário em áreas como engenharia de tecidos, medicina regenerativa e biossensorio.

No entanto, hoje, a impressão 3D multimaterial oferece enormes oportunidades para o desenvolvimento de produtos e testes de validação, já que a tecnologia permite a criação de modelos e protótipos impressos em 3D realistas com propriedades variadas.

Em última análise, a próxima etapa para a impressão 3D multimaterial será como fazer a mudança para a produção de peças finais com funções integradas e propriedades mecânicas aprimoradas. Essa área de desenvolvimento, que já conta com muita atividade em termos de pesquisa, vai expandir o potencial da manufatura aditiva para novos horizontes.