O que é impressão 3D? - Tipos e como funciona

O que é impressão 3D?

A impressão 3D ou manufatura aditiva é a construção de um objeto tridimensional a partir de um modelo CAD ou de um modelo digital 3D.

O termo “impressão 3D” pode se referir a uma variedade de processos nos quais o material é depositado, unido ou solidificado sob controle de computador em um objeto tridimensional, onde os materiais, como plásticos, líquidos ou grãos de pó, são fundidos. , normalmente camada por camada.

Na década de 1980, as técnicas de impressão 3D eram consideradas adequadas apenas para a produção de protótipos funcionais ou estéticos, um termo mais apropriado para isso na época era prototipagem rápida.

Desde 2019, a precisão, repetibilidade e diversidade de materiais da impressão 3D aumentaram a ponto de alguns processos de impressão 3D serem considerados tecnologias de produção de nível industrial, com o termo manufatura aditiva sendo usado de forma intercambiável com impressão 3D.

Um dos principais benefícios da impressão 3D é a capacidade de produzir formas ou geometrias muito complexas que de outra forma seriam impossíveis de projetar à mão, incluindo peças ocas ou peças com estruturas internas de treliça para reduzir o peso. Fused Deposition Modeling (FDM), que usa um filamento contínuo de material termoplástico, é o processo de impressão 3D mais usado a partir de 2020.

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Quem inventou a impressão 3D?

O primeiro equipamento de fabricação de impressão 3D foi desenvolvido por Hideo Kodama, do Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya, quando ele inventou dois métodos aditivos para fabricar modelos 3D.

Quando a impressão 3D foi inventada?

Com base no trabalho de Ralf Baker na década de 1920 para fazer artigos decorativos (patente US423647A), o trabalho inicial de Hideo Kodama na prototipagem rápida de resina curada a laser foi concluído em 1981. Sua invenção foi expandida nas três décadas seguintes, com a introdução da estereolitografia em 1984 .

Chuck Hull, da 3D Systems, inventou a primeira impressora 3D em 1987, que usava o processo de estereolitografia. Isto foi seguido por desenvolvimentos como sinterização seletiva a laser e fusão seletiva a laser, entre outros.

Outros sistemas caros de impressão 3D foram desenvolvidos nas décadas de 1990 e 2000, embora o custo deles tenha caído drasticamente quando as patentes expiraram em 2009, abrindo a tecnologia para mais usuários.

Como funciona uma impressora 3D?

Uma impressora 3D funciona essencialmente extrudando plástico derretido através de um pequeno bico que se move precisamente sob o controle do computador. Ele imprime uma camada, espera secar e, em seguida, imprime a próxima camada por cima. O plástico do qual os modelos são impressos é obviamente muito importante.

A impressão 3D faz parte da família de manufatura aditiva e usa métodos semelhantes a uma impressora tradicional a jato de tinta - embora em 3D. É necessária uma combinação de software de primeira linha, materiais em pó e ferramentas de precisão para criar um objeto tridimensional a partir do zero. Abaixo estão alguns dos principais passos que as impressoras 3D seguem para dar vida às ideias.

Software de modelagem 3D

A primeira etapa de qualquer processo de impressão 3D é a modelagem 3D. Para maximizar a precisão (e porque as impressoras 3D não podem adivinhar magicamente o que você deseja imprimir), todos os objetos precisam ser projetados em um software de modelagem 3D. Alguns projetos são muito intrincados e detalhados para os métodos tradicionais de fabricação.

É aí que entra o software CAD. A modelagem permite que os impressores personalizem seus produtos nos mínimos detalhes. A capacidade do software de modelagem 3D de permitir projetos de precisão é o motivo pelo qual a impressão 3D está sendo saudada como um verdadeiro divisor de águas em muitos setores.

Este software de modelagem é especialmente importante para uma indústria, como a odontologia, onde os laboratórios estão usando software tridimensional para projetar alinhadores de dentes que se ajustam precisamente ao indivíduo. Também é vital para a indústria espacial, onde eles usam o software para projetar algumas das partes mais complexas de um foguete.

Fatiando o modelo

Uma vez que um modelo é criado, é hora de “fatiar”. Como as impressoras 3D não podem conceituar o conceito de três dimensões, como os humanos, os engenheiros precisam dividir o modelo em camadas para que a impressora crie o produto final.

O software de fatiamento faz digitalizações de cada camada de um modelo e informa à impressora como se mover para recriar essa camada. Os fatiadores também dizem que as impressoras 3D deveriam “preencher” um modelo.

Esse preenchimento fornece a um objeto impresso em 3D treliças e colunas internas que ajudam a moldar e fortalecer o objeto. Depois que o modelo é fatiado, ele é enviado para a impressora 3D para o processo de impressão real.

O processo de impressão 3D

Quando a modelagem e o fatiamento de um objeto 3D estiverem concluídos, é hora da impressora 3D finalmente assumir o controle. A impressora geralmente age da mesma forma que uma impressora tradicional a jato de tinta no processo de impressão 3D direto, onde um bico se move para frente e para trás enquanto dispensa uma cera ou polímero semelhante a plástico camada por camada, esperando que essa camada seque e, em seguida, adicionando o próximo nível. Essencialmente, adiciona centenas ou milhares de impressões 2D umas sobre as outras para criar um objeto tridimensional.

Materiais de impressão 3D

Há uma variedade de materiais diferentes que uma impressora usa para recriar um objeto da melhor maneira possível. aqui estão alguns exemplos:

• Acrilonitrila butadieno estireno (ABS): Material plástico que é fácil de moldar e difícil de quebrar. O mesmo material de que são feitos os LEGOs.
• Filamentos de fibra de carbono: A fibra de carbono é usada para criar objetos que precisam ser fortes, mas também extremamente leves.
• Filamentos condutores: Esses materiais imprimíveis ainda estão em fase experimental e podem ser usados ​​para imprimir circuitos elétricos sem a necessidade de fios. Este é um material útil para tecnologia vestível.
• Filamentos flexíveis: Os filamentos flexíveis produzem impressões que são dobráveis, mas resistentes. Esses materiais podem ser usados ​​para imprimir qualquer coisa, desde relógios de pulso até capas de telefone.
• Filamento de metal: Os filamentos de metal são feitos de metais finamente moídos e cola de polímero. Eles podem vir em aço, latão, bronze e cobre para obter a verdadeira aparência de um objeto de metal.
• Filamento de Madeira: Esses filamentos contêm pó de madeira finamente moído misturado com cola de polímero. Obviamente, eles são usados ​​para imprimir objetos com aparência de madeira e podem parecer uma madeira mais clara ou mais escura, dependendo da temperatura da impressora.

O processo de impressão 3D leva de algumas horas para impressões realmente simples, como uma caixa ou uma bola, até semanas para projetos detalhados muito maiores, como uma casa em tamanho real.

Exemplos de impressão 3D

A impressão 3D abrange muitos tipos de tecnologias e materiais, pois a impressão 3D é usada em quase todos os setores imagináveis. É importante pensar nisso como um cluster de diferentes indústrias com uma variedade de usos diferentes.

Alguns exemplos:

• Produtos de consumo (óculos, calçados, design, móveis)
• Produtos industriais (ferramentas de fabricação, protótipos, peças funcionais de uso final)
• Produtos odontológicos
• Próteses
• Maquetes e maquetes arquitetônicas em escala
• Reconstruindo fósseis
• Replicando artefatos antigos
• Reconstruindo evidências em patologia forense
• Adereços de filmes

Tipos de tecnologias de impressão 3D

Existem vários tipos de impressão 3D, que incluem:

• Estereolitografia (SLA)
• Sinterização seletiva a laser (SLS)
• Modelagem de Deposição Fundida (FDM)
• Processo de luz digital (DLP)
• Multi Jet Fusion (MJF)
• PolyJet.
• Sinterização direta a laser de metal (DMLS)
• Fusão por feixe de elétrons (EBM)

1. Processos de impressão 3D de polímero

Vamos descrever alguns processos comuns de impressão 3D para plásticos e discutir quando cada um deles é o maior benefício para desenvolvedores de produtos, engenheiros e designers.

2. Estereolitografia (SLA)

A estereolitografia (SLA) é o processo original de impressão 3D industrial. As impressoras SLA são caracterizadas por produzir peças com alto nível de detalhes, superfícies lisas e tolerâncias apertadas. As superfícies de alta qualidade das peças SLA não apenas parecem boas, mas também podem suportar a função da peça, por exemplo, testar o ajuste de uma montagem.

É amplamente utilizado na indústria médica. Aplicações comuns incluem modelos anatômicos e microfluídica. Usamos impressoras 3D Vipers, ProJets e iPros da 3D Systems para peças SLA.

3. Sinterização seletiva a laser (SLS)

A sinterização seletiva a laser (SLS) derrete pós à base de nylon em plástico sólido. Como as peças SLS são feitas de material termoplástico real, elas são duráveis, adequadas para testes funcionais e podem transportar dobradiças e encaixes vivos.

Em comparação com o SL, as peças são mais fortes, mas têm superfícies mais ásperas. O SLS não requer estruturas de suporte, portanto, toda a plataforma de construção pode ser usada para aninhar várias partes em uma única construção. Isso o torna adequado para quantidades de peças maiores do que com outros processos de impressão 3D. Muitas peças SLS são usadas para projetos de protótipos que um dia serão moldados por injeção. Para nossas impressoras SLS, usamos máquinas sPro140 desenvolvidas por sistemas 3D.

4. PolyJet

PolyJet é outro processo de impressão 3D de plástico, mas há uma reviravolta. Ele pode fazer peças com várias propriedades, como cores e materiais. Os designers podem usar a tecnologia para prototipar peças elastoméricas ou sobremoldadas. Se o seu design for feito de um único plástico rígido, recomendamos colar com SL ou SLS, isso é mais econômico.

No entanto, quando você está prototipando um projeto de borracha de silicone ou overmold, o PolyJet pode evitar a necessidade de investir em ferramentas no início do ciclo de desenvolvimento. Isso pode ajudá-lo a iterar e validar seu projeto mais rapidamente e economizar dinheiro.

5. Processamento de luz digital (DLP)

O processamento de luz digital é semelhante ao SLA, pois cura a resina líquida com luz. A principal diferença entre as duas tecnologias é que o DLP usa uma tela de projeção de luz digital enquanto o SLA usa um laser UV.

Isso significa que as impressoras 3D DLP podem mapear uma camada inteira da construção de uma só vez, resultando em velocidades de construção mais rápidas. Embora a impressão DLP seja frequentemente usada para prototipagem rápida, sua maior produtividade a torna adequada para a produção de peças plásticas em pequenas quantidades.

6. Multi Jet Fusion (MJF)

Semelhante ao SLS, o Multi Jet Fusion também constrói peças funcionais a partir de pó de nylon. Em vez de sinterizar o pó com um laser, a MJF usa uma matriz de jato de tinta para aplicar fluxo ao leito de pó de nylon. Em seguida, um elemento de aquecimento passa sobre a cama para fundir cada camada.

Isso leva a propriedades mecânicas mais uniformes em comparação com o SLS e a uma melhor qualidade da superfície. Outro benefício do processo MJF é o tempo de construção acelerado, o que leva a menores custos de produção.

7. Modelagem de Deposição Fundida (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM) é uma popular tecnologia de impressão 3D de desktop para peças plásticas. Uma impressora FDM faz a extrusão de um filamento de plástico camada por camada na plataforma de construção. Esta é uma maneira barata e rápida de criar modelos físicos.

Existem alguns casos em que o FDM pode ser usado para testes funcionais, mas a tecnologia é limitada devido a peças com superfícies relativamente ásperas e falta de resistência.

8. Sinterização direta a laser de metal (DMLS)

A impressão 3D em metal abre novas possibilidades para a construção de peças metálicas. O processo que usamos na Protolabs para imprimir peças metálicas em 3D é a sinterização direta a laser de metal (DMLS). É amplamente utilizado para reduzir montagens metálicas de várias peças a um único componente ou peças muito leves com canais internos ou recursos ocos.

O DMLS é adequado tanto para prototipagem quanto para produção porque as peças são tão densas quanto aquelas feitas usando métodos tradicionais de fabricação de metal, como usinagem ou fundição. Ao criar componentes metálicos com geometrias complexas, também é adequado para aplicações médicas onde o design de uma peça deve imitar uma estrutura orgânica.

9. Fusão por feixe de elétrons (EBM)

A fusão por feixe de elétrons é outra tecnologia de impressão 3D de metal que usa um feixe de elétrons controlado por bobinas eletromagnéticas para derreter o pó metálico. A mesa de impressão é aquecida sob condições de vácuo durante o acúmulo. A temperatura à qual o material é aquecido é determinada pelo material utilizado.

Como você usa uma impressora 3D? (Passo a passo)

Muitas tecnologias diferentes compartilham as mesmas etapas básicas que abordaremos a seguir, mas cada impressora 3D também pode ser mais fácil ou mais difícil de usar, dependendo de seus recursos.

Etapa 1 – Prepare seu design para impressão 3D

A essa altura, é importante que você tenha uma peça pronta para imprimir e tenha escolhido seu material. Esta parte pode ser uma que você mesmo projetou usando CAD (computer-aided design), uma tirada de uma digitalização 3D ou uma que você tirou de um inventário de projetos existentes.

Antes de começar a imprimir, você precisa traduzir seu design em ‘coordenadas’ que a impressora 3D possa entender, além de informar parâmetros importantes, como o material com o qual você está imprimindo.

Isso é conhecido como 'fatiar', porque envolve fatiar o design 3D em camadas que você adivinhou. Isso geralmente é feito em um programa conhecido como software de preparação de impressão ou fatiamento.

Etapa 2 – Configure sua impressora

Você também pode fazer este passo primeiro, se quiser. Ou você pode não precisar, por exemplo, se imprimir regularmente o mesmo tipo de peças.

Mas antes de começar a imprimir, certifique-se de que tem o material correto carregado. Escolha também diferentes tamanhos de bicos, com um bico menor para impressões mais detalhadas e um bico maior com tempo de impressão mais rápido.

Passo 3 – Envie seu arquivo para a impressora

Quando estiver pronto para ir, você precisa levar o arquivo para sua impressora 3D. Existem duas maneiras principais de fazer isso. Uma é carregar o arquivo em um dispositivo de armazenamento de dados (como uma unidade USB), colocá-lo na impressora e iniciar o trabalho de impressão pela interface da impressora.

A outra opção é enviar o trabalho remotamente para uma impressora habilitada para rede por meio de sua rede local ou da nuvem. A impressão remota é particularmente útil se você não estiver no mesmo local que sua impressora 3D.

Etapa 4 – impressão 3D

Agora você pode sentar e relaxar! Ou, se estiver no trabalho, faça outra coisa enquanto a impressora faz seu trabalho.

Os tempos de impressão variam dependendo do tamanho e nível de detalhes do seu objeto impresso e do tipo de impressora 3D. Um pequeno componente ou protótipo áspero pode levar apenas algumas horas. A maioria das peças estará pronta no dia seguinte se você deixar a impressora funcionando durante a noite. E se você precisar de uma impressão muito grande e detalhada, pode ter que esperar alguns dias.

Para que serve a impressão 3D?

A impressão 3D pode ser usada tanto recreativamente quanto profissionalmente, em vários setores. Tem aplicações em diversos campos e setores, desde a indústria da saúde até a engenharia e até mesmo a moda.

Cada vez mais, a impressão 3D é vista como uma solução sustentável e econômica para a criação de protótipos e ferramentas para diferentes projetos e processos de fabricação. Tradicionalmente, adquirir protótipos pode ser demorado e caro, exigindo que as empresas dependam de fabricantes externos. A impressão 3D permite que as empresas criem rapidamente unidades de um objeto, ferramenta ou protótipo, tudo internamente.

Um grande exemplo disso é a empresa de calçados Camper. A impressão 3D interna permitiu que eles transformassem seu processo de modelagem e design de quase um mês e meio em uma operação que leva apenas alguns dias.

Perguntas frequentes.

O que é impressão 3D?

A impressão 3D ou manufatura aditiva é o processo de fazer objetos sólidos tridimensionais a partir de um arquivo digital. A criação de um objeto impresso em 3D é conseguida usando processos aditivos. Em um processo aditivo, um objeto é criado colocando camadas sucessivas de material até que o objeto seja criado. Cada uma dessas camadas pode ser vista como uma seção transversal do objeto em fatias finas.

A impressão 3D é o oposto da fabricação subtrativa, que é cortar / esvaziar um pedaço de metal ou plástico com, por exemplo, uma fresadora. A impressão 3D permite que você produza formas complexas usando menos material do que os métodos tradicionais de fabricação.

Como funciona a impressão 3D?

Uma impressora 3D funciona essencialmente extrudando plástico derretido através de um pequeno bico que se move precisamente sob o controle do computador. Ele imprime uma camada, espera secar e, em seguida, imprime a próxima camada por cima. O plástico do qual os modelos são impressos é obviamente muito importante.

Quais são os tipos de impressão 3D?

Existem vários tipos de impressão 3D:

1. Estereolitografia (SLA)
2. Sinterização seletiva a laser (SLS)
3. Modelagem de Deposição Fundida (FDM)
4. Processo de luz digital (DLP)
5. Multi Jet Fusion (MJF)
6. PolyJet.
7. Sinterização direta a laser de metal (DMLS)
8. Fusão por feixe de elétrons (EBM)

O que exatamente é a impressão 3D?

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, é um método de criação de um objeto tridimensional camada por camada usando um design criado por computador. A impressão 3D é um processo aditivo pelo qual camadas de material são construídas para criar uma peça 3D.

A impressão 3D é cara?

A impressão 3D pode custar de US $ 3 a milhares de dólares. É difícil obter o custo exato de uma impressão 3D sem um modelo 3D. Fatores como material, complexidade do modelo e mão de obra afetam o preço da impressão 3D. Os serviços de impressão 3D às vezes podem custar mais do que uma impressora 3D básica.

Você consegue imprimir qualquer coisa em 3D?

Não, as impressoras 3D não podem imprimir nada em termos de materiais e formas. As impressoras 3D exigem propriedades específicas em materiais para impressão 3D, como termoplásticos como o PLA, que amolecem quando aquecidos em vez de queimar. Eles podem imprimir praticamente qualquer forma, estrutura e objeto com a orientação correta e a ajuda de suporte.

A impressão 3D é o futuro?

Embora a impressão 3D ainda não esteja dominando toda a indústria de manufatura, os analistas preveem que haverá um grande crescimento e o mercado valerá 32,78 bilhões de dólares até 2023. Os analistas previram que a indústria de impressão 3D valerá 32,7 bilhões de dólares até 2023.

O que as impressoras 3D podem fazer?

Os designers usam impressoras 3D para criar rapidamente modelos e protótipos de produtos, mas também estão sendo cada vez mais usados ​​para fazer produtos finais. Entre os itens feitos com impressoras 3D estão projetos de calçados, móveis, fundições de cera para confecção de bijuterias, ferramentas, tripés, presentes e novidades e brinquedos.

O que você pode fazer com uma impressora 3D em casa?

Idéias e projetos úteis de impressão 3D para sua casa

• Suporte robusto para smartphone ou tablet. Este suporte simples se adapta a diversos tamanhos de smartphones e tablets.
• Amp do telefone ou alto-falante para aumentar o volume.
• Mini Notebook Raspberry Pi.
• Tela sensível ao toque Raspberry Pi.
• Protetores de cabo Lightning.
• Capa para fones de ouvido.
• Suporte de cabo USB.
• Suporte de cabo de mesa.

Quanto custa uma impressora 3D por hora?

O consumo médio de energia de uma impressora 3D é de cerca de 125Watts, resultando em um custo por hora de 1,58 centavos (com um preço de kWh de 12,69 centavos).

Posso ganhar dinheiro com minha impressora 3D?

Sim, você pode ganhar dinheiro com uma impressora 3D. E há muitas maneiras de fazer isso, seja vendendo itens impressos em 3D, produtos digitais ou até mesmo oferecendo um serviço de impressão 3D em sua região.

As impressoras 3D podem fazer comida?

E sim, algumas impressoras 3D permitem a criação de doces, bolos, chocolates, pizzas e pratos de todos os tipos. Uma impressora 3D de alimentos oferece mais liberdade e criatividade na cozinha e, em alguns casos, pode até reduzir o desperdício de alimentos.

Qual ​​é a indústria que mais usa a impressão 3D?

Aeroespacial. Boeing, Airbus e até a NASA estão aproveitando a impressão 3D. A capacidade de produzir rapidamente peças leves a baixo custo é valiosa para os profissionais aeroespaciais.

O que a impressora 3D não pode fazer?

As formas não podem ser impressas em 3D:

• Formas que têm pouco contato com a cama, como esferas.
• Modelos com bordas muito finas, semelhantes a penas.
• Impressões 3D com grandes saliências ou impressão no ar.
• Objetos muito grandes.
• Formas com paredes finas.

Por que a impressão 3D não é popular?

Por um lado, as impressoras 3D não estão nem perto de reproduzir dispositivos complexos. A maioria das impressoras 3D só pode depositar um ou dois materiais por vez, por isso não é fácil fabricar um produto como um smartphone que contém metal, vidro, plástico e outros materiais dentro dele.

Quais são os prós e contras da impressão 3D?

Conversamos com três profissionais da área de impressão 3D, incluindo Mages, sobre os prós e contras da tecnologia.

• Pro: Facilita a tarefa.
• Contra: Ineficiente para grandes lotes.
• Pro: Permite novas formas.
• Contra: Os materiais de impressão apresentam desafios.
• Prós e contras: Trabalhos de impacto.
• Pro: Ecológico.
• Contra: Desafios regulatórios.

A impressão 3D substituirá a usinagem CNC?

À medida que a fabricação de impressão 3D continua a crescer em popularidade, muitas pessoas perguntam:“A fabricação de impressão 3D substituirá a usinagem CNC?” A boa notícia é que não precisa. Tanto a impressão 3D quanto a usinagem CNC têm seu lugar na fabricação.

Você precisa de um computador para uma impressora 3D?

Não é necessário ter um computador para usar uma impressora 3D. Isso se deve ao fato de que quase todas as impressoras 3D possuem um leitor de cartão SD que é usado para ler arquivos e começar a imprimi-los. Se você já possui um cartão SD com seus arquivos armazenados nele, não é mais necessário um computador para usar a impressora.

Quais são os perigos da impressão 3D?

VOCs de impressoras 3D incluem produtos químicos nocivos, como estireno (um conhecido agente cancerígeno) e caprolactama (uma molécula de risco agudo). As impressoras 3D também emitem partículas ultrafinas que são impossíveis de ver a olho nu.

O que as impressoras 3D usam para tinta?

As impressoras 3D tradicionais usam metais e plásticos em pó como tinta. Eles são ótimos para fabricar aço superforte ou até mesmo ossos artificiais, mas não tão bons para fabricar materiais biocompatíveis que precisam de mais flexibilidade, como enxertos de pele.

Quanto custa construir uma impressora 3D?

Aqui está um resumo rápido. Os kits de impressora 3D da impressora DIY custam cerca de US$ 200; as impressoras amadores variam de US$ 500 a US$ 1.500. As impressoras 3D FDM profissionais começam em torno de US$ 2.500, e as impressoras FDM profissionais de grande formato começam em cerca de US$ 4.000.

Qual ​​a resistência do plástico impresso em 3D?

Ele fornece facilidade de uso a um baixo custo e, mais importante, é razoavelmente forte. Além disso, você pode imprimir com PLA a baixa temperatura, sem uma cama aquecida, mas tem uma resistência à tração de 7.250 psi.

Você pode imprimir metal em 3D?

A impressão 3D de metal está mudando a maneira como criamos peças. Em execuções de produção de baixo a médio volume, as próprias peças podem ser feitas de forma mais rápida, barata e com menos esforço do que os processos de fabricação tradicionais.

Quanta eletricidade uma impressora 3D usa?

A impressora 3D média com uma extremidade quente a 205°C e uma cama aquecida a 60°C consome uma potência média de 70 watts. Para uma impressão de 10 horas, isso usaria 0,7 kWh, que é cerca de 9 centavos. A energia elétrica que sua impressora 3D usa depende principalmente do tamanho de sua impressora e da temperatura do leito aquecido e do bocal.

Qual ​​é a dificuldade de usar uma impressora 3D?

A impressão 3D é difícil de aprender? A impressão 3D ainda está em sua infância e, como resultado, não é muito fácil de usar. As impressoras são frágeis e exigentes e, como resultado, podem parecer esmagadoras para iniciantes. Aqueles que desejam criar seus próprios projetos também devem gastar tempo aprendendo software específico e muitas vezes complexo.