As vantagens da impressão 3D

Introdução

Impressão 3D cria peças construindo objetos uma camada de cada vez. Este método oferece muitas vantagens sobre as técnicas tradicionais de fabricação (por exemplo, usinagem CNC), a mais importante dos quais se aplicam à indústria como um todo são cobertos neste artigo.

É improvável que a impressão 3D substitua muitos métodos tradicionais de fabricação, mas existem muitas aplicações em que uma impressora 3D é capaz de fornecer um design rapidamente, com alta precisão de um material funcional.

Compreender as vantagens da impressão 3D permite que os designers tomem melhores decisões ao selecionar um processo de fabricação e lhes permite entregar um produto ideal.

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Velocidade

Uma das principais vantagens da manufatura aditiva é a velocidade com que as peças podem ser produzidas em comparação com os métodos tradicionais de fabricação. Projetos complexos pode ser carregado a partir de um modelo CAD e impresso em poucas horas. A vantagem disso é a rápida verificação e desenvolvimento de ideias de design.

Enquanto no passado levava dias ou até semanas para receber um protótipo, a manufatura aditiva coloca um modelo nas mãos do designer dentro de algumas horas . Enquanto as máquinas de manufatura aditiva mais industriais levam mais tempo para imprimir e pós-processar uma peça, a capacidade de produzir peças finais funcionais em volumes baixos a médios oferece uma enorme vantagem de economia de tempo quando comparada às técnicas tradicionais de fabricação (geralmente o tempo de espera em um molde de injeção sozinho pode levar semanas).

Fabricação em uma única etapa

Uma das maiores preocupações de um designer é como fabricar uma peça da forma mais eficiente possível. A maioria das peças requer um grande número de etapas de fabricação para serem produzidas por tecnologias tradicionais. A ordem em que essas etapas ocorrem afeta a qualidade e a capacidade de fabricação do projeto.

Considere um suporte de aço personalizado feito por meio de métodos tradicionais de fabricação:

Da mesma forma que a manufatura aditiva, o processo começa com um modelo CAD. Uma vez que o projeto é finalizado, a fabricação começa com o primeiro corte dos perfis de aço no tamanho. Os perfis são então fixados na posição e soldados um de cada vez para formar o suporte. Às vezes, um gabarito personalizado precisará ser criado para garantir que todos os componentes estejam alinhados corretamente. As soldas são então polidas para dar um bom acabamento superficial. Os próximos furos são perfurados para que o suporte possa ser montado na parede. Finalmente, o suporte é jateado, preparado e pintado para melhorar sua aparência.

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As máquinas de manufatura aditiva completam a construção em uma etapa, sem interação do operador da máquina durante a fase de construção. Assim que o projeto CAD estiver finalizado, ele pode ser carregado na máquina e impresso em uma única etapa em algumas horas.

A capacidade de produzir uma peça em uma única etapa reduz muito a dependência de diferentes processos de fabricação (usinagem, soldagem, pintura) e dá ao projetista maior controle sobre o produto final.

Custo

O custo de fabricação pode ser dividido em 3 categorias; custos de operação da máquina, custo de material e custos de mão de obra.



Custos de operação da máquina :


A maioria das impressoras 3D de mesa usa a mesma quantidade de energia que um laptop. As tecnologias de manufatura aditiva industrial consomem uma grande quantidade de energia para produzir uma única peça. No entanto, a capacidade de produzir geometrias complexas em uma única etapa resulta em maior eficiência e retorno. Os custos de operação da máquina são normalmente os que mais contribuem para o custo total de fabricação.



Custos de materiais :


O custo do material para manufatura aditiva varia significativamente de acordo com a tecnologia. As impressoras desktop FDM usam bobinas de filamento que custam cerca de US$ 25 por kg, enquanto a impressão SLA requer resina que custa cerca de US$ 150 por litro. A variedade de materiais disponíveis para a manufatura aditiva dificulta a quantificação de uma comparação com a manufatura tradicional. O pó de nylon usado no SLS custa cerca de US$ 70 por kg, enquanto os pellets de nylon comparáveis ​​usados ​​na moldagem por injeção podem ser adquiridos por apenas US$ 2 a US$ 5 por kg. Os custos de material são os maiores contribuintes para o custo de uma peça feita por meio de manufatura aditiva.



Custos trabalhistas :


Uma das principais vantagens da impressão 3D é o baixo custo da mão de obra. Além do pós-processamento, a maioria das impressoras 3D exige apenas que um operador pressione um botão. A máquina segue então um processo totalmente automatizado para produzir a peça. Em comparação com a fabricação tradicional, onde normalmente são necessários maquinistas e operadores altamente qualificados, os custos de mão de obra de uma impressora 3D são quase zero.

A manufatura aditiva em baixos volumes tem custos muito competitivos em comparação com a manufatura tradicional. Para a produção de protótipos que verificam a forma e o ajuste, é significativamente mais barato do que outros métodos alternativos de fabricação (por exemplo, moldagem por injeção) e muitas vezes é competitivo para a fabricação de peças funcionais únicas. As técnicas tradicionais de fabricação tornam-se mais econômicas à medida que o volume aumenta e os altos custos de configuração são justificados pelos grandes volumes de produção.

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Impressão 3D em plásticoImpressão 3D em metal

Mitigação de riscos

Encomendar um protótipo defeituoso custa tempo e dinheiro ao designer. Mesmo pequenas mudanças em um molde ou método de fabricação podem ter um grande impacto financeiro.

Ser capaz de verificar um projeto imprimindo um protótipo pronto para produção antes de investir em equipamentos de fabricação caros (por exemplo, moldes ou ferramentas e gabaritos) elimina o risco durante o processo de prototipagem. Isso ajuda a aumentar a confiança no projeto antes de fazer os grandes investimentos necessários para o nível de produção em massa.

Complexidade e liberdade de design

As restrições impostas pela manufatura tradicional sobre o que pode ser feito geralmente não são relevantes para a manufatura aditiva. Como os componentes são construídos uma camada por vez, os requisitos de projeto, como ângulos de inclinação, rebaixos e acesso a ferramentas, não se aplicam ao projetar peças a serem impressas em 3D

Embora existam algumas restrições sobre os recursos de tamanho mínimo que podem ser impressos com precisão, a maioria das limitações da manufatura aditiva se concentra em como orientar de maneira ideal uma impressão para reduzir a dependência de suporte e a probabilidade de falha de impressão. Isso dá aos projetistas uma grande liberdade de projeto e permite a criação fácil de geometrias muito complexas.

Personalização

A impressão 3D não apenas permite mais liberdade de design, mas também permite a personalização completa dos designs. Como as atuais tecnologias de manufatura aditiva se destacam na construção de peças individuais, uma de cada vez, elas são perfeitamente adequadas para a produção única.

Este conceito foi adotado pela indústria médica e odontológica para a fabricação de próteses, implantes e auxiliares odontológicos personalizados. Desde equipamentos esportivos de alto nível que são adaptados para se adequar perfeitamente a um atleta até óculos de sol personalizados e acessórios de moda, a manufatura aditiva permite a produção econômica de peças personalizadas em uma única corrida.

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Facilidade de acesso

Embora a manufatura aditiva exista há mais de 30 anos, a maior parte do crescimento ocorreu desde 2010. Isso levou a um grande número de impressoras 3D entrando no setor, tornando significativamente mais fácil para os designers acessarem a tecnologia de manufatura aditiva.

Somente em 2015, mais de 278.000 impressoras de manufatura aditiva avaliadas em $ 5.000 foram vendidas globalmente. O número de impressoras vendidas dobrou consistentemente desde então. O que era originalmente uma tecnologia de nicho acessível apenas a um pequeno segmento da indústria manufatureira agora está prontamente disponível e é um método competitivo de produção de peças utilizado por uma vasta gama de indústrias.

Sustentabilidade

Métodos de fabricação subtrativos, como fresamento ou torneamento CNC, removem uma quantidade significativa de material de um bloco inicial, resultando em grandes volumes de resíduos.

Os métodos de manufatura aditiva geralmente usam apenas o material necessário para construir uma peça. A maioria dos processos usa matérias-primas que podem ser recicladas e reutilizadas em mais de uma construção. Como resultado, o processo de manufatura aditiva produz muito pouco desperdício.

O aumento do número de máquinas de manufatura aditiva no mundo também impactou a distância de expedição dos protótipos:

Como as impressoras 3D de mesa têm uma curva de aprendizado relativamente pequena para operar com sucesso, os projetos não precisam ser enviados a um especialista para serem fabricados. Além disso, a pegada de um sistema de manufatura aditiva industrial é muito menor do que a pegada de um local de fabricação tradicional.

Por esse motivo, serviços profissionais de impressão 3D são criados em todo o mundo, mesmo em locais onde o custo do terreno é alto (por exemplo, em Londres ou Nova York). A redução dos requisitos de transporte tem um impacto ambiental positivo. Isso, juntamente com a capacidade de imprimir e produzir peças de reposição no local, resulta em uma pegada de carbono muito menor para a maioria das peças produzidas por meio de manufatura aditiva.

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