Fabricação de protótipos com impressão 3D

Um protótipo é o primeiro exemplo de um produto a ser fabricado, servindo de ponto de partida para realizar as modificações necessárias, como modelo para replicar ou como matriz para produzir um molde.

Assim, a prototipagem é um processo experimental através do qual as equipes de design podem materializar suas ideias. A prototipagem é um processo muito útil em diversos setores, permitindo que sejam realizadas iterações até que o resultado desejado seja alcançado.

Imagem 1:protótipo de capacete impresso em 3D com Raise Pro2 Plus. Fonte:KIDO Sports.

Existem vários tipos de prototipagem de produtos com diferentes funções:

• Protótipos de baixa fidelidade: Protótipos de baixa fidelidade podem ser realizados em um curto período de tempo, com grande imediatismo, e funcionam como um modelo de estudo, permitindo que diferentes aspectos sejam analisados ​​a fim de fazer as modificações necessárias no modelo antes de chegar ao projeto final do produto.
• Protótipos de design :Protótipos de design são realizados para validar o design do produto.
• Protótipos geométricos :Este tipo de protótipo é produzido para verificar a geometria do produto e modificá-lo se necessário.
• Protótipos funcionais :Estes protótipos são realizados para analisar o comportamento dos materiais utilizados e testar a funcionalidade do produto.
• Protótipos técnicos :Neste caso, o protótipo é utilizado como um modelo de estudo global, permitindo analisar todas as suas características.
• Protótipos de alta fidelidade: Consistem na fabricação de um protótipo idêntico ao produto final. É altamente recomendável realizar esse tipo de prototipagem antes de realizar a produção em massa de um produto.

Atualmente existem diversos processos para a fabricação de protótipos, como usinagem CNC, moldagem por injeção ou impressão 3D.

Prototipagem rápida

Impressão 3D está diretamente relacionado com a prototipagem rápida devido ao imediatismo oferecido por este método de fabricação e as diversas possibilidades que oferece dependendo da tecnologia utilizada e dos materiais utilizados, tornando-se um método de fabricação amplamente utilizado para prototipagem de baixa fidelidade.

Vídeo 1:Prototipagem rápida de DLimit. Fonte:BCN3D.

A prototipagem rápida por meio de impressão 3D visas fabricar modelos para testar um ou mais aspectos do produto e assim poder modificá-lo se necessário de forma ágil e imediata até que o design final seja alcançado, garantindo tanto a forma quanto a funcionalidade do produto.

Para a fabricação de protótipos usando impressão 3D, deve-se levar em consideração qual tecnologia é a mais adequada. Cada tecnologia apresenta vantagens e desvantagens, pelo que é necessário conhecer os fundamentos em que se baseia o seu funcionamento bem como as suas limitações de forma a encontrar a mais adequada a cada necessidade.

As tecnologias de impressão 3D mais difundidas são:

• Deposição de material fundido (FDM)
• Fotopolimerização seletiva de resinas (SLA)
• Sinterização seletiva a laser (SLS)

Uma tabela comparativa entre eles pode ser vista abaixo:

Característica	FDM	SLA	SLS
Material usado	Termoplásticos	Resina fotopolimerizável	Termoplásticos
Variedade de materiais	Muito alto	Médio	Baixo
Imediatismo	Muito alto	Médio	Baixo
Precisão	Baixo	Médio	Alto
Tolerância geral	±0,5% (limite inferior ±0,5 mm)	±0,5% (limite inferior ±0,15 mm)	±0,3% (limite inferior ±0,3 mm)
Suporte	>45º	Sempre	Nunca

Tabela 1:Comparação entre diferentes tecnologias de impressão 3D. Fonte:Filament2print.

Para um aprofundamento nas características e limitações de cada tecnologia, recomendamos a leitura do artigo “Como escolher a tecnologia certa:FDM, SLA e SLS”.

Algumas das vantagens oferecidas pela prototipagem por impressão 3D são:

Velocidade :Dependendo da tecnologia de impressão 3D utilizada, a velocidade de produção será maior ou menor, mas a impressão 3D é, em geral, um método de fabricação que oferece imediatismo.

Economia de custos e recursos :Dependendo da complexidade da peça e dos materiais utilizados, o uso da impressão 3D para prototipagem de peças pode levar a economia significativa de custos e recursos em comparação com outros métodos de fabricação tradicionais.

Sustentabilidade :Por ter equipamentos de impressão 3D nas próprias instalações de produção da empresa, os protótipos são produzidos localmente, o que reduz a pegada de carbono produzida em comparação com a fabricação externa. Além disso, muitas vezes é possível trabalhar com materiais biodegradáveis, reciclados ou recicláveis ​​e, pela própria natureza do método de fabricação, o desperdício e o desperdício de material são minimizados.

Da prototipagem à fabricação

Inicialmente, a impressão 3D era usada apenas para prototipagem. No entanto, agora também é usado como um método de fabricação adicional. Isso se deve principalmente a dois fatores:

Desenvolvimento de materiais

Um dos fatores que possibilitam a fabricação de pequenas tiragens de peças finais com impressão 3D é o desenvolvimento de materiais que possibilitam aplicações em ambientes exigentes graças às suas propriedades mecânicas ou propriedades específicas.

Um exemplo disso são os materiais ESD, que estão disponíveis em forma de filamento, pó e até resina, e que permitem fabricar produtos com proteção contra descarga eletrostática.

Avanços nas tecnologias de impressão 3D

Graças aos avanços dos últimos anos e ao trabalho de P&D dos fabricantes de equipamentos, as funcionalidades oferecidas pelas impressoras 3D melhoraram significativamente, a ponto de poder fabricar peças de alta complexidade com qualidade industrial.

Todas as tecnologias de impressão 3D avançaram consideravelmente. Exemplos são as impressoras 3D SLA da FormLabs para o setor médico e odontológico, Form 3B+ e Form 3BL, que podem imprimir em 3D materiais biocompatíveis; ou as impressoras SLS 3D da Sinterit, que podem produzir peças de alta complexidade sem a necessidade de suportes , bem como modelos de desktop como Lisa, Lisa Pro ou Lisa X.

Imagem 3:Fabricação de produtos finais para o setor odontológico. Fonte:FormLabs.

Sem dúvida, a fabricação por impressão 3D permite que usuários profissionais produzam protótipos e até peças finais de qualidade industrial, e atualmente é um dos métodos de fabricação mais utilizados para prototipagem rápida em vários setores. Graças à variedade de tecnologias, equipamentos e materiais, é possível encontrar soluções para praticamente qualquer aplicação.