Criando Protótipos de Alta Qualidade com Impressão 3D

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

Assim, a prototipagem é um processo experimental através do qual as equipas de design podem materializar as suas ideias. A prototipagem é um processo muito útil em vários setores, permitindo iterações até alcançar o resultado desejado.

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

Existem vários tipos de prototipagem de produto com funções diferentes:

• Protótipos de baixa fidelidade: Protótipos de baixa fidelidade podem ser realizados num curto período de tempo, com grande imediatismo, e atuam como modelo de estudo, permitindo analisar diferentes aspetos para fazer as modificações necessárias ao modelo antes de chegar ao design 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-la se necessário.
• Protótipos funcionais: Estes protótipos são realizados para analisar o comportamento dos materiais usados e testar a funcionalidade do produto.
• Protótipos técnicos: Neste caso, o protótipo é usado como 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 recomendado realizar este tipo de prototipagem antes de realizar a produção em massa de um produto.

Atualmente existem vários processos para fabrico de protótipos, como maquinação CNC, injeção de moldes, ou impressão 3D.

Prototipagem rápida

A impressão 3D está diretamente relacionada com a prototipagem rápida devido à imediatidade oferecida por este método de fabrico e as várias possibilidades que oferece dependendo da tecnologia usada e dos materiais usados, tornando-a um método de fabrico amplamente usado para prototipagem de baixa fidelidade.

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

A prototipagem rápida usando impressão 3D visa fabricar modelos para testar um ou mais aspetos do produto e assim poder modificá-lo se necessário de forma ágil e imediata até alcançar o design final, garantindo tanto a forma como a funcionalidade do produto.

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

As tecnologias de impressão 3D mais difundidas são:

• Deposição de material fundido (FDM)
• Cura seletiva de resinas por luz (SLA)
• Sinterização seletiva a laser (SLS)

Pode ver-se abaixo uma tabela de comparação entre elas:

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

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

Para uma análise mais aprofundada das 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 com impressão 3D são:

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

Poupança de custos e recursos: Dependendo da complexidade da peça e dos materiais usados, o uso de impressão 3D para prototipagem de peças pode levar a poupança significativa de custos e recursos comparado com outros métodos de fabrico tradicionais.

Sustentabilidade: Ao ter equipamento de impressão 3D nas próprias instalações de produção da empresa, os protótipos são produzidos localmente, o que reduz a pegada de carbono comparado com fabrico externo. Além disso, é frequentemente possível trabalhar com materiais biodegradáveis, reciclados ou recicláveis e, pela própria natureza do método de fabrico, o desperdício e o desperdício de material é minimizado.

Da prototipagem ao fabrico

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

Desenvolvimento de materiais

Um dos fatores que tornam possível fabricar pequenas séries de peças finais com impressão 3D é o desenvolvimento de materiais que permitem aplicações em ambientes exigentes graças às suas propriedades mecânicas ou propriedades específicas.

Um exemplo disto são materiais ESD, disponíveis em filamento, pó e até resina, e que permitem fabricar produtos com proteção contra descargas eletrostáticas.

Avanços nas tecnologias de impressão 3D

Graças aos avanços feitos nos últimos anos e ao trabalho de I&D dos fabricantes de equipamentos, as características oferecidas pelas impressoras 3D melhoraram significativamente, a ponto de poder fabricar peças altamente complexas com qualidade industrial.

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

Imagem 3: Fabrico de produtos finais para o setor dentário. Fonte: FormLabs.

Sem dúvida, o fabrico por impressão 3D permite a utilizadores profissionais produzir protótipos e até peças finais de qualidade industrial, sendo atualmente um dos métodos de fabrico mais usados para prototipagem rápida em múltiplos setores. Graças à variedade de tecnologias, equipamentos e materiais, é possível encontrar soluções para quase qualquer aplicação.