Impressão 3D (Parte 1)

Parte um:Matérias-primas

Embora a manufatura aditiva – mais conhecida como impressão 3D – exista há quase 40 anos, para muitos ainda parece 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 produções do que nunca. Esses avanços colocaram a manufatura aditiva firmemente aos olhos do público à medida que os fabricantes exploram as últimas inovações e como elas podem acelerar os processos de produção.

Estima-se que o mercado de materiais de impressão 3D cresça de US$ 530,1 milhões em 2016 para mais de US$ 1,4 bilhão até 2021, de acordo com pesquisa da MarketsandMarkets. Esse crescimento pode ser atribuído em grande parte a uma expansão nas opções de materiais que são usados ​​para imprimir objetos. Enquanto as impressoras 3D originalmente usavam uma seleção limitada de plásticos, as máquinas mais novas podem imprimir com uma variedade muito maior de materiais.

Desafios enfrentados pelo mercado de materiais de impressão 3D

O material utilizado na impressão 3D determina a eficiência do processo de impressão e a qualidade do produto final. Apesar do rápido crescimento da manufatura aditiva, no entanto, a tecnologia deve superar inúmeros desafios antes que possa 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 fornecidas por outras tecnologias de fabricação. A manufatura aditiva ainda é relativamente lenta e é usada principalmente para protótipos ou produções muito pequenas, o que significa que não há grandes descontos em materiais a granel.

• Intervalo de materiais limitado

Embora os tipos de materiais disponíveis para projetos de impressão 3D tenham se expandido drasticamente 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 projeto.

• Disponibilidade de matéria-prima

As matérias-primas de manufatura aditiva ainda podem ser difíceis de obter, especialmente quando o projeto exige substâncias mais raras, como metais ou cerâmicas.

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

Stakeholders do mercado de materiais de impressão 3D

O crescimento bem-sucedido da manufatura aditiva dependerá em grande parte da colaboração entre os vários colaboradores da cadeia de suprimentos de matérias-primas. As principais partes interessadas incluem:

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

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

Tipos de materiais de impressão 3D

Os materiais de 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
  • Plástico em pó – PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • Filamentos plásticos – ABS, PLA, PC e misturas, Nylon, tereftalato de polietileno, poliuretano termoplástico

• Cerâmica
  • Pó cerâmico

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

• Outro
  • Areia com aglutinante
  • Resinas fotossensíveis

Fotopolímeros

As resinas fotopoliméricas são responsáveis ​​pela liderança do mercado global de materiais de manufatura aditiva e devem expandir sua participação de mercado em um futuro próximo. Os fotopolímeros são resinas líquidas utilizadas em impressoras 3D Polyjet e Estereolitografia e endurecidas e curadas através de um processo de polimerização com o auxílio de raios UV para formar peças plásticas e protótipos. Os fotopolímeros geralmente contêm vários componentes principais, incluindo ligantes, monômeros e fotoiniciadores. Os fotoiniciadores são os principais componentes de um fotopolímero e transformam a energia luminosa em energia química. Os fotopolímeros são impressos para criar peças de aplicações médicas, militares e eletrônicas.

Pós Plásticos

Os pós plásticos são outro tipo de material de impressão 3D que conquista uma participação de mercado significativa. 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 as emissões.

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

A poliamida provavelmente permanecerá como o material mais usado para aplicações de prototipagem devido a seus preços razoáveis, fácil de processar 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 a fabricação de peças que exigem alta elasticidade, resistência térmica e à abrasão e alta resistência ao cisalhamento. PEEK é um termoplástico semicristalino com excelentes propriedades de resistência mecânica e química que são retidos a altas temperaturas.; no entanto, devido ao seu alto preço, o PEEK é limitado em uso apenas para as aplicações mais exigentes.

Filamentos Plásticos

Os filamentos de plástico são a matéria-prima termoplástica para impressoras 3D de modelagem de deposição fundida. Os filamentos de plástico oferecem resistência excepcional às peças e são fáceis de moldar. Entre uma grande variedade de opções de materiais, ABS e PLA são de longe os materiais de filamento mais comuns. A resistência à água e a 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 de material popular para imprimir peças de consumo. Entre um dos materiais mais caros, a cera ou Moldlay é um material para imprimir padrões de microfusão. Pode ser derretido durante o processo de cozimento da casca.

Metais

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

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

• Ligas de alumínio
• Ligas de cromo-cobalto
• Ligas à base de níquel
• Ligas de titânio

A evolução da manufatura aditiva

As 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 se tornar uma parte interessada na tecnologia. Na Impro, oferecemos uma gama de serviços de fabricação, incluindo fundição em areia, fundição de precisão e usinagem de precisão, e estamos focados em nos estabelecer como um player entusiasmado em manufatura aditiva.

Para saber mais sobre o futuro da impressão 3D, fique atento à Parte 2 de nossa série de três partes sobre o tema, que se concentrará na tecnologia em si. Você também pode baixar nosso e-book gratuito— “Impressão 3D vs. Fabricação Convencional”— hoje mesmo!