O guia definitivo para impressão 3D:benefícios, desvantagens e tecnologias principais

O que é impressão 3D?

A impressão 3D é uma tecnologia de fabricação aditiva usada para produzir peças de uma ampla variedade de plásticos e metais. Existem muitas tecnologias diferentes disponíveis, desde FDM (Fused Deposition Modeling), que extrusa plástico uma camada de cada vez, até DMLS (Direct Metal Laser Sintering), que usa um laser para fundir o pó metálico, uma camada de cada vez, em uma peça final. Para obter mais informações, consulte nosso guia sobre impressão 3D.

Quais são as vantagens da impressão 3D?

Os profissionais da impressão 3D são:

1. Impressão sob demanda

A impressão 3D requer uma configuração muito limitada para começar a imprimir. O processo de configuração e a máquina de impressão 3D são os mesmos, independentemente do tipo de peça a ser impressa. Tudo o que é necessário é converter o modelo 3D da peça, geralmente feito com software OEM ou de terceiros. Após a conclusão da conversão, o arquivo é carregado na impressora por meio de um conector USB-A, sem fio ou de um cartão SD. O material é então adicionado à impressora, normalmente como um fotopolímero líquido, um filamento ou um pó. Depois disso, o processo de impressão continuará sem qualquer intervenção humana. Quando a peça estiver concluída, poderá ser necessário algum pós-processamento, como a remoção de estruturas de suporte. Os serviços em nuvem sob demanda exigem simplesmente um modelo 3D e imprimirão e enviarão seu item em 3D sem a necessidade de investir em uma impressora 3D. 

2. Preço razoável

O processo de impressão 3D tem um preço razoável quando comparado a outras tecnologias de fabricação, como moldagem por injeção. Isto é especialmente verdadeiro em volumes de produção baixos a médios e em peças de alta complexidade. Isso ocorre porque as impressoras 3D custam a partir de US$ 200, sendo as impressoras 3D usadas ainda mais baratas. Os materiais também podem custar apenas US$ 15 por kg – para ABS, por exemplo. Embora os materiais de impressão 3D sejam geralmente mais caros do que o custo comparável da matéria-prima básica. Isto se deve à necessidade de preparar a matéria-prima para o processo de impressão específico, ou seja, bobinas de filamento para FDM e pó fino para SLS. Apesar do custo adicional da matéria-prima, a impressão 3D utiliza menos material por não ser totalmente densa. 

3. Ecológico

A impressão 3D pode ser considerada ecologicamente correta devido ao uso de materiais recicláveis como metais e termoplásticos. As peças também podem ser impressas exatamente onde são necessárias, em vez de serem enviadas de uma fábrica centralizada de produção pesada. Isto elimina os custos significativos de energia associados ao transporte. A natureza aditiva da impressão 3D também resulta em menos desperdício.

4. Prototipagem Rápida

O baixo custo e os recursos de impressão sob demanda da impressão 3D a tornam ideal para o desenvolvimento de protótipos. Uma peça impressa em 3D pode ser produzida em menos de um dia. Isso permite a iteração rápida de novos conceitos sem o custo inicial de ferramentas típico de outras tecnologias comuns, como moldagem por injeção. 

5. Acessibilidade

A impressão 3D ganhou ampla adoção na última década. Isto pode ser atribuído a algumas patentes importantes detidas pela Stratasys que expiraram em 2009. A natureza de código aberto da impressão 3D desde então permitiu o desenvolvimento de máquinas de impressão 3D de baixo custo para o consumidor. O aumento da base de usuários permitiu a criação de um grande conjunto de conhecimento on-line de fácil acesso sobre melhores práticas, detecção de falhas e técnicas gerais de otimização para impressão 3D. Isto permitiu uma acessibilidade sem precedentes que é muito rara em outros espaços tecnológicos.

6. Assistência Médica Avançada

A adoção da impressão 3D na indústria médica permitiu um aumento significativo no atendimento médico personalizado por meio do desenvolvimento de implantes, próteses e bioimpressão de órgãos personalizados e adequados ao paciente. Muitos materiais biocompatíveis também foram desenvolvidos para uso na indústria médica.

7. Flexibilidade de design

A impressão 3D tem menos restrições de design quando comparada a outras tecnologias. Por exemplo, vazios internos complexos não são possíveis com usinagem CNC e moldagem por injeção sem a necessidade de recorrer a montagens multicomponentes. Isso adiciona custo e complexidade. Com a impressão 3D, peças complexas podem ser impressas com a mesma facilidade que peças simples. Embora a impressão 3D ainda tenha uma série de diretrizes DFM (Design for Manufacturing), estas não são tão restritivas quanto outras tecnologias de fabricação. 

8. Redução de resíduos

A impressão 3D produz muito pouco desperdício. Esse desperdício normalmente ocorre na forma de estruturas de suporte que são removidas após a impressão, no caso de peças impressas em SLS. Estas estruturas de suporte são otimizadas para serem tão leves quanto possível. As técnicas de fabricação subtrativa exigem a remoção de grandes volumes de material que produz resíduos significativos. Tecnologias aditivas, como a impressão 3D, são projetadas para adicionar material seletivamente apenas quando necessário. Isto então compensa o desperdício mínimo produzido pelas estruturas de suporte. 

9. Componentes fortes e leves

A impressão 3D apenas adiciona material exatamente onde é necessário. Por exemplo, os volumes internos podem ter estruturas de malha densas onde as concentrações de tensão são altas e menos densas em áreas onde são baixas. Técnicas como otimização topológica e projeto generativo também produzem peças cuja geometria é otimizada para um caso de carga específico e removem material onde não houver benefício estrutural. Essas técnicas geralmente produzem peças com geometrias altamente complexas e de estilo orgânico, o que as torna impossíveis de serem fabricadas com outras tecnologias. 

10. Design e fabricação rápidos

Compreender como projetar para impressão 3D requer familiaridade com os requisitos de DFM. É menos rigoroso do que outras tecnologias de fabricação. Isto torna mais fácil para os engenheiros projetar peças, pois eles não precisam considerar a ampla gama de limitações presentes em outras tecnologias de fabricação. Em termos de fabricação, a impressão 3D costuma ser mais rápida, especialmente para peças complexas. Peças complexas podem precisar de múltiplas configurações em uma máquina CNC e também podem precisar ser fabricadas em diversas máquinas, enquanto a impressão 3D pode completar a peça inteira em uma única configuração. 

Quais são as desvantagens da impressão 3D?

Os contras da impressão 3D são:

1. Pós-processamento

A maioria das peças impressas em 3D requer alguma forma de pós-processamento. Normalmente, o pós-processamento pode incluir remoção de suporte, cura com luz UV, sinterização em forno, polimento e até mesmo usinagem para recursos de alta tolerância, como caixas de rolamentos.  

2. Preocupações com direitos autorais

Devido à facilidade e ao baixo custo com que os objetos impressos em 3D podem ser fabricados, torna-se fácil duplicar projetos sem o consentimento do criador original. Existem milhões de designs disponíveis gratuitamente na Internet que podem ser facilmente baixados e copiados sem creditar ou compensar o proprietário original da propriedade intelectual ou sem que ele tenha conhecimento disso. A digitalização 3D também se tornou mais acessível, o que significa que objetos do mundo real podem ser digitalizados e depois duplicados. 

3. Grandes quantidades

A impressão 3D sempre foi um processo de produção de baixo a médio volume. Isto se deve principalmente ao método camada por camada no qual os objetos impressos em 3D são fabricados. Este problema é ainda mais amplificado se forem desejadas peças de alta qualidade que requerem a colocação de camadas mais finas de cada vez. Algumas tecnologias de impressão, como o HP multijet, podem utilizar todo o volume para imprimir várias peças. Mas mesmo assim, o tempo de ciclo é significativamente mais lento do que outras tecnologias de produção mais maduras. 

4. Os materiais são limitados

A impressão 3D adiciona continuamente novos materiais. No entanto, estes ainda são limitados quando comparados com tecnologias de produção mais maduras. Embora seja possível imprimir peças em muitos plásticos e metais populares, não é possível utilizar os milhares de ligas e compostos que foram desenvolvidos. Isto ocorre simplesmente porque essas ligas e compostos não foram convertidos em uma forma compatível com a impressão 3D. 

5. Estrutura da peça

Algumas tecnologias de impressão 3D como FDM e SLS produzem peças cujas propriedades são anisotrópicas. Isto significa que o desempenho das peças varia dependendo da direção da carga aplicada. Normalmente, as peças serão mais fracas no eixo Z, que é definido como o eixo que aponta para cima da base de impressão da impressora 3D. 

6. Restrições de tamanho de compilação

As impressoras 3D têm uma ampla variedade de tamanhos de construção. No entanto, as impressoras comumente usadas para produção têm volumes de construção menores do que tecnologias de fabricação em grande escala, como:corte a laser, fresadoras horizontais e fundição de metal. Como tal, a impressão 3D é geralmente usada para fabricação em pequena escala de componentes complexos. Deve-se notar que há exceções a esta regra, pois algumas impressoras 3D especializadas possuem volumes de construção muito grandes.

7. Cortes de empregos na manufatura

A impressão 3D é uma tecnologia altamente automatizada. A única interação humana é:configuração, remoção e pós-processamento da peça, que normalmente podem ser realizados por uma pessoa. Na verdade, uma pessoa pode operar facilmente várias máquinas. Uma impressora 3D também pode produzir uma peça que normalmente exigiria diversas máquinas e, por extensão, vários operadores de máquinas. Isto significa que alguns trabalhos podem ser redundantes nos casos em que a impressão 3D é aplicável. No entanto, esta não é uma situação exclusiva da impressão 3D e está a ocorrer em todo o setor industrial. 

8. Imprecisões no design

Objetos impressos em 3D não são conhecidos por sua precisão e estabilidade dimensional. As peças podem deformar durante a impressão. Mesmo as impressoras 3D mais precisas não conseguem igualar a precisão alcançada com máquinas CNC de primeira linha. As máquinas CNC podem produzir repetidamente peças com uma precisão de 0,025 mm em comparação com 0,4 mm nas máquinas de impressão 3D DMLS. 

Perguntas frequentes sobre os prós e contras da impressão 3D

O que devo saber antes de comprar uma impressora 3D?

Ao adquirir uma impressora 3D é importante compreender a aplicação pretendida. Por exemplo, se o objetivo é produzir protótipos visuais, então uma impressora FDM pode ser mais adequada. No entanto, se a necessidade for produzir peças de qualidade aeroespacial para aplicações de alto estresse, então tecnologias como DMLS seriam melhores. Para saber mais, consulte nosso guia sobre as 10 coisas a considerar ao comprar uma impressora 3D.

Quais aplicações a impressão 3D tem hoje?

As aplicações de impressão 3D são variadas. Ele se infiltrou em todas as principais indústrias e tem aplicações na indústria automotiva, aeroespacial, médica, de biotecnologia e até mesmo na indústria alimentícia. Em alguns casos, a impressão 3D é utilizada para produzir articulações do quadril e em outros casos adota um papel auxiliar para agregar valor às tecnologias de fabricação existentes, como gabaritos para usinagem CNC. Para saber mais, consulte nosso artigo sobre Aplicações de Impressão 3D.

Quais aplicações a impressão 3D terá no futuro?

A tecnologia de impressão 3D continuará a amadurecer. Muitos dos contras presentes hoje podem desaparecer na próxima década. A impressão 3D está a caminho de se tornar uma tecnologia de fabricação mais convencional, com uma ampla gama de aplicações. Um dos avanços mais interessantes é a produção de órgãos específicos de pacientes para transplantes livres de rejeição. Outra é a produção de peças com canais de fluido, múltiplos materiais e vários outros componentes auxiliares impressos na peça de uma só vez. Um exemplo seria a perna da próxima geração do robô Boston Dynamics Atlas.

A impressão 3D é vantajosa?

Sim, a impressão 3D é vantajosa e encontrou uso em muitas aplicações. Nos casos em que não pode ser utilizada para fabricar diretamente uma peça, a impressão 3D encontra utilização para melhorar a eficiência dos operadores de máquinas e montagens.

Resumo

Este artigo apresentou os prós e os contras da impressão 3D, explicou o que são e discutiu como cada um desempenha um papel na impressão 3D na fabricação. Para saber mais sobre impressão 3D, entre em contato com um representante da Xometry.

A Xometry oferece uma ampla gama de recursos de fabricação, incluindo impressão 3D e outros serviços de valor agregado para todas as suas necessidades de prototipagem e produção. Acesse nosso site para saber mais ou solicitar um orçamento gratuito e sem compromisso.

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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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