Impressão 3D PolyJet Explicada: Como Difere de FDM e SLA

Atualmente, todos já ouviram falar de impressão 3D e de como ela está a transformar múltiplas indústrias, criando novas oportunidades diariamente. As tecnologias mais populares na comunidade maker são a modelação por deposição fundida (FDM) e a estereolitografia (SLA). No entanto, requisitos mais exigentes frequentemente pedem máquinas mais caras e de grau industrial, como as impressoras PolyJet.

Podemos perguntar: o que são, como são usadas e qual o seu custo!

As impressoras PolyJet funcionam através da projeção de gotículas de fotopolímeros camada sobre camada. Cada cura instantaneamente sob luz UV, construindo o objeto sistematicamente. Permitem impressão multi-material, possibilitando modelos com mais de um perfil técnico. Devido às suas vantagens inerentes, a tecnologia PolyJet é usada nas indústrias aeroespacial, automóvel, moda, ferroviária e médica.

O que é uma impressora 3D PolyJet?

Os nomes no mundo da impressão 3D podem ser confusos, havendo frequentemente dois ou mais nomes para a mesma tecnologia ou produto. Um bom exemplo é FDM (Fused Deposition Modeling) e FFF (Fused Filament Fabrication), que se referem à impressão com filamento termoplástico.

O PolyJet ou Poly Jet não é diferente no que toca a nomes, pois funciona nos mesmos princípios das impressoras Material Jetting (MJ). A empresa Stratasys desenvolveu a sua própria tecnologia de jato de líquido e chamou-lhe Poly Jet por estar ligada à tecnologia.

Este método de impressão usa fotopolímeros como material de construção, projetando gotículas de fotopolímero na plataforma de construção, que são curadas por luz UV. O processo é extremamente rápido e os níveis de precisão estão entre os melhores da indústria 3D.

A empresa 3D Systems batizou as suas impressoras que usam esta tecnologia de impressoras MJ ou MultiJet. Mais uma vez, o nome está diretamente ligado a um aspeto da tecnologia, pois usa múltiplos jatos para pulverizar ou depositar com precisão o material fotopolímero líquido na plataforma.

Como se pode ver, os nomes usados na impressão 3D podem soar confusos inicialmente, mas são, na verdade, bastante lógicos. A razão pela qual a indústria não adota um nome comum para um tipo específico de tecnologia tem muito a ver com associação de marca e marketing. Quanto mais atenção uma empresa consegue gerar em torno dos seus produtos, melhor será o seu resultado final. É muito semelhante a um jogo de Survivor onde Outwit, Outsmart e Outplay têm uma quarta dimensão: "Outname".

A impressão 3D por jato de fotopolímero enquadra-se ou é uma subclasse da categoria de extrusão/jato de material. O material jetting usa tecnologias que projetam material fotopolímero líquido a partir de uma cabeça de impressão sujeita a cura por luz UV. Nem todos, mas a maioria dos processos de material jetting usa fotopolímeros como material de construção.

A Stratasys é considerada líder mundial em tecnologia de impressão FDM (FFF), e a sua aquisição da Objet em 2012 levou também às impressoras PolyJet e PolyJet Matrix. As impressoras PolyJet são capazes de impressão multi-material e multi-cor, entregando impressões de alta qualidade.

Como funciona uma impressora PolyJet?

Em muitos aspetos, a impressão 3D PolyJet é semelhante a impressoras de documentos a jato de tinta. A diferença é que as impressoras PolyJet imprimem modelos 3D, dando-lhes essa dimensão extra. Isso é conseguido imprimindo camada sobre camada, tal como na impressão FDM.

Cada camada depositada é curada sob luz UV, construindo a impressão sistematicamente. Ao concluir uma impressão, esta pode ser manuseada e utilizada imediatamente, sem necessidade de pós-cura adicional, o que poupa muito tempo.

Suportes de impressão continuam a ser necessários para saliências e outros elementos geométricos que requerem suporte até o processo de cura estar completo. Um material gelatinoso especialmente concebido é usado onde o suporte é necessário e, uma vez concluída a impressão, os suportes são facilmente removidos à mão, lavados com água e finalmente imersos num químico para remover o material de suporte restante.

Existem numerosas vantagens na impressão PolyJet, incluindo velocidade de impressão, precisão e qualidade excecionais, bem como uma grande variedade de materiais de impressão que podem ser usados simultaneamente, como no caso da Objet Connex 3D printer da Stratasys.

As impressoras PolyJet funcionam nos mesmos princípios das impressoras 3D de material jetting. Antes de iniciar a impressão, o material fotopolímero no reservatório da impressora deve ser aquecido à temperatura ideal para garantir a viscosidade de impressão correta.

A impressão começa com o carro a mover-se ao longo do eixo X da plataforma de construção. Durante o movimento, a cabeça de impressão projeta seletivamente a resina em gotículas muito finas na plataforma, que são imediatamente curadas ou endurecidas com luz UV.

Com a tecnologia de múltiplas cabeças de impressão, os suportes são impressos ao mesmo tempo usando material de suporte específico que é facilmente removido depois. Após cada camada estar completa, a plataforma de construção desce um nível e o processo repete-se até a impressão estar concluída. Bio-resinas estão entre a vasta gama de escolhas de materiais.

Com a tecnologia PolyJet, as impressões finalizadas são pulverizadas com água pressurizada para remover o material de suporte e mergulhadas numa solução química para dissolver os últimos vestígios. As impressoras MultiJet usam cera de parafina para o material de suporte, que precisa de ser derretida num forno.

É sempre intuitivo e agradável ver uma impressora em ação para compreender totalmente como funciona, por isso veja o seguinte vídeo!

O PolyJet é semelhante ao FDM?

Embora as impressoras PolyJet e FDM construam uma impressão camada por camada, o processo usado em cada uma difere muito. As impressoras FDM usam termoplásticos como material, enquanto o PolyJet usa fotopolímeros líquidos.

Na impressão FDM, o filamento termoplástico é enrolado num carretel e alimentado na cabeça de impressão, onde é derretido e extrudido como uma camada que arrefece e solidifica. Cada camada passa pelo mesmo processo até a impressão estar completa. Na impressão PolyJet, cada camada de resina líquida projetada é curada por luz UV, e as camadas acumulam-se para formar uma impressão completa.

O PolyJet é semelhante ao SLA?

O PolyJet é semelhante à impressão SLA no sentido em que ambos usam uma resina líquida curada por luz UV, mas os processos são muito diferentes. O SLA imprime o design de cabeça para baixo usando uma cuba ou banho de resina para imprimir o modelo, enquanto as impressoras PolyJet pulverizam minúsculas gotículas numa placa de construção e constroem-na dessa forma.

Ambos os métodos imprimem camada por camada, mas a impressão PolyJet tem vantagens distintas sobre o SLA. Para começar, não está restrita a apenas um tipo de resina, e o material de suporte é lavado sem necessidade de um processo de pós-produção demorado. Em termos de volume de impressão, o PolyJet é capaz de volumes mais altos devido ao acabamento curado e seco.

A maior vantagem do PolyJet sobre o SLA é o uso multi-material que permite alterar a estrutura do produto final. Onde o SLA produz uma impressão uniforme com rigidez definida, o PolyJet combina diferentes materiais na impressão para permitir que certas áreas sejam rígidas enquanto outras podem ser mais flexíveis.

Que materiais usam as impressoras PolyJet?

A gama de materiais fotopolímeros usados com impressoras PolyJet é vasta, com muitas aplicações diferentes. Listados abaixo estão algumas aplicações que adicionaram valor às indústrias médica e dentária.

• BoneMatrix: Modelos que imitam estruturas ósseas porosas, tecidos fibróticos e ligamentos.
• GelMatrix: Estruturas vasculares detalhadas.
• Med610: Guias cirúrgicos para implantes dentários ou outros procedimentos ortopédicos.
• Med620: Modelos de prova precisos para trabalho dentário.
• Med690: Design de coroas e pontes duráveis.
• VeroFlex: Design de armações de óculos.

É interessante ver como os diferentes materiais imitam a função real da peça criada. Na odontologia, é possível criar uma estrutura de dentadura mais macia, semelhante a borracha suave, limitando a pressão direta no tecido gengival real abaixo. A capacidade de criar próteses fortes e duráveis que assumem a sensação de tecidos e estruturas ósseas reais é fenomenal.

Vantagens e desvantagens da impressão 3D PolyJet

Como em tudo na vida, existem vantagens e desvantagens. Como a impressão 3D é um subconjunto da vida, também deve ter os seus prós e contras. Deixando de lado a terminologia técnica, vamos analisá-los!

Vantagens

• As impressões PolyJet são precisas até 16 mícrons e têm um acabamento de superfície liso que se compara muito bem à injeção de plástico. O processo permite a impressão de várias peças ao mesmo tempo sem perda de velocidade.
• Designs podem ser criados e impressos a cores completas, e diferentes materiais podem ser usados na mesma impressão. Isso é possível graças ao uso de múltiplas cabeças de impressão a jato.
• O processo de cura com tecnologia PolyJet é instantâneo, e as impressões podem ser usadas imediatamente.
• A tecnologia PolyJet permite detalhes de impressão superiores, e os suportes são facilmente lavados após a impressão.
• Atualmente existem mais de cem materiais de impressão para escolher, e o número cresce continuamente.

Desvantagens

Apesar das muitas vantagens, as propriedades mecânicas tendem a falhar na impressão PolyJet em certa medida, pois são frequentemente piores do que peças impressas em FDM e SLA. As impressões PolyJet são suscetíveis a calor e luz solar e perdem resistência ao longo do tempo. Claro que isso depende dos materiais usados e, como há um enorme repertório de opções, a maioria dos casos de uso pode ser adequadamente abordada escolhendo corretamente o material.

O outro ponto negativo é que as impressoras e materiais de Material Jetting podem ser muito caros e fora do alcance de muitos entusiastas de impressão 3D.

O PolyJet é caro?

A resposta simples é sim, o PolyJet é caro. Isso pode dever-se ao facto de o material jetting ser uma adição relativamente recente à impressão 3D e ser predominantemente usado em ambientes profissionais. Isso não deve desencorajar a exploração das opções que o material jetting oferece comparado às opções FDM ou SLA.

Se quiser adquirir uma impressora PolyJet, deve esperar investir pelo menos 35.000$. Dado esse número, deve saber realmente para que a vai usar, pois imprimir PolyPikachus de alta qualidade não fará muito sentido financeiro.

Alternativas recomendadas para impressão em casa

A menos que esteja disposto a desembolsar 35.000$, provavelmente precisa de procurar noutro lado para pôr as mãos numa impressora 3D.

Existem várias impressoras no mercado que não vão falir o banco e que podem produzir modelos com ótimo aspeto.

Tenho uma Ender 3 Pro e é uma impressora fantástica considerando que me custou menos de 200$, mas também pode investir numa Prusa MK3S+, que é uma impressora muito melhor, mas custa apenas um pouco mais (um "pouco").

Por fim, se for mais fã de impressoras de resina, considere as impressoras Elegoo, como a Elegoo Mars 3 Ultra 4k, que é uma impressora incrível para criar as suas próprias miniaturas de alto detalhe.

Aplicações da impressão 3D PolyJet

Como referido, a aplicação da tecnologia de impressão PolyJet é ampla e procurada em ambientes profissionais, pois lida bem com detalhes intrincados e características delicadas independentemente da complexidade do design.

Nos EUA, a impressão PolyJet encontra-se nos setores automóvel, arquitetura, industrial e educacional. A indústria médica mostra forte apoio à impressão PolyJet de próteses e substituições articulares, bem como na odontologia. Aplicações dentárias são comuns em países desenvolvidos, mas menos em economias emergentes como a Índia, havendo grande potencial de crescimento tanto nos EUA como a nível mundial.

PolyJet na indústria da Saúde

A odontologia adotou as tecnologias de material jetting porque permitiram escalar o mercado de alinhadores transparentes. A facilidade de operação da impressora e a velocidade de impressão significam que pedidos sob demanda podem ser satisfeitos.

Aeroespacial

Economias enormes tornaram-se possíveis com o uso da tecnologia PolyJet, e um exemplo é a poupança de 3,8 milhões de dólares pelo Departamento de Defesa dos EUA, com uma poupança esperada de mais de 15 milhões nos próximos 10 a 15 anos.

Com novos designs de aeronaves constantemente em cima da mesa, peças de protótipo são essenciais, e não há forma mais fácil de as criar à especificação do que usando tecnologia de material jetting.

Automóvel

A indústria automóvel beneficiou muito das tecnologias 3D, e a inclusão do material jetting como opção para prototipagem rápida, ferramentas, gabaritos e fixações, e peças de produção beneficiou grandemente a indústria.

Ferrovias

Com a tecnologia PolyJet, o tempo de produção de peças personalizadas de grau de produção foi reduzido até 95%, o que em qualquer indústria significa eficiência e resposta eficaz na apresentação de soluções conformes com a segurança.

Arte & Moda

A arte e a moda tornaram-se uma colaboração com tecnologias de impressão 3D onde empresas como a Stratasys unem inovação com uma criação que abrange não só avanços tecnológicos, mas também reflete dimensões filosóficas e culturais. Um desses desenvolvimentos é a impressão a jato com chocolate, que é apenas uma das muitas aplicações para tecnologias PolyJet.

Conclusão

Neste momento, não deve apenas ter uma boa compreensão da impressão PolyJet, mas também um desejo agressivo de possuir uma. Enquanto poupa pelo menos 35.000$, recomendo pessoalmente obter uma impressora FDM ou SLA de nível hobby para molhar os pés no mundo esmagadoramente enorme da impressão 3D. Não só descobrirá se tem interesse nesta indústria, como também pode aprender que não precisa de uma máquina industrial de última geração para satisfazer as suas necessidades.

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