Impressão 3D para manufatura aditiva - o que você precisa saber

Há muita confusão sobre os termos fabricação aditiva e impressão 3D significa.

E isso não é surpreendente. Afinal, ambos os termos se referem a processos muito semelhantes.

Tanto a manufatura aditiva quanto a impressão 3D descrevem um processo de criação de objetos através da construção gradual de finas camadas de material.

Neste artigo, explicaremos exatamente o que são manufatura aditiva e impressão 3D, como elas se relacionam e para que são usadas.

Para que é usada a manufatura aditiva na impressão 3D?

Na fabricação tradicional, as peças geralmente são usinadas a partir de blocos maiores de material. Em outras palavras, o material é subtraído do bloco inicial para formar a peça. Naturalmente, isso causa muito desperdício. Se você já viu um vídeo de um maquinista transformando um bloco sólido de metal ou madeira em uma peça acabada, provavelmente ficou impressionado com a enorme quantidade de material desperdiçado.

Por outro lado, na manufatura aditiva, as peças são feitas pela construção de camadas de material para formar a peça acabada. Como funciona? Isso depende do tipo de manufatura aditiva utilizada.

De acordo com a American Society for Testing and Materials (ASTM), existem sete categorias de manufatura aditiva:

1. Fotopolimerização de IVA — os objetos são construídos a partir de camadas de resina fotopolimérica líquida, que é curada com luz ultravioleta.
2. Fusão em leito de pó — os objetos são construídos a partir de camadas de pó de material e derretidos (ou “fundidos”) usando calor ou um poderoso laser. As técnicas comuns incluem sinterização seletiva a laser (SLS).
3. Jato de materiais — cada camada de um objeto é construída usando uma cabeça de impressão, que deposita gotículas de um material líquido em uma superfície de construção onde elas se solidificam rapidamente. Depois de concluído, cada camada é curada usando luz ultravioleta.
4. Laminação de chapas — os objetos são construídos a partir de folhas ou fitas de metal, que são unidas por meio de soldagem ultrassônica. A laminação de chapas não é uma técnica completamente aditiva, pois o material excedente geralmente deve ser removido usando técnicas tradicionais de fabricação, como usinagem CNC.
5. Extrusão de materiais — o material é puxado através de um bocal, onde é aquecido e depositado em camadas em uma plataforma de construção. Neste caso, nenhum processo adicional é necessário para curar as camadas, pois cada camada é depositada em estado fundido.
6. Deposição de Energia Dirigida — DED engloba uma gama de técnicas complexas de manufatura aditiva usadas para reparar ou adicionar material a componentes existentes. Na maioria das implementações, um material fundido é depositado através de um bocal na superfície alvo, onde solidifica. O processo é semelhante, em princípio, à extrusão de material, com a exceção de que o bico deve ser capaz de se mover em várias direções para dar conta de superfícies de destino com formatos diferentes.
7. Jato de ligante — também conhecido como Impressão 3D .

Como este artigo é focado especificamente na impressão 3D para manufatura aditiva, vamos dar uma olhada mais de perto neste.

O que é o processo de manufatura aditiva (impressão 3D)?

A impressão 3D usa dois materiais:

1. Um material à base de pó, geralmente plástico, metal ou cerâmica, e;
2. Um aglutinante, que atua como um adesivo entre as camadas de pó. A maioria dos aglutinantes vem na forma líquida.

O termo impressão 3D vem da semelhança visual do jato de ligante com a impressão 2D. Dentro de uma impressora jato de tinta padrão, um cabeçote de impressão viaja horizontalmente ao longo dos eixos X e Y para depositar gotas de tinta em um pedaço de papel.

Da mesma forma, para construir um objeto usando impressão 3D, o cabeçote de impressão se move horizontalmente ao longo dos eixos X e Y da máquina e deposita camadas alternadas do material de construção e do material de encadernação. Após a conclusão de cada camada, a plataforma de construção que contém o objeto é abaixada fracionalmente para permitir que a próxima camada seja impressa.

Dependendo do tamanho do objeto que está sendo impresso, podem ser necessárias centenas, milhares ou até dezenas de milhares dessas camadas para serem concluídas. Para ter uma ideia de como é o processo, dê uma olhada neste vídeo em timelapse de um modelo de torre Eiffel impresso em 3D.

Importância da manufatura aditiva e software de impressão 3D

Todas as técnicas de manufatura aditiva, incluindo impressão 3D, dependem de técnicas de design digital, como o Computer-Aided Design (CAD). Na verdade, todo o propósito da impressão 3D é transformar projetos digitais em objetos do mundo real.

No passado, os engenheiros usavam software CAD combinado com técnicas rigorosas de modelagem de simulação para projetar objetos que seriam robustos e eficazes no mundo real. Mas havia um problema. As técnicas tradicionais de fabricação, como usinagem CNC e moldagem por injeção, apresentam certas limitações, que tornam a produção aqueles objetos de outra forma “perfeitos” impossíveis.

É aqui que entra a relação harmoniosa entre o CAD e a impressão 3D. Uma das vantagens mais importantes da impressão 3D é que ela permite que projetos digitais sejam produzidos no mundo real sem as restrições das técnicas tradicionais de fabricação.

A impressão CAD e 3D permite que a fabricação seja orientada pelo design , enquanto historicamente, o processo de design tinha que ser conduzido pelo que era possível usando técnicas convencionais de fabricação. Isso dá aos engenheiros muito mais liberdade de projeto do que nunca e facilitou grandes avanços em vários setores.

Embora a maioria dos softwares CAD comerciais tenham introduzido um módulo para Manufatura Aditiva, criar seu próprio aplicativo CAD personalizado para Manufatura Aditiva é muito fácil com os SDKs 3D da Spatial. Confira www.spatial.com para saber mais.

Saiba mais sobre a diferença entre manufatura aditiva e impressão 3D

1. Os 7 principais tipos de manufatura aditiva
2. 6 avanços médicos da impressão 3D
3. Como aproveitar totalmente o CAD no processo de manufatura aditiva

Benefícios da fabricação aditiva de impressão 3D em relação às técnicas tradicionais de fabricação

Obviamente, a liberdade de design não é a única vantagem que a impressão 3D tem sobre as técnicas tradicionais de fabricação. Algumas das outras vantagens principais incluem:

• Produza estruturas complexas e leves com manufatura aditiva e materiais de impressão 3D.

Já notamos que a impressão 3D possibilita a construção de objetos que não podem ser construídos com técnicas tradicionais. No entanto, também vale a pena notar que, por serem construídas camada por camada, peças altamente complexas podem ser construídas em uma única peça. Ao mesmo tempo, devido à variedade de materiais disponíveis, mesmo peças complexas impressas em 3D podem ter baixo peso e alta resistência à tração.

• É mais barato para construções únicas.

Uma das grandes vantagens da impressão 3D é que ela não requer nenhum molde ou equipamento de montagem especial. Como resultado, pequenos lotes de objetos únicos podem ser produzidos facilmente e a um custo muito menor.

• Menos desperdício.

Como já mencionado, a impressão 3D é um aditivo técnica de fabricação, enquanto muitas técnicas tradicionais envolvem extração de material . Esse fato por si só significa que a impressão 3D resulta em muito menos desperdício do que outras técnicas de fabricação comuns.

• Tempo de comercialização mais rápido.

Muito simplesmente, nenhuma outra técnica permite que os fabricantes projetem e construam objetos tão rapidamente quanto a impressão 3D. Isso é particularmente valioso quando se trata de construir e testar protótipos. É por isso que a impressão 3D se tornou sinônimo de uma de suas aplicações mais comuns:a prototipagem rápida.

Impressão 3D para manufatura aditiva usada para construir protótipos rápidos

A prototipagem rápida é, simplesmente, a produção rápida de um objeto físico, peça ou modelo.

Qualquer técnica de fabricação pode ser utilizada na prototipagem rápida, desde técnicas de fabricação tradicionais, como usinagem CNC, até técnicas mais modernas, como soldagem 3D. Por razões óbvias, no entanto, as tecnologias aditivas, como a impressão 3D, são mais comumente usadas.

Como o nome indica, a prototipagem rápida é usada principalmente para construir uma série de protótipos, que podem ser rapidamente testados e descartados até que o melhor projeto seja encontrado. Essa abordagem iterativa de projeto e fabricação sempre foi popular e só se tornou mais eficaz com a evolução dos processos de manufatura aditiva.

A prototipagem rápida tem três benefícios distintos para os fabricantes quando combinada com a impressão 3D:

• É altamente econômico. A maior parte do processo é automatizada, portanto, poucos funcionários são necessários para concluir o processo. Da mesma forma, os materiais e os processos de fabricação são mais baratos de configurar do que seriam no caso de técnicas alternativas de fabricação.

• Velocidade. A prototipagem rápida ajuda os fabricantes a produzir e descartar projetos mais rápido do que nunca, aprendendo com cada iteração e chegando cada vez mais perto do produto final. Isso se traduz em um time to market (TTM) mais rápido, o que geralmente é uma vantagem competitiva significativa.

• Risco reduzido. Erros na fabricação podem ser extremamente caros. Devido ao baixo custo e investimento de tempo necessário para produzir protótipos adicionais, a prototipagem rápida reduz drasticamente o risco de erros dispendiosos durante a fase de produção em massa.

Para que serve a impressão 3D?

Neste ponto, além da fabricação, a maior parte do hype e da atenção da mídia para a impressão 3D cercou seus aplicativos de consumo. É inegavelmente “legal” que qualquer pessoa com um laptop e menos de mil dólares possa projetar e construir quase qualquer objeto que possa imaginar.

No entanto, o verdadeiro valor da impressão 3D está em suas aplicações comerciais. Algumas das principais indústrias que aproveitam a impressão 3D incluem:

Aviação e aeroespacial — A impressão 3D tem benefícios óbvios para a indústria da aviação. Mais notavelmente, permite que as empresas de aviação construam protótipos rapidamente e com baixo custo, usando materiais fortes e leves. No momento, a impressão 3D está sendo usada para fabricar tudo, desde itens de acabamento interno, como mesas de encosto e encostos de cabeça, até componentes de motores e armamentos.

Com o desenvolvimento de impressoras 3D cada vez maiores, podemos esperar ver ainda mais componentes sendo construídos usando impressão 3D em um futuro próximo – talvez até um motor de aeronave inteiro.

Saúde — No passado, a disponibilidade de implantes e próteses foi um obstáculo substancial e caro para o atendimento ao paciente. No entanto, há vários anos, a impressão 3D tem sido usada no desenvolvimento de uma ampla variedade de guias de corte cirúrgico, próteses e até implantes específicos do paciente.

À medida que os materiais evoluíram, a indústria conseguiu usar a impressão 3D para construir produtos cada vez mais leves, fortes e seguros, reduzindo os tempos de resposta e os custos.

Automotivo — Há várias décadas, a indústria automotiva usa a impressão 3D e outras técnicas de manufatura aditiva para produzir protótipos. Inicialmente, este era o único uso viável para impressão 3D na indústria automotiva, pois os materiais disponíveis não eram suficientemente robustos para uso no mundo real.

No entanto, à medida que os materiais evoluíram, a impressão 3D assumiu um papel maior na indústria. Agora, a técnica é usada rotineiramente para produzir uma variedade de moldes, ferramentas de termoformagem, garras, gabaritos e acessórios necessários durante a fabricação. Em outras palavras, a impressão 3D está sendo usada para aumentar outras técnicas de fabricação.

Mas isso não é tudo. A impressão 3D é também inestimável para a produção de peças personalizadas como carrocerias e componentes internos que são usados ​​para personalizar veículos específicos.

Arquitetura — A indústria de arquitetura depende de maquetes para mostrar a clientes e investidores como será um projeto depois de construído. Esses modelos foram historicamente construídos à mão e muitas vezes exigiram centenas de horas de trabalho para serem concluídos. Naturalmente, a impressão 3D mudou tudo.

Como os projetos arquitetônicos já são projetados usando software de computador, eles são candidatos naturais para impressão 3D. Agora, uma vez concluído o arquivo CAD, ele pode ser enviado diretamente para impressão, economizando muito tempo e garantindo uma réplica precisa do modelo.

O que vem a seguir para impressão 3D e manufatura aditiva?

Até agora, a ampla adoção comercial limitou-se a setores que já são conhecidos por estarem na vanguarda da tecnologia – manufatura, aviação, automotivo e saúde, em particular.

No entanto, com hardware e materiais melhorando o tempo todo, não há dúvida de que a impressão 3D continuará a crescer nos próximos anos.

De casas impressas em 3D a carros, não demorará muito até que quase tudo o que usamos diariamente possa ser construído usando essa técnica aparentemente da era espacial.