Impressão 3D Explicada: Parte 1 – Da Matéria-Prima às Inovações Modernas

Parte Um: Matérias-Primas

Embora a manufatura aditiva — mais conhecida como impressão 3D — exista há quase 40 anos, ainda parece para muitos que a tecnologia está em sua infância. A tecnologia de impressão 3D evoluiu mais nos últimos 10 anos do que nas três décadas anteriores, tornando-a mais viável para prototipagem e pequenas séries de produção do que nunca. Esses avanços colocaram a manufatura aditiva firmemente nos olhos do público, enquanto fabricantes exploram as últimas inovações e como elas podem acelerar processos de produção.

O mercado de materiais para impressão 3D é estimado para crescer de US$ 530,1 milhões em 2016 para mais de US$ 1,4 bilhão até 2021, segundo pesquisa da MarketsandMarkets. Esse crescimento pode ser atribuído em grande parte a uma expansão nas opções de materiais usados para imprimir objetos. Enquanto impressoras 3D originalmente usavam uma seleção limitada de plásticos, máquinas mais recentes podem imprimir com uma gama muito mais ampla de materiais.

 

Desafios Enfrentados pelo Mercado de Materiais para Impressão 3D

O material usado na impressão 3D determina a eficiência do processo de impressão e a qualidade do produto final. Apesar do rápido crescimento da manufatura aditiva, a tecnologia deve superar diversos desafios antes de se tornar uma alternativa viável aos métodos tradicionais de fabricação e usinagem. Muitos desses desafios estão diretamente relacionados às matérias-primas, incluindo:

• Custo da matéria-prima

A impressão 3D não se beneficia das economias de escala proporcionadas por outras tecnologias de fabricação. A manufatura aditiva ainda é relativamente lenta e é usada principalmente para protótipos ou séries de produção muito pequenas, o que significa que não há descontos em grandes volumes de material.

• Gama limitada de materiais

Embora os tipos de materiais disponíveis para projetos de impressão 3D tenham se expandido dramaticamente na última década, a seleção ainda é bastante limitada. Atualmente, a escolha do material está sujeita às restrições da tecnologia de impressão 3D e quaisquer limitações impostas pelo design.

• Disponibilidade da matéria-prima

Matérias-primas para manufatura aditiva ainda podem ser difíceis de obter, especialmente quando o design exige substâncias mais raras, como metais ou cerâmicas.

Esses problemas devem ser resolvidos em um futuro próximo à medida que o crescimento do mercado mencionado ocorre. À medida que a impressão 3D se torna um método mais comum para fabricantes, os preços dos materiais cairão exponencialmente, as opções se expandirão e todos os tipos de materiais se tornarão mais facilmente disponíveis.

 

Partes Interessadas do Mercado de Materiais para Impressão 3D

O crescimento bem-sucedido na manufatura aditiva dependerá largamente da colaboração entre os diversos contribuintes da cadeia de suprimentos de matérias-primas. As partes interessadas primárias incluem:

• Fornecedores de materiais
• Fabricantes de impressoras
• Escritórios de serviços de impressão
• Usuários finais

À medida que cada um desses participantes traz novas inovações ao mercado, a tecnologia continuará a avançar. A colaboração entre cada elo da cadeia de suprimentos permitirá que as partes interessadas direcionem a direção da tecnologia e seu crescimento.

 

Tipos de Materiais para Impressão 3D

Materiais para impressão 3D geralmente vêm em filamentos, pós ou líquidos. Os tipos usados incluem quatro categorias principais:

• Plásticos
  • Fotopolímeros – epóxis e híbridos, acrilatos, poliamida, borracha nitrílica
  • Pó plástico – PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • Filamentos plásticos – ABS, PLA, PC e blends, Nylon, tereftalato de polietileno, poliuretano termoplástico

• Cerâmicas
  • Pó cerâmico

• Metais
  • Alumínio e ligas
  • Aço inoxidável
  • Inconel, cobalto-cromo, ligas de níquel
  • Titânio e ligas
  • Outros

• Outros
  • Areia com aglutinante
  • Resinas fotossensíveis

 

Fotopolímeros

Resinas fotopoliméricas respondem pela maior fatia do mercado global de materiais de manufatura aditiva e espera-se que expandam sua participação no futuro previsível. Fotopolímeros são resinas líquidas usadas em impressoras 3D Polyjet e Estereolitografia e endurecidas e curadas através de um processo de polimerização com a ajuda de raios UV para formar peças e protótipos plásticos. Fotopolímeros geralmente contêm vários componentes principais, incluindo aglutinantes, monômeros e fotoiniciadores. Fotoiniciadores são os principais componentes de um fotopolímero e transformam energia luminosa em energia química. Fotopolímeros são impressos para criar peças de aplicações médicas, militares e eletrônicas.

 

Pós Plásticos

Pós plásticos são outro tipo de material de impressão 3D capturando participação significativa de mercado. Pós plásticos como poliamida, poliéter éter cetona (PEEK) e poliuretano termoplástico (TPU) são selecionados para fins de redução de peso em veículos para aumentar a eficiência de combustível e reduzir emissões.

Os processos primários para imprimir peças com pós plásticos envolvem modelagem por deposição e sinterização a laser, em geral têm tempo de resposta rápido e são relativamente econômicos. Isso impulsiona a demanda por pós plásticos, particularmente para aplicações de protótipo.

A poliamida provavelmente permanecerá como o material mais usado para aplicações de prototipagem devido aos seus preços razoáveis, fácil processamento e acabamento superior. A poliamida é um dos materiais de impressão 3D mais populares usados por empresas profissionais de impressão 3D.

O TPU é adequado para fabricação de peças que exigem alta elasticidade, resistência térmica e à abrasão, e alta resistência ao cisalhamento. O PEEK é um termoplástico semicristalino com excelentes propriedades de resistência mecânica e química que são mantidas em altas temperaturas; no entanto, devido ao seu alto preço, o PEEK é limitado para uso nas aplicações mais exigentes apenas.

 

Filamentos Plásticos

Filamentos plásticos são a matéria-prima termoplástica para impressoras 3D de modelagem por deposição fundida. Filamentos plásticos oferecem resistência excepcional às peças e são fáceis de moldar. Entre uma grande gama de opções de materiais, ABS e PLA são de longe os materiais de filamento mais comuns. Resistência à água e tenacidade são as características favoráveis do ABS que o tornam um material ideal para imprimir peças funcionais. O PLA é fácil de imprimir e biodegradável, uma opção popular de material para imprimir peças de consumo. Entre um dos materiais mais caros, cera ou Moldlay é um material para imprimir padrões de microfusão. Ele pode ser derretido durante o processo de queima da carcaça.

 

Metais

Metais são tipicamente usados para imprimir ferramentas e peças de protótipo. O aço é amplamente adotado em aplicações automotivas, industriais, processamento de alimentos e médicas devido à boa resistência e durabilidade. O aço também é o mais econômico entre as alternativas. Aços inoxidáveis como 316L e 17-4PH e liga de aço maraging são materiais comuns dentro desta categoria.

Outros metais para processos 3D incluem alumínio, materiais de alto valor, não-ferrosos, como titânio, Inconel e outras ligas de alta resistência. Os materiais mais comuns neste segmento incluem:

• Ligas de alumínio
• Ligas de cobalto-cromo
• Ligas baseadas em níquel
• Ligas de titânio

 

A Evolução da Manufatura Aditiva

Previsões de mercado podem nos dar uma ideia do que o futuro reserva para a impressão 3D, mas a melhor maneira de ficar por dentro das tendências de manufatura aditiva é tornar-se uma parte interessada na tecnologia. Na Impro, oferecemos uma gama de serviços de fabricação, incluindo fundição em areia, microfusão e usinagem de precisão, e estamos focados em nos estabelecer como um jogador entusiasta na manufatura aditiva.

Para descobrir mais sobre o futuro da Impressão 3D, fique atento à Parte 2 da nossa série de três partes sobre o tema, que focará na tecnologia em si. Você também pode baixar nosso eBook gratuito — "Impressão 3D vs. Fabricação Convencional" — hoje!