Como o SLA e o SLS estão mudando a indústria de prototipagem rápida

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Postado em:13 de julho de 2018, | Por Will, Gerente de Projeto WayKen

Com o desenvolvimento da tecnologia a impressão 3D evoluiu para a realidade a partir de um mero conceito. A saturação das indústrias fez com que o principal objetivo do fabricante não apenas fabricasse produtos, mas também utilizasse métodos inovadores para produzir mais produtos no menor espaço de tempo para aumentar a produção. Assim, os fabricantes hoje em dia estão usando diferentes técnicas de prototipagem rápida. Esses métodos inovadores não apenas economizam tempo, mas também são econômicos. Uma dessas técnicas de prototipagem rápida empregada atualmente é o uso da impressão 3D (prototipagem SLA e prototipagem SLS ). A impressão 3D, além de economizar tempo e custo, também produz o melhor protótipo funcional a partir de um modelo CAD 3D do produto.

História da impressão 3D

O conceito de impressão 3D é tão antigo quanto 1981, quando o Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya utilizou polímeros termoendurecíveis foto-endurecíveis para fabricar os modelos tridimensionais onde um padrão de máscara foi usado para controlar a área de exposição aos raios UV. Mas naquela época seu uso era menor devido à restrição de materiais e softwares de modelagem 3D. Já em 2000, a China havia importado equipamentos comerciais de prototipagem rápida, entre as principais aplicações estava a impressão 3D industrial. Tornou-se uma palavra popular no mundo industrial em 2013, quando dois funcionários da NASA Samantha Snabes e Matthew Fiedler apresentaram o primeiro protótipo de uma impressora 3D acessível, Gigabot.

Impressão 3D:uma tendência líder em prototipagem rápida

Da redução de custos ao aumento da eficiência com a inovação, muitas pessoas estão empolgadas com o impacto que a impressão 3D terá no futuro da fabricação. No entanto, a verdade é que já causou um impacto significativo na indústria e nos clientes domésticos.

Uma impressora 3D doméstica é usada como produto de P&D e para projetar os modelos 3D nas indústrias. Mas é errado dizer que é apenas um produto para clientes industriais. Agora está se tornando amplamente popular entre os clientes civis devido às suas grandes aplicações. Principalmente porque o material usado na impressão 3D está se tornando mais barato e prontamente disponível com o passar do tempo. Além disso, a impressora 3D ocupa muito menos espaço em comparação com os métodos convencionais de sala de ferramentas subtrativas, como fresamento CNC, torno e retificação de precisão.

A disponibilidade do software de modelagem atualmente também está auxiliando no desenvolvimento desta tecnologia. Geralmente, o modelo é salvo no formato STL, que é um formato de arquivo CAD para prototipagem rápida que armazena dados com base em triangulações de modelos CAD. Mas esse formato costumava salvar o arquivo em um grande número de estruturas de treliça que produz erros. Mas o software mais recente armazena o arquivo em Additive Manufacturing File Format (AMF) que produz um número menor de erros. Além disso, esses softwares possuem uma interface amigável que facilita para usuários domésticos e industriais modelar um modelo 3D do produto.

Um estudo recente mostrou que 6,7 milhões de impressoras 3D serão enviadas em todo o mundo até 2020, o que é 14 vezes mais do que em 2016. À medida que as novas tecnologias melhoram o uso das impressoras 3D, a tecnologia continuará a levar a indústria manufatureira a maiores níveis de glória



Figura 1:remessas globais de unidades de impressoras 3D de 2015 a 2020

Tecnologia de impressão 3D

Quando se trata de tecnologia de impressão 3D, existem duas tecnologias mais usadas:Prototipagem Rápida SLA e Prototipagem Rápida SLS.

1. Prototipagem rápida de SLA

A prototipagem rápida SLA também conhecida como Estereolitografia é um tipo de tecnologia de impressão 3D que é usada para criar diferentes protótipos, modelos, padrões em camada por camada usando a técnica de Fotopolimerização. A fotopolimerização é um processo de ligação de moléculas para formar polímeros sob a ação da luz. Então, basicamente, a resina (material usado na criação do protótipo) é solidificada usando a luz e os raios ultravioleta. Desta forma, o protótipo desejado é criado camada por camada utilizando a prototipagem rápida SLA.



Figura 2:uma figura mostrando os processos de prototipagem rápida de SLA

As radiações UV são usadas para construir uma forma pré-programada na cuba de fotopolímero. Como os fotopolímeros são sensíveis às radiações UV, a resina se solidifica e forma uma única camada do protótipo desejado. Desta forma, camadas de resinas são solidificadas até que o protótipo desejado seja formado.

Os produtos prototipados SLA têm a mais alta resolução e acabamento superficial de todas as técnicas de prototipagem rápida 3D, mas sua versatilidade está na resina utilizada. Com o desenvolvimento da tecnologia, os engenheiros de materiais criaram diferentes resinas usadas na prototipagem SLA com propriedades correspondentes às dos materiais termoplásticos de engenharia padrão.

Usos

A prototipagem rápida SLA é amplamente utilizada em diferentes indústrias para o desenvolvimento de produtos desde o seu início.

· Modelagem médica

Os produtos prototipados rápidos SLA estão sendo usados ​​na medicina desde que a tecnologia foi introduzida. Ele é usado para criar modelos 3D anatômicos de diferentes regiões do corpo de um paciente com base em dados obtidos de varreduras de computador. Esses modelos são então usados ​​para auxiliar no diagnóstico e tratamento. Os cirurgiões usam esses modelos para ajudá-los na cirurgia, enquanto os protéticos os usam para fabricar implantes personalizados.



Figura 3:um modelo produzido por prototipagem rápida de SLA

· Prototipagem

A prototipagem rápida SLA também é usada para criar protótipos de materiais de formato uniforme/irregular a um custo relativamente menor. Protótipos formados pelo método de prototipagem rápida SLA podem ser usinados e padrões de diversas operações de fundição de metais podem ser formados.

2. Prototipagem Rápida SLS

A sinterização seletiva a laser comumente chamada de técnica de prototipagem rápida SLS usa o laser como um solidificador para o material em pó. Principalmente o material em pó usado é nylon. O nylon é um termoplástico de engenharia com propriedades mecânicas impressionantes, leve e estável. Este tipo de impressora 3D direciona automaticamente o laser para o material em pó fazendo com que ele se solidifique para criar a estrutura necessária. A prototipagem rápida SLS é diferente da fusão seletiva a laser como no SLM. O material é fundido em vez de ser sinterizado como na prototipagem rápida SLS.



Figura 4:uma figura mostrando os processos de prototipagem rápida SLS

A prototipagem rápida SLS, como a prototipagem rápida SLA, usa os projetos auxiliados por computador para desenvolver o protótipo necessário com a ajuda de pó sinterizado. Utiliza laser de alta potência principalmente laser de dióxido de carbono que é uma fonte de fusão de pequenas partículas em forma de pó para formar o protótipo necessário. O laser varre as seções transversais que são geradas pelo modelo cad e funde seletivamente os materiais sinterizados na forma de um protótipo necessário. Após a varredura da seção transversal, o leito de pó é abaixado e uma nova camada de material é aplicada no topo até que o produto desejado seja formado.

O material de nylon usado na prototipagem rápida do SLS o torna útil para criar protótipos de alta resistência mecânica, bem como protótipos resistentes a impacto, luz e água. Baixo custo de produção e alta produtividade tornam esta técnica bastante popular entre as indústrias para prototipagem rápida.

Usos

A prototipagem rápida SLS é amplamente utilizada em diferentes indústrias para o desenvolvimento de produtos desde o seu início

· Indústria Aeroespacial

A prototipagem rápida SLS é bastante popular entre as indústrias onde são necessárias peças de alta qualidade em menores quantidades. Uma dessas indústrias é a indústria aeroespacial, onde são necessários protótipos para aeronaves. Como as aeronaves e outros veículos aeroespaciais são construídos em menor número e permanecem em serviço por décadas, a prototipagem rápida SLS é usada para produzir peças de alta qualidade para a indústria aeronáutica.



Figura 5:Um painel de compartimento produzido pela Airbus usando prototipagem rápida SLS

· Prototipagem de Geometrias Complexas

A prototipagem rápida SLS é amplamente utilizada nas indústrias para produzir geometrias com formas complexas usando seu modelo CAD. É porque a prototipagem rápida SLS pode produzir protótipos com uma variedade de materiais fazendo com que eles se fundam sob a ação do laser. A não necessidade de estruturas de suporte também o torna amplamente popular entre as indústrias que produzem peças de maior qualidade.



Figura 6:Uma hélice projetada por prototipagem rápida SLS

Comparação entre SLA e SLS

1. Matéria-prima usada

SLS -A matéria-prima utilizada varia de Pó de Nylon; Pó de carbono policarbonato para cloreto de vinil; Pó mas com alto desempenho.

SLA - A matéria-prima utilizada é um polímero líquido com qualidade não comparável à dos materiais termoplásticos.

2. Encolhimento do material

SLS - O encolhimento do material varia de 2 a 4%.

SLA -A retração do material é inferior a 0,4%, portanto, peças mais detalhadas podem ser produzidas.

3. Tamanho da construção

SLS - Protótipos de tamanho até 1500 x 750 x 500 mm podem ser produzidos.

SLA -Protótipos de tamanho até 145 x 145 x 175 mm podem ser produzidos.

4. Acabamento da Superfície

SLS -O acabamento do material é áspero e um pouco solto.

SLA -O acabamento do material é relativamente liso.

5. Força

SLS - A resistência das peças produzidas é alta devido à matéria-prima utilizada.

SLA - A resistência do material produzido é relativamente baixa.

6. Operação de usinagem

SLS - Os protótipos produzidos são fáceis de serem usinados como fresagem, torno, furação etc.

SLA - A resistência do protótipo é baixa, então a usinagem é difícil e muito cuidado deve ser tomado.

7. Resistência ao desgaste

SLS -A resistência ao desgaste é semelhante à dos materiais termoplásticos.

SLA - Pouca resistência às condições ambientais. O uso de resinas epóxi pode melhorar consideravelmente a resistência.

Figura 7:um modelo produzido por prototipagem rápida SLS

Benefícios:Impressão 3D usando SLA e SLS

Para produzir em massa os produtos em um curto período de tempo, a impressão 3D é uma ferramenta essencial. Há muitos benefícios que podem ser desfrutados empregando esta técnica.

1. Custo-benefício

O custo-benefício é um dos principais benefícios da impressão 3D. A resistência e o acabamento do protótipo produzido a partir deste processo dispensam modificações que economizem dinheiro. Além disso, os produtos podem ser produzidos em massa, o que também economiza muito dinheiro.

2. Velocidade

Esta técnica permite que os industriais produzam um maior número de produtos em maior velocidade consumindo muito menos tempo em comparação com os processos industriais convencionais utilizados. O usuário só precisa de um modelo CAD e a impressora usa esse modelo e desenvolve o produto em muito menos tempo. Além disso, o protótipo projetado é de alta qualidade e resistência, tornando esta técnica popular em indústrias e civis em todo o mundo.

3. Redução do espaço de armazenamento

A impressora 3D consome muito menos espaço em comparação com as máquinas convencionais de produção em massa empregadas pelas indústrias até agora. Além disso, as ferramentas dessas máquinas são pesadas e caras em comparação com uma impressora 3D compacta que consome muito menos espaço.

4. Mitigação de Risco

A impressão 3D também permite a verificação de um projeto antes da produção de um protótipo caro no modelo CAD. Portanto, o modelo CAD foi corrigido de acordo. Além disso, a produção de moldes de teste é muito mais barata do que alterar um molde já produzido.

5. Comentários

Com um protótipo, pode-se testar o potencial de mercado do produto antes de realmente produzi-lo. A resposta dos compradores antes de realmente produzir o produto pode prever a perspectiva futura do produto e pode ajudar a decidir o número de produtos a serem produzidos em massa para serem fornecidos ao mercado.

6. Personalização

Com as operações de usinagem padrão sendo usadas para a produção em massa, todas as peças saem da máquina ou do molde com o mesmo design ou defeitos, se houver. Mas no caso da impressão 3D, há sempre uma vaga de customização, personalização do produto conforme a necessidade do cliente ou a demanda do mercado.

Observações finais

Tanto a prototipagem SLA quanto a prototipagem SLS são consideradas uma das grandes revoluções do mundo tecnológico. A produção de um protótipo funcional não é mais uma tarefa difícil, pois pode ser facilmente produzido pelo emprego dessas duas técnicas conforme exigência das características do protótipo. SLA é melhor para acabamento de superfície, mas SLS é melhor para produção de produtos de alta resistência. Ambas são técnicas de prototipagem rápida top de linha e podem ser usadas para a produção em massa de produtos com menos erros.