Compreendendo as tecnologias de impressão 3D

De protótipos de design a peças corporais protéticas, a impressão 3D está criando novas possibilidades na fabricação. As máquinas de impressão 3D atualmente produzem de tudo, desde fundições em areia a implantes dentários de titânio e lâminas de turbina. O pato da foto acima, Buttercup, nasceu com um pé terrivelmente deformado que a impedia de andar. Com a ajuda de uma prótese personalizada impressa em 3D, Buttercup pode agora andar normalmente.

Antes de dar uma olhada mais de perto na impressão 3D ou, como é formalmente denominado, 'manufatura aditiva', vamos examinar convencional, ou como às vezes é denominado, 'manufatura subtrativa'. Esse tipo de manufatura convencional, no que diz respeito ao corte de plásticos, é algo para o qual a Craftech está bem equipada. Na manufatura subtrativa, folhas ou barras de plástico são cortadas para produzir fixadores acabados.

O corte de metais como o aço apresenta um desafio maior. Quando cortamos aço, os fixadores geralmente passam algum tempo em uma fresadora CNC, onde são cortados em fresas de topo de metal duro. A máquina deve ser extra rígida para manter tolerâncias apertadas. A título de exemplo, uma de nossas fábricas, uma pequena para os padrões da indústria, pesa cerca de 26.000 libras. Ele usa um motor de 35 cavalos de potência e tem formas de caixa rígidas. Quando a máquina está em modo de combate, ela pode segurar facilmente um milésimo de polegada. Manter décimos também não está fora de questão, uma vez que o fuso e os fusos de esferas são resfriados a uma temperatura consistente e o refrigerante de alta pressão pode passar pelo fuso, permitindo-nos fazer coisas como perfurar com pistola. Uma fábrica como essa, se comprada hoje, custaria cerca de US $ 350.000 a $ 400.000. Seu envelope de trabalho é de aproximadamente 20 ”x40” x26 ”de altura. Qualquer pessoa que programa e executa uma dessas bestas sempre, em última análise, faz a mesma pergunta:por que uma máquina não poderia simplesmente estabelecer ou fundir camadas de metal em uma peça acabada? Não seria muito mais simples? É aí que entra a impressão 3D.

Ao abordar um projeto de impressão 3D, primeiro é necessário acessar um programa de modelagem 3D, como Solidworks ou Inventor. O modelo sólido feito por tais programas, bem como programas mais caros como Sieman's NX ou Pro-E, podem então ser impresso no formato STL (estereolitografia). O termo "estereolitografia" foi patenteado em 1984 por Charles W. Hull, o homem que inventou a linguagem da impressão 3D moderna. O termo é definido como "um sistema para gerar objetos tridimensionais através da criação de um padrão de seção transversal do objeto a ser formado."

O objetivo original da impressão 3D era ser capaz de fazer objetos extremamente pequenos com uma precisão tremenda. Este processo é denominado microfabricação. De certa forma, a impressão 3D é o resultado de uma combinação do sistema de posicionamento CNC usado em moinhos e máquinas EDM com a tecnologia, em grande parte do grupo de indústrias de semicondutores, que envolvia o uso de feixes para perturbar a camada de resistência nas placas de circuito impresso, para produzir recursos 3D. Essa tecnologia de impressão 3D inicial era essencialmente litografia.

Não demorou muito para que vários processos, como o processo LIGA, pudessem construir estruturas 3D reais com grande precisão. Por exemplo, uma estrutura em favo de mel com 70 µm de altura foi construída com paredes celulares de 8 µm de espessura. Outros itens, como bombas totalmente funcionais, fechaduras, etc., também foram construídos dessa forma.

Uma vez que essas tecnologias foram desenvolvidas, o cenário estava montado para a produção de itens maiores. Vamos agora examinar as três principais tecnologias que foram desenvolvidas para impressão macro, ou impressão 3D de objetos visíveis com alguma massa.

1) Modelagem de Deposição Fundida (FDM)

Este método é realmente um tipo de extrusão que geralmente é usado para fazer ABS ou outros modelos de plástico. Também pode ser usado com metais eutéticos e até substâncias comestíveis. As máquinas que utilizam FDM podem ser relativamente baratas. Existem até kits "faça você mesmo", para aqueles para quem a precisão não é um grande fator. Alguns de vocês podem estar familiarizados com a MakerBot, uma máquina FDM comum.

2) Sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Quase qualquer liga metálica pode ser usada para fazer modelos com esta técnica de impressão 3D. Problemas pós-construção diminuem a eficácia de qualquer um desses métodos aditivos que dependem da sinterização por uma viga. Isso é simplesmente que eles precisam de cura pós-construção para garantir que as partículas do modelo adiram de tal forma que tenham, pelo menos, uma resistência razoavelmente próxima ao metal real sendo usado. Isso também significa mais tempo de pós-construção. Para compensar a colagem e / ou dimensionalidade menos que perfeitas, alguns fabricantes não são unidades de produção que combinam tecnologias aditivas e subtrativas para produzir uma peça acabada. Digamos que você queira fazer uma peça de alta tolerância, como um dente de metal coberto com esmalte ou uma placa parcial. O item de metal é formado primeiro. Então, sem ter que ser movido fisicamente, com toda a perda de precisão que isso implica, o item simplesmente desliza para a unidade subtrativa (fresagem), onde os últimos milésimos são retirados e qualquer polimento ou outro acabamento mecânico feito. Reconhecidamente, esta é uma fusão provisória e estranha de duas tecnologias. Eventualmente, células de manufatura aditiva irão estabelecer cada camada átomo por átomo, eliminando a necessidade de qualquer tipo de acabamento.

3) Sinterização seletiva a laser (SLS)

Este processo também foi desenvolvido em meados de 1980. É capaz de sinterizar metais e plásticos. A fusão seletiva a laser (SLM), por outro lado, não depende de sinterização. Em vez disso, ele derrete o material a uma temperatura alta o suficiente para que um objeto totalmente formado, denso e forte seja formado durante o processo. Depois, há EBM, ou fusão de feixe de elétrons. Este processo é conduzido em alto vácuo e é usado principalmente para formar peças de titânio totalmente densas e fortes. Ele usa um feixe de elétrons para derreter um fio fino, estabelecendo camada após camada de metal. É também um dos processos mais precisos. No entanto, comprar um grande e poderoso o suficiente para produzir pequenas cavidades e núcleos de molde pode custar US $ 500.000 ou mais. O que é hoje muito mais onipresente são as pequenas impressoras 3D do tipo extrusão de mesa.

O scanner 3D também deve ser mencionado como um complemento indispensável para a modelagem e impressão 3D. Mais ou menos como uma câmera e um digitalizador em um, ele pode escanear um objeto com precisão suficiente para ser imediatamente traduzido em um modelo. Ao mesmo tempo, a única maneira de escanear com precisão as medições de um objeto era através do uso de uma máquina de medição por coordenadas, ou CMM. Há dez anos, essas máquinas custavam bem mais de US $ 100.000. Embora eles ainda tenham seu lugar em lojas de ferramentas e outros lugares onde as precisões exigidas estão dentro de décimos (0,0001 ”ou cerca de ¼ mícron), muitos modelos podem ser digitalizados com esses novos scanners 3D relativamente baratos. Sem dúvida, alguém também está trabalhando em um scanner que dirá ao comprador em potencial se o suéter que eles estão comprando online caberá! Em qualquer caso, o campo da manufatura aditiva e digitalização 3D é um que atualmente mostra uma promessa ilimitada.

Você tem experiência com alguma dessas máquinas de impressão 3D? Compartilhe suas experiências abaixo!

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