Braços robóticos vs. sistemas de pórtico:escolhendo a melhor arquitetura de impressão 3D para tamanho e área ocupada

Existe uma divisão simples no setor de impressoras 3D. O mercado estabelecido é composto principalmente de máquinas que são transportadas dentro de um sistema de movimento embutido em uma estrutura ou pórtico, no qual são incorporados trilhos deslizantes e acionamentos. Estas são máquinas de pórtico. Por outro lado, grande parte da indústria favorece máquinas de maior escala baseadas em braços robóticos independentes, que aumentam o tamanho potencial da construção, ao mesmo tempo que mantêm uma pequena área ocupada na máquina.

O benefício da impressão 3D do braço robótico só aparece realmente em construções maiores, nas quais o volume de construção é definido pelo alcance do braço, em vez de ficar confinado dentro dos limites rígidos de um pórtico. Este artigo explorará ainda mais as diferenças entre braços robóticos e sistemas de pórtico para impressão 3D.

O que é um braço robótico para impressão 3D?

Um braço robótico para impressão 3D é um braço mecânico que difere significativamente da abordagem ortogonal XYZ mais comum. Um tal braço pode ser benéfico porque o dispositivo é capaz de se mover numa gama mais ampla de direções e orientações. Portanto, esta abordagem facilita a impressão de objetos 3D utilizando mais graus de liberdade. Para obter mais informações, consulte nosso guia de braço robótico para impressora 3D.

A Figura 1 é um exemplo de impressora 3D de braço robótico:

A impressão 3D de braço robótico não é comumente usada na fabricação de peças pequenas. Existem dificuldades em pequena escala que tornam as máquinas ortogonais mais práticas. Os braços robóticos tendem a ser mais caros do que os seus equivalentes baseados em pórticos, especialmente em escalas menores. 

Em geral, para a impressão de peças maiores no setor automotivo e aeroespacial, um braço robótico seria equipado com uma cabeça de impressão extrusora de impressão 3D (FDM/FFF/FGF) ou com uma cabeça de solda a laser/TIG. 

Ambos podem depositar material para criar o objeto final. O braço é programado para mover a extrusora em um padrão preciso, depositando o material até que o objeto esteja completo. No entanto, uma configuração de braço como esta pode operar em um processo baseado em extrusão que altera a estratificação para uma estrutura mais complexa. Isso ocorre porque os graus extras de liberdade permitem que o braço aborde o processo de impressão de maneiras mais complexas (como a impressão não plana).

A impressão 3D de braço robótico pode ser usada para imprimir objetos grandes e peças com geometrias complexas que seriam difíceis ou impossíveis de criar usando máquinas ortogonais.

Quais projetos os braços robóticos podem imprimir?

A impressão 3D do braço do robô adiciona graus de flexibilidade que as máquinas ortogonais não conseguem alcançar. Alguns exemplos do que ele pode imprimir estão listados abaixo:

1. Objetos grandes demais para impressoras 3D típicas. Exemplos são grandes peças automotivas, móveis grandes, componentes arquitetônicos e edifícios inteiros.
2. Ao trocar extrusoras, uma impressora de braço robótico pode usar vários materiais, cores diferentes ou aditivos.
3. Dependendo da rigidez e da qualidade do dispositivo, as impressoras de braço robótico podem ser altamente precisas em seus movimentos. Isso mantém a alta precisão ao executar projetos grandes ou complexos.
4. A impressão em formas e orientações incomuns é mais viável devido aos graus extras de liberdade de movimento. Isso pode permitir a impressão diretamente em uma superfície curva (impressão não plana) ou na parte inferior das construções.
5. A impressão 3D com geometrias complexas é possível, pois o braço pode romper uma passagem de material e continuar do outro lado de uma obstrução. Isto permite a impressão de objetos interligados que muitas vezes são impossíveis de conseguir com técnicas de impressão 3D ortogonal.

As capacidades da impressão 3D robótica são limitadas apenas pelo tamanho e rigidez do braço, pela precisão e repetibilidade do seu movimento, e menos pela complexidade dos objetos que estão sendo impressos.

Quais são as vantagens dos braços robóticos para impressão 3D?

Várias vantagens da impressão 3D de braço robótico em relação às máquinas pórtico/ortogonais são consideradas importantes, incluindo:

1. Área/volume de impressão: Esta abordagem permite impressões muito grandes com uma máquina relativamente pequena, limitada apenas pelo volume do seu alcance.
2. Tamanho: Dispositivos menores podem produzir impressões maiores.
3. Custo/tamanho: Embora os braços robóticos não sejam baratos, eles são competitivos com impressoras ortogonais muito grandes e de menor capacidade. 
4. Geometria da peça: Os braços robóticos oferecem muito menos restrições na geometria da construção devido ao acesso multieixos à construção.
5. Controle Anisotrópico: A “grão” da construção pode ser selecionada por região, já que não é necessária uma estratificação uniaxial estrita. Isso permite que a resistência da peça seja orientada de forma variada para melhor robustez geral das impressões.

Quais são as desvantagens dos braços robóticos para impressão 3D?

Embora a impressão 3D do braço robótico ofereça vantagens sobre os métodos de impressão ortogonal, também existem desvantagens, incluindo:

1. Configurar a impressão 3D do robô é caro e os custos são proibitivos para pequenas empresas ou indivíduos.
2. A impressão 3D robótica requer um nível consideravelmente mais alto de conhecimento técnico do que as impressoras ortogonais/pórtico, em termos de criação/execução de trabalhos de impressão e configuração inicial de hardware.
3. Os robôs não são intrinsecamente protegidos e podem facilmente ferir os transeuntes. Devem ser utilizadas barreiras e sensores de intrusão.
4. Como todas as máquinas, os braços robóticos requerem manutenção regular e reparos ocasionais. É provável que isso seja muito mais caro e demorado do que impressoras 3D ortogonais/pórtico.

Um braço robótico tem 6 eixos?

Sim, as impressoras 3D robóticas geralmente têm seis eixos, mas muitos braços robóticos têm menos graus de liberdade. Um braço robótico de seis eixos possui seis eixos de movimento:três eixos rotacionais (rolamento, inclinação e guinada) e três eixos translacionais (cima-baixo, esquerda-direita e frente-trás). A mobilidade de seis eixos é a norma nos braços robóticos industriais usados ​​para impressão 3D. Algumas impressoras 3D robóticas podem ter mais de seis eixos (ou menos), dependendo da aplicação pretendida.

O que é um sistema de pórtico para impressão 3D?

Um sistema de pórtico para impressão 3D é uma estrutura composta por vigas e trilhos deslizantes que suportam uma cabeça de impressão/extrusora e orientam seu movimento durante o trânsito e a impressão. As funções críticas são rigidez e precisão, posicionando o ponto de aplicação de impressão precisamente dentro da construção. O sistema de pórtico permite uma altura de construção maior (e, portanto, volume) do que as impressoras delta ou cartesianas. Os sistemas Gantry são geralmente aplicáveis ​​à maioria das técnicas de impressão 3D. O mecanismo do eixo Z que permite a profundidade de impressão é resultado de um movimento do pórtico, que carrega um mecanismo do eixo Z, ou do movimento da mesa de construção em um mecanismo separado.

Os sistemas de pórtico são difundidos tanto em máquinas industriais/profissionais como domésticas/hobby devido à sua rigidez intrínseca e ao grande potencial de volume de construção. A Figura 2 é um exemplo de sistema de pórtico para impressão 3D:

Perguntas frequentes sobre braços robóticos versus sistemas de pórtico

Qual é a principal vantagem de um braço robótico em relação a um sistema de pórtico para impressão 3D?

A principal vantagem do braço robótico sobre o sistema de pórtico para impressão 3D é o seu longo alcance/grande volume de construção em impressões grandes. Mover uma grande impressora de pórtico ortogonal para um local de construção geralmente exigirá que ela seja desmontada para transporte, tornando a configuração do local extremamente desafiadora. Um braço robótico pode retrair até um tamanho moderado e ser colocado facilmente no local de construção pretendido.

Qual é a principal vantagem de um sistema de pórtico em relação a um braço robótico para impressão 3D?

As impressoras 3D baseadas em pórtico custam menos para comprar, operar e manter do que as máquinas baseadas em braços robóticos.

Qual tipo de impressora 3D é usada para construção?

Os tipos de impressora 3D de pórtico e de braço robótico são usados ​​para construção civil, dependendo de uma série de fatores, como tamanho. A construção no local é mais comumente realizada por impressoras de braço robótico, enquanto a fabricação de componentes em um local fixo é mais prática usando uma máquina baseada em pórtico.

Qual tipo de impressora 3D é usada para impressão em metal?

A maioria das impressoras 3D de metal (especialmente aquelas baseadas em Powder Bed Fusion) utiliza lasers e espelhos que giram, direcionando o laser para a cama. Eles não são sistemas robóticos nem baseados em pórticos. Geralmente operam em ambientes controlados com gases inertes e são mais adequados para peças menores.

No entanto, certas tecnologias de impressão em metal, particularmente aquelas utilizadas para fabricar peças maiores, podem utilizar braços robóticos. Os sistemas WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) geralmente apresentam um soldador de arco montado em um braço robótico.

As vantagens da impressão baseada em braço robótico em máquinas maiores tornam esta opção prática, mas não comum, na qual o mercado (e, portanto, os fabricantes de máquinas estão) demonstrando um interesse crescente.

Essas impressoras 3D precisam de manutenção?

Sim, todas as impressoras 3D requerem manutenção regular extensiva para fornecer precisão confiável. Em alguns aspectos, as impressoras de braço robótico 3D exigem manutenção menos regular, mas essa manutenção é consideravelmente mais complexa e cara de realizar.

Essas impressoras 3D têm área de impressão limitada?

A maioria das impressoras 3D têm limitações em áreas edificáveis, a menos que tenham mobilidade (como a impressora 3D de concreto CyBe RT), ou um eixo “infinito”, na forma de uma correia transportadora.

Essas impressoras 3D podem durar muito?

Sim, as impressoras 3D podem durar muito se a manutenção for completa e regular e as peças necessárias permanecerem disponíveis. Estas máquinas continuarão a funcionar enquanto forem rentáveis. A obsolescência chega rapidamente neste setor, à medida que as máquinas são superadas em desempenho ou prejudicadas em custos de impressão por novos desenvolvimentos. Portanto, é provável que a viabilidade comercial das máquinas seja o factor decisivo para a continuação do seu funcionamento.



Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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