Explorando Tecnologias de Impressão 3D: SLA, SLS, FDM, DLP, MJF, PolyJet, DMLS e Mais

O termo impressão 3D abrange várias tecnologias de fabricação que constroem peças camada por camada. Cada uma varia na forma como formam peças de plástico e metal e podem diferir em seleção de material, acabamento de superfície, durabilidade, velocidade e custo de fabricação.

Existem vários tipos de impressão 3D, que incluem:

• Estereolitografia (SLA)
• Sinterização Seletiva a Laser (SLS)
• Modelagem por Deposição Fundida (FDM)
• Processamento Digital de Luz (DLP)
• Multi Jet Fusion (MJF)
• PolyJet
• Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS)
• Fusão por Feixe de Elétrons (EBM)

Selecionar o processo de impressão 3D certo para sua aplicação requer compreender os pontos fortes e fracos de cada processo e mapear esses atributos às suas necessidades de desenvolvimento de produto. Vamos primeiro discutir como a impressão 3D se encaixa no ciclo de desenvolvimento de produto e depois examinar os tipos comuns de tecnologias de impressão 3D e as vantagens de cada uma.

Impressão 3D para Prototipagem Rápida e Além

É seguro dizer que a impressão 3D é mais frequentemente usada para prototipagem. Sua capacidade de fabricar rapidamente uma única peça permite que desenvolvedores de produto validem e compartilhem ideias de maneira econômica. Determinar o propósito do seu protótipo informará qual tecnologia de impressão 3D será mais benéfica. A fabricação aditiva pode ser adequada para uma gama de protótipos que vão de modelos físicos simples a peças usadas para testes funcionais.

Apesar da impressão 3D ser quase sinônimo de prototipagem rápida, existem cenários em que é um processo de produção viável. Tipicamente, essas aplicações envolvem baixos volumes e geometrias complexas. Frequentemente, componentes para aplicações aeroespaciais e médicas são candidatos ideais para produção com impressão 3D, pois frequentemente correspondem aos critérios descritos anteriormente.

Cinco Considerações para Impressão 3D

Como na maioria das coisas na vida, raramente há uma resposta simples ao selecionar um processo de impressão 3D. Quando ajudamos clientes a avaliar suas opções de impressão 3D, normalmente apontamos para cinco critérios-chave para determinar qual tecnologia atenderá às suas necessidades:

1. Orçamento
2. Requisitos mecânicos
3. Aparência cosmética
4. Seleção de material
5. Geometria

Processos de Impressão 3D de Polímeros

Vamos delinear alguns processos comuns de impressão 3D de plástico e discutir quando cada um fornece mais valor a desenvolvedores de produto, engenheiros e designers.

Estereolitografia (SLA)

A Estereolitografia (SLA) é o processo original de impressão 3D industrial. Impressoras SLA se destacam na produção de peças com altos níveis de detalhe, acabamentos de superfície lisos e tolerâncias apertadas. Os acabamentos de superfície de qualidade em peças SLA não apenas parecem bons, mas podem auxiliar na função da peça — testar o encaixe de uma montagem, por exemplo. É amplamente usada na indústria médica e aplicações comuns incluem modelos anatômicos e microfluídica. Usamos impressoras 3D Vipers, ProJets e iPros fabricadas pela 3D Systems para peças SLA.

Sinterização Seletiva a Laser (SLS)

A sinterização seletiva a laser (SLS) funde pós baseados em nylon em plástico sólido. Como peças SLS são feitas de material termoplástico real, elas são duráveis, adequadas para testes funcionais e podem suportar dobradiças vivas e encaixes. Em comparação com SLA, peças são mais fortes, mas têm acabamentos de superfície mais rugosos. SLS não requer estruturas de suporte, então toda a plataforma de construção pode ser utilizada para encaixar múltiplas peças em uma única construção — tornando-a adequada para quantidades de peças maiores que outros processos de impressão 3D. Muitas peças SLS são usadas para prototipar designs que um dia serão injetados. Para nossas impressoras SLS, usamos máquinas sPro140 desenvolvidas pela 3D Systems.

PolyJet

PolyJet é outro processo de impressão 3D de plástico, mas com uma reviravolta. Ele pode fabricar peças com múltiplas propriedades, como cores e materiais. Designers podem aproveitar a tecnologia para prototipar peças elastoméricas ou sobremoldadas. Se seu design é um único plástico rígido, recomendamos ficar com SLA ou SLS — é mais econômico. Mas se você está prototipando um design de sobremoldagem ou borracha de silicone, PolyJet pode poupá-lo da necessidade de investir em ferramentas no início do ciclo de desenvolvimento. Isso pode ajudá-lo a iterar e validar seu design mais rápido e economizar dinheiro.

Processamento Digital de Luz (DLP)

O processamento digital de luz é semelhante ao SLA no sentido de que cura resina líquida usando luz. A principal diferença entre as duas tecnologias é que DLP usa uma tela de projetor de luz digital, enquanto SLA usa um laser UV. Isso significa que impressoras 3D DLP podem imaginar uma camada inteira da construção de uma só vez, resultando em velocidades de construção mais rápidas. Embora frequentemente usado para prototipagem rápida, a maior taxa de transferência da impressão DLP a torna adequada para produções de baixo volume de peças plásticas.

Multi Jet Fusion (MJF)

Semelhante ao SLS, o Multi Jet Fusion também constrói peças funcionais a partir de pó de nylon. Em vez de usar um laser para sinterizar o pó, o MJF usa um array de jato de tinta para aplicar agentes de fusão na cama de pó de nylon. Então, um elemento de aquecimento passa sobre a cama para fundir cada camada. Isso resulta em propriedades mecânicas mais consistentes em comparação ao SLS, bem como acabamento de superfície melhorado. Outro benefício do processo MJF é o tempo de construção acelerado, o que leva a custos de produção mais baixos.

Modelagem por Deposição Fundida (FDM)

A modelagem por deposição fundida (FDM) é uma tecnologia comum de impressão 3D desktop para peças plásticas. Uma impressora FDM funciona extrudando um filamento plástico camada por camada na plataforma de construção. É um método econômico e rápido para produzir modelos físicos. Existem algumas instâncias em que FDM pode ser usado para testes funcionais, mas a tecnologia é limitada devido a peças terem acabamentos de superfície relativamente rugosos e falta de resistência.

Processos de Impressão 3D de Metal

Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS)

A impressão 3D de metal abre novas possibilidades para design 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 frequentemente usado para reduzir montagens metálicas de múltiplas peças em um único componente ou aliviar peças com canais internos ou recursos ocos. DMLS é viável tanto para prototipagem quanto para produção, pois peças são tão densas quanto aquelas produzidas com métodos tradicionais de fabricação de metal como usinagem ou fundição. Criar componentes metálicos com geometrias complexas também o torna adequado para aplicações médicas onde um design de peça deve imitar uma estrutura orgânica.

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 fundir o pó de metal. A cama de impressão é aquecida e em condições de vácuo durante a construção. A temperatura à qual o material é aquecido é determinada pelo material em uso.

Quando Usar Impressão 3D

Como mencionado anteriormente, existem alguns denominadores comuns entre aplicações de impressão 3D. Se suas quantidades de peças são relativamente baixas, a impressão 3D pode ser ideal — a orientação que damos aos nossos clientes de serviço de impressão 3D é geralmente de 1 a 50 peças. À medida que os volumes começam a se aproximar das centenas, vale a pena explorar outros processos de fabricação. Se seu design apresenta geometria complexa que é crítica para a função da sua peça, como um componente de alumínio com um canal de resfriamento interno, a impressão 3D pode ser sua única opção.

Selecionar o processo certo se resume a alinhar as vantagens e limitações de cada tecnologia aos requisitos mais importantes da sua aplicação. Nos estágios iniciais, quando ideias estão sendo lançadas e tudo que você precisa é um modelo para compartilhar com um colega, aqueles acabamentos de superfície em degraus na sua peça não são de muita preocupação. Mas uma vez que você atinge o ponto onde precisa realizar testes de usuário, fatores como cosméticos e durabilidade começam a importar. Embora não exista uma solução única para todos, utilizar adequadamente a tecnologia de impressão 3D ao longo do desenvolvimento de produto reduzirá o risco de design e, por fim, resultará em melhores produtos.