Como as impressoras 3D de mesa estão transformando a impressão 3D

A impressão 3D na área de trabalho passou por uma revolução na última década. A tecnologia, que começou pensando no mercado consumidor, tornou-se uma parte importante do mercado industrial profissional. Ao permitir uma produção mais barata e mais rápida, as impressoras 3D para desktop estão se tornando cada vez mais uma parte vital do cenário industrial.

Mas o que alimentou essa transição e o que isso significa para o presente e o futuro da impressão 3D de mesa e da impressão 3D como um todo?

RepRap:democratizando a impressão 3D por meio de desktop

Em 2018, a indústria de impressão 3D celebrou o 10º aniversário do projeto RepRap - um projeto que se revelaria fundamental para a evolução da impressão 3D de mesa.

RepRap, abreviação de replicating rapid prototyper , começou com a ideia de fazer uma impressora 3D desktop de baixo custo que pudesse imprimir muitos de seus próprios componentes. O objetivo do projeto era ambicioso:colocar essas impressoras 3D de mesa nas mãos de tantas pessoas quanto possível.

O projeto de código aberto, liderado pelo Dr. Adrian Bowyer da University of Bath, obteve um tremendo sucesso na comunidade Do-It-Yourself (DIY). Mas para a impressão 3D de mesa, suas implicações foram muito mais profundas.

Com o movimento RepRap bem encaminhado a partir de 2008, surgiu uma nova safra de fabricantes de impressoras 3D para desktops de baixo custo. Por exemplo, a MakerBot, fundada em 2009, surgiu como uma das empresas que impulsionam a visão de transformar a produção por meio da impressão 3D.

Com base no sucesso do movimento RepRap, a MakerBot começou produzindo kits DIY de código aberto para consumidores que desejam construir suas próprias impressoras 3D e produtos impressos em 3D.

O lançamento da impressora 3D mais reconhecida da MakerBot, a Replicator 2, em 2012 coincidiu com o auge da bolha de impressão 3D para o consumidor. Com a perspectiva geral da indústria apostando em impressoras 3D de mesa chegando aos lares tradicionais, a Makerbot esperava iniciar uma nova era de impressão 3D para o consumidor.

Como sabemos, a revolução da impressão 3D nunca se materializou - pelo menos não no mercado consumidor.

Um obstáculo importante para a adoção em massa pelo consumidor era o nível de complexidade necessário para operar uma máquina. Juntamente com as escolhas limitadas de materiais e a necessidade de habilidades de design, as impressoras 3D não eram, e ainda devem se tornar, um produto amigável ao consumidor.

A luta para estabelecer um mercado consumidor fez com que vários fabricantes de impressoras 3D para desktops fechassem o mercado. No entanto, alguns sobreviveram - e prosperaram - passando do mercado consumidor para o mercado profissional e empresarial.

Do consumidor ao industrial

Embora a impressão 3D de mesa ainda não tenha encontrado seu nicho no mercado de consumo, a tecnologia se tornou uma parte importante do cenário de manufatura industrial.

O segmento de impressão 3D para desktop experimentou um aumento exponencial na última década. Estima-se que 1.816 sistemas foram vendidos em 2009 (Relatório Wohlers 2015), um número que subiu para mais de 500.000 unidades em 2017 (Relatório Wohlers 2018).

A demanda por sistemas industriais menores e com uma fração do custo de seus equivalentes maiores é um fator-chave por trás do aumento da impressão 3D de mesa para aplicações industriais.

As impressoras 3D de mesa de hoje têm uma ampla gama de utilizações no ambiente profissional, oferecendo uma ferramenta acessível para prototipagem rápida, ferramentas e produção de peças finais.

Ultimaker:de kits DIY a soluções de chão de fábrica

Talvez um dos exemplos mais proeminentes de uma empresa que deu o salto com sucesso da impressão 3D de consumidor para a impressão industrial 3D seja o fabricante de impressoras 3D FFF, Ultimaker.

“A Ultimaker nunca acreditou em todo o entusiasmo do consumidor que aconteceu entre 2012 e 2013”, disse John Kawola, presidente da Ultimaker para a América do Norte, em uma entrevista à AMFG.

“Sempre vimos uma diferença real no mercado consumidor, onde as pessoas que já eram fabricantes ou amadores bastante hardcore já tinham os equipamentos necessários em casa. E pensamos que era um bom mercado para impressão 3D. O exagero geral se estendeu a pensar que todos teriam uma impressora 3D - acho que isso acabou não sendo verdade, pelo menos não naquela época e provavelmente ainda hoje ”.

Fundada em 2011, a Ultimaker passou da fabricação de kits DIY para a produção de sistemas de mesa industriais que foram adotados por empresas como a Volkswagen Autoeuropa e a Jabil.

A primeira máquina da Ultimaker, a Ultimaker Original, foi desenvolvida em 2011 e distribuída como um kit para a comunidade de fabricantes. A máquina pode imprimir objetos de até 21 x 21 x 20,5 cm com uma resolução de 20 mícrons. Embora suficiente para amadores, a máquina carecia da velocidade, qualidade e seleção de materiais necessários para aplicações industriais.

Nos anos seguintes, a Ultimaker fez movimentos estratégicos para desenvolver soluções de desktop adequadas para aplicações industriais.

Em 2013, a empresa lançou o Ultimaker 2, que evoluiu para o sistema Ultimaker 2+ maior. Um ano depois, a empresa deu mais um passo em sua tecnologia rumo ao mercado profissional com o lançamento da máquina Ultimaker 3.

Comparado ao Ultimaker 2, o terceiro modelo apresenta um volume de construção 10 cm maior, bem como novos recursos de extrusão dupla não disponíveis em seus sistemas mais antigos.

A extrusão dupla é particularmente benéfica porque permite aos usuários imprimir com dois materiais, por exemplo, com um material padrão e um material de suporte solúvel, ou dois materiais em cores diferentes.

Em 2018, a empresa lançou sua mais recente impressora 3D para desktop:a Ultimaker S5.

O Ultimaker S5 de extrusão dupla tem um volume maior de construção de 33 x 24 x 30 cm em comparação com o Ultimaker 3 de 21,5 x 21,5 x 30,0 cm e pode atingir temperaturas de impressão de até 280˚C. Isso o torna particularmente adequado para materiais de engenharia de alta temperatura, como PC e náilon.

Caso de uso:Heineken


A Heineken, uma das maiores cervejarias do mundo, tem usado as impressoras S5 da Ultimaker em sua cervejaria na Espanha para produzir uma variedade de ferramentas personalizadas e peças de reposição.

Tendo adotado a impressão 3D de mesa, a Heineken relatou reduções de custo de 70-90% com a tecnologia, em comparação com peças e ferramentas tradicionalmente fabricadas. Ele também viu aumentos consideráveis ​​no tempo de atividade de produção.

A empresa também pode otimizar os projetos de seus componentes de máquina usando a impressão 3D. Por exemplo, a equipe redesenhou e imprimiu em 3D uma peça de metal usada com um sensor de qualidade em uma correia transportadora, que antes frequentemente derrubava garrafas.

O exemplo da Heineken ilustra o quanto as impressoras 3D de mesa evoluíram para permitir uma infinidade de aplicativos no chão de fábrica.

Formlabs:Trazendo SLA para desktop

Assim como a impressão 3D FFF de mesa, a adoção de sistemas de estereolitografia (SLA) de mesa decolou nos últimos anos.

Como foi o caso da impressão 3D FFF, a expiração de várias patentes de SLA no final dos anos 2000 foi um catalisador por trás do surgimento da impressão 3D SLA de mesa. Uma empresa que tirou proveito dessa paisagem mutante foi a Formlabs.

Fundada em 2012, a Formlabs lançou sua primeira máquina desktop SLA, Form 1, no mesmo ano. Visando usuários profissionais desde o início, a empresa arrecadou quase US $ 3 milhões no Kickstarter em uma tentativa de trazer "o poder e a resolução de uma máquina verdadeiramente profissional" para o desktop.

Na época, o mercado de máquinas SLA era dominado por impressoras 3D industriais maiores e mais caras, inacessíveis para a maioria das empresas menores.

Com a introdução do Form, surgiu o desejo de mudar esse status quo e tornar o SLA mais acessível e acessível.

Um dos marcos principais a esse respeito foi o lançamento da máquina Formlabs 'Form 2. O Form 2 apresenta um volume de construção de 14,5 × 14,5 × 17,5 cm e um poderoso mecanismo óptico, permitindo impressões confiáveis ​​e de alta qualidade.

No entanto, qualquer pessoa familiarizada com a impressão 3D sabe que o processo de impressão é apenas uma parte do fluxo de trabalho. No SLA, as operações de pós-processamento, como lavagem e cura, são necessárias para obter resultados de alta qualidade, mas geralmente são feitas manualmente.

A Formlabs entendeu que para expandir ainda mais suas soluções para o mercado profissional, seria necessário tornar os processos o mais simplificados possível.

Pensando nisso, a Formlabs lançou os acessórios de pós-processamento Form Wash e Form Cure para o Form 2. As estações de lavagem e cura ajudam a limpar e curar as impressões, automatizando algumas das etapas manuais de pós-processamento.

Para atender à tendência crescente de impressão 3D automatizada, a empresa demonstrou a plataforma Form Cell para produção impressa 3D escalonável em 2017. A solução compreende um gabinete contendo cinco impressoras 3D Form 2 e um módulo Form Wash e Form Cure, gerenciado por um robô móvel pórtico.

Caso de uso:Northwell Health

Northwell Health, o maior provedor de cuidados de saúde do estado de Nova York, foi um dos primeiros usuários do Form Cell, usando a máquina para produzir modelos anatômicos e guias cirúrgicos específicos para pacientes.

Usando modelos anatômicos personalizados impressos em 3D, os cirurgiões da Northwell Health podem se preparar para cirurgias difíceis com mais eficácia e reduzir o tempo gasto na sala de cirurgia. Este último, de acordo com as estimativas da Northwell Health, pode se traduzir em até US $ 1.750.000 em economia anual, graças à redução dos custos da sala de cirurgia.

Trazer o SLA para o desktop e melhorar continuamente a tecnologia ajudou a Formlabs a consolidar sua posição no mercado industrial. A empresa é considerada a maior vendedora mundial de impressoras SLA 3D, com mais de 40.000 sistemas vendidos.

Identificando uma oportunidade de passar para outras tecnologias, a Formlabs também anunciou seu primeiro sistema SLS de desktop baseado em pó, o Fuse 1, em 2017. Isso, juntamente com a mais recente linha de suas impressoras SLA 3D introduzidas no início deste ano - o Form 3 e o Form 3L de grande formato - Formlabs parece pronto para manter seu status como um dos principais fabricantes de impressoras profissionais 3D para desktop.

RIZE:tornando a impressão 3D de mesa sustentável

Ajustar uma máquina industrial em um formato desktop traz muitos benefícios, mas é apenas uma parte da equação, de acordo com o fabricante de hardware RIZE. Para ajudar a impressão 3D de mesa industrial a realmente decolar, ela precisa se tornar mais simples e segura de usar.

“Estabelecemos como meta simplificar a experiência do usuário para torná-la fácil e segura e, assim, permitir que qualquer usuário use a impressão 3D industrial”, disse Andy Kalambi, CEO da RIZE, em uma entrevista recente à AMFG.

“Acreditamos que, com esse tipo de abordagem, a impressão 3D pode se tornar uma ferramenta usada por vários stakeholders diferentes dentro de uma organização.”

Começando com a impressora 3D RIZE One, a empresa desenvolveu um processo de impressão 3D exclusivo chamado Deposição Aumentada. O processo combina os princípios da tecnologia FFF e jato de material para marcar as peças impressas em 3D com texto ou gráficos. Mais recentemente, o fabricante lançou sua impressora 3D XRIZE colorida.

Para simplificar o processo de impressão 3D, as impressoras 3D da RIZE injetam uma tinta especial de liberação entre a peça e as estruturas de suporte geradas automaticamente. Isso permite que os usuários removam rapidamente o material de suporte assim que a impressão for concluída.

As máquinas também utilizam materiais livres de emissões, tornando a tecnologia totalmente segura para uso em escritórios.

Ao focar na segurança e facilidade de uso, o RIZE tornou sua tecnologia particularmente atraente para empresas de desenvolvimento de produtos que procuram simplificar e acelerar seu processo de prototipagem.

Por exemplo, a Boston Engineering adicionou a máquina RIZE aos seus recursos de impressão 3D, mas em vez de colocar a impressora 3D em seu laboratório de impressão 3D especialmente equipado, a equipe da Boston Engineering opera no escritório. Isso permite que a equipe imprima protótipos em apenas um dia, em comparação com os prazos de 2 a 3 dias ao fabricá-los no laboratório.

Trazendo materiais de nível de engenharia para a impressão 3D de mesa

À medida que a tecnologia por trás das impressoras 3D de mesa continua a evoluir para o mercado industrial, o mesmo acontece com a gama de materiais adequados. Além do PLA e ABS padrão, as impressoras 3D de mesa industriais agora são capazes de oferecer suporte a materiais de nível de engenharia.

Isso abriu as portas para materiais de alto desempenho que antes só estavam disponíveis com as máquinas industriais maiores. Esses materiais de alto desempenho podem ser usados ​​em uma ampla gama de aplicações, desde protótipos funcionais a ferramentas e peças sobressalentes de baixo custo.

Markforged:impressão 3D de polímero composto

Um dos principais avanços nessa área foi a introdução da impressão 3D de polímero composto.

Compostos de polímero são normalmente materiais feitos de dois componentes, um material de núcleo e um material de reforço - por exemplo, fibra. Polímeros reforçados com fibra, como vidro, carbono ou aramida, criam peças com maior resistência, rigidez e durabilidade.

A Markforged é relatada como a primeira empresa a trazer impressão 3D reforçada com fibra de carbono contínua para desktop. A empresa lançou sua primeira impressora 3D composta, Mark One, em 2014, com a capacidade de imprimir peças de náilon em 3D reforçadas com fios contínuos de fibra de carbono, fibra de vidro ou Kevlar.

Desde então, a Markforged revelou uma série de atualizações, incluindo as séries Mark Two e Onyx, bem como as impressoras 3D industriais X3, X5 e X7. Todos os sistemas são baseados na tecnologia de Fabricação Contínua de Filamento (CFF) da empresa.

CFF é um processo baseado em extrusão, onde um bico deposita fios contínuos de fibra de carbono, fibra de vidro ou Kevlar enquanto o segundo bico deposita o material de base, como náilon.

A introdução da tecnologia CFF foi um ponto de virada na impressão 3D, pois desbloqueou recursos não disponíveis nas impressoras 3D de extrusão de mesa tradicionais. Usando materiais compostos habilitados pela tecnologia da Markforged, os fabricantes são capazes de criar uma peça composta que é até 8 vezes mais forte do que o ABS e 20% mais forte do que o alumínio.

A Siemens Gas &Power é um exemplo de empresa que usa impressoras 3D compostas Markforged para produzir ferramentas personalizadas. Em um caso recente de uma ferramenta de alojamento, a empresa 3D imprimiu o alojamento da serra circular personalizada com o material Onyx composto de propriedade da Markforged. O resultado é o lead time reduzido de três semanas para alguns dias e mais $ 8.000 economizados para apenas uma ferramenta.

Ao desenvolver novas maneiras de imprimir com fibra de carbono, a Markforged ampliou significativamente os recursos de impressão 3D de mesa. A empresa supostamente despachou 2.500 impressoras em 2018, provando que existem muitas lacunas na fabricação que a impressão 3D de mesa industrial está ajudando a preencher.

Indo além dos polímeros para metais

Os materiais de polímero têm sido historicamente os principais materiais de impressão 3D para desktops. Mas esse status quo foi interrompido com a introdução dos sistemas de metal adequados para escritórios entre 2017 e 2018.

Markforged e Desktop Metal são duas empresas que ajudaram a tornar possível a impressão 3D em desktop metal.

Tanto o Metal X da Markforged quanto o Desktop Metal's Studio System são impressoras 3D baseadas em extrusão que usam pós de metal encapsulados em plástico para criar peças verdes que são então sinterizadas em um forno. Essa abordagem a torna uma opção muito mais acessível em comparação com as impressoras 3D de metal tradicionalmente mais caras. Isso se deve em grande parte aos custos operacionais mais baixos, possibilitados por materiais de moldagem por injeção de metal mais baratos.

Com preço inferior a US $ 200.000, o Metal X e o Studio System abriram novas possibilidades na impressão 3D de metal de mesa, tornando o processo menos caro, fácil de usar no escritório e mais fácil de gerenciar.

Por exemplo, a empresa de fabricação de ferramentas, Built-Rite, agora é capaz de perceber os benefícios da impressão 3D usando o Studio System da Desktop Metal internamente. Com o Studio System, a Built-Rite pode fazer componentes de montagem de molde giratórios com um processo 90% mais barato e 30% mais rápido do que usar um provedor de serviços terceirizado.

Este aplicativo não apenas mostra a adequação da tecnologia para a produção de ferramentas, mas também indica que as impressoras 3D de metal para desktop têm o potencial de reduzir as barreiras de entrada para empresas que anteriormente não podiam investir em tecnologia de impressão 3D de metal.

Gerenciando frotas de impressão 3D de desktop

As máquinas desktop AM são relativamente baratas e, como vimos, suas capacidades atuais vão além dos brinquedos dos fabricantes. É por isso que as impressoras 3D de mesa costumam ser a primeira escolha quando as empresas procuram investir em impressão 3D, seja para laboratórios RP internos ou negócios de serviços de impressão 3D.

Embora lidar com uma impressora 3D de mesa geralmente não represente nenhum desafio, quando uma empresa investe em sua segunda, terceira impressora 3D ou até mais, ela logo descobre que o fluxo de trabalho é mais complicado do que parecia à primeira vista.

Aumentar seu investimento em impressoras 3D é um sinal positivo de crescimento, mas esse crescimento também pode criar um novo conjunto de desafios. Gerenciando um fluxo constante de e-mails com solicitações de impressão 3D, analisando e reparando arquivos 3D, calculando custos de impressão, agendando trabalhos - há uma grande chance de que sua equipe esteja executando essas tarefas manualmente, limitando a produtividade de seu departamento ou empresa.

Embora esses processos sejam essenciais para a utilização bem-sucedida de impressoras 3D, eles podem e devem ser aprimorados para garantir maior eficiência.

Uma maneira de fazer isso é por meio de software de automação. Existem soluções que podem agilizar o lado do gerenciamento de impressão 3D, por exemplo, fornecendo um portal de envio de solicitações baseado na web, com recursos instantâneos de preços e orçamentos. Os pacotes de software de automação, como AMFG, também podem incluir conversão automatizada de arquivos e ferramentas de reparo, para simplificar a preparação do arquivo antes da impressão.

Um bom software de automação de impressão 3D também é capaz de se integrar com impressoras 3D para fornecer atualizações de status da máquina em tempo real sobre trabalhos de impressão em andamento, concluídos ou com falha.

O que vem por aí para a impressão 3D em desktop?

A impressão 3D para desktops deu grandes passos na última década:a tecnologia está melhorando e a variedade de materiais de nível industrial disponíveis é maior do que nunca. À medida que a indústria mudou seu foco para aplicações industriais e profissionais, os fabricantes de impressoras 3D de mesa também mudaram.

Isso tornou mais barato para as empresas investir em tecnologia, reduzindo as barreiras para a adoção e cruzando o limiar de acessibilidade, qualidade e confiabilidade.

O ritmo de inovação na impressão 3D para desktop não mostra sinais de desaceleração. Hoje, novos processos e materiais estão sendo desenvolvidos e comercializados, levando a impressão 3D para desktop da prototipagem à fabricação. Os avanços de software em automação também tornam a impressão 3D de desktop mais fácil de gerenciar, simplificando o fluxo de trabalho e fornecendo a base para escalabilidade.

Olhando para o futuro, veremos a impressão 3D para desktop oferecendo novos casos de uso e abrindo a porta para novos segmentos da indústria. À medida que as máquinas desktop continuamente atingem níveis mais elevados de desempenho, elas se tornarão uma ferramenta padrão, desde ambientes de escritório e mesas de engenheiros até o chão de fábrica.