Como funciona a impressão 3D?

Um método de manufatura aditiva é a impressão 3D. Ela é "aditiva" no sentido de que simplesmente empilha e funde camadas de material para criar objetos reais, em vez de precisar de um bloco de material ou um molde. Ela pode construir geometrias mais complexas do que as tecnologias "convencionais", é frequentemente rápida, tem custos fixos de configuração baixos e funciona com uma gama cada vez maior de materiais. O setor de engenharia faz uso substancial dela, especialmente na prototipagem e no desenvolvimento de geometrias leves.

Manufatura aditiva e impressão 3D

O termo "impressão 3D" é frequentemente associado à cultura maker, amadores e entusiastas, impressoras de mesa, técnicas de impressão acessíveis como FDM e materiais baratos como ABS e PLA. Isso se deve, em parte, às impressoras de mesa acessíveis que surgiram do movimento RepRap, como a MakerBot original e a Ultimaker, que contribuíram para a democratização da impressão 3D e para o boom da impressão 3D em 2009.

Tecnologia de impressão 3D: o futuro da manufatura inovadora

3D impressão história

Os produtos conceituais de impressão 3D começaram na década de 1970. Em 1981, o cientista japonês Dr. Kodama, que foi o primeiro a descrever o método de fabricação por impressão camada por camada, experimentou a impressão 3D e criou pessoalmente a tecnologia de impressão 3D SLA (estereolitografia) — resina fotossensível polimerizada por luz ultravioleta.

Alguns anos depois, o cientista americano Charles Hull também conduziu pesquisas aprofundadas sobre a tecnologia de SLA e registrou a primeira patente de SLA em 1986. Fundou a 3D Systems e lançou seu primeiro produto comercial, o SLA-1, em 1988. (imagem abaixo)

Pode-se dizer que o SLA é a primeira tecnologia de impressão 3D desenvolvida, então quando surgiu o SLS (Sinterização Seletiva a Laser) e o FDM (Modelagem por Deposição Fundida) mais tarde?

Em 1988, o americano Carl Deckard patenteou a tecnologia SLS na Universidade do Texas, outra técnica de impressão 3D na qual um laser funde partículas de pó localmente para imprimir. No mesmo ano, Scott Crump, um dos fundadores da Stratasys, solicitou uma patente para modelagem por deposição fundida (FDM). De 1980 a 1990, as três principais tecnologias de impressão 3D foram patenteadas, marcando o início de um período de rápido desenvolvimento neste setor.

Na Europa, a EOS GmbH criou um sistema de design para impressão 3D: o sistema "Stereo". Hoje, seus modelos impressos em 3D no setor industrial são utilizados mundialmente pela tecnologia de impressão 3D SLS (Sinterização Seletiva a Laser) para plásticos e metais, reconhecida em.

Em 1992, a patente da tecnologia de impressão 3D FDM (Fused Deposition Modeling) foi autorizada pela Stratasys, que desenvolveu impressoras 3D para atender às diferentes necessidades de muitos profissionais e indivíduos.

De 1993 a 1999, diversas tecnologias surgiram na indústria de impressão 3D. Ao mesmo tempo, novos softwares CAD e de modelagem 3D foram desenvolvidos, como, por exemplo, o Sanders Prototype (agora chamado Solidscape), que foi um dos primeiros a ser criado.

Aplicações multicampo de impressão 3D

Em 2008, foi lançada a primeira prótese impressa em 3D, o que aumentou ainda mais a participação da impressão 3D na mídia. As pessoas descobriram que a impressão 3D pode não apenas imprimir peças tradicionais, mas também ser aplicada à reparação do corpo humano. Este incrível projeto de impressão 3D médica combina todas as partes de um membro biológico e pode ser impresso "como está", sem qualquer montagem posterior. Hoje, combinadas com a digitalização 3D, as próteses e órteses médicas impressas em 3D estão se tornando mais baratas e rápidas para atender às necessidades dos pacientes. Além disso, essas próteses são cada vez mais otimizadas e adaptadas à morfologia do paciente. A impressão 3D traz novas oportunidades para personalização em massa. (adicionar imagem)

2009 foi o ano em que as patentes FDM entraram no mercado de consumo em massa, abrindo caminho para uma ampla inovação em impressoras 3D FDM. Com a queda no preço das impressoras 3D de mesa, cada vez mais pessoas puderam prestar atenção ao desenvolvimento da indústria de impressão 3D.

Em 2013, o presidente dos EUA, Barack Obama, mencionou a impressão 3D em seu discurso sobre o Estado da União como o principal modo de produção do futuro, tornando "impressão 3D" um verdadeiro chavão. Agora, seu lugar na mente do público é de grande destaque. Cada vez mais pequenas e médias empresas estão aproveitando a prototipagem de baixo custo proporcionada pela impressão 3D, integrando-a totalmente aos seus processos de iteração, inovação e produção.

Carro conceito de impressão 3D

No que diz respeito à construção civil, casas impressas em 3D já são uma realidade. As pessoas se mudaram para casas impressas em 3D pela primeira vez em 2018. A casa tem uma área de 91 metros quadrados, o que a torna bastante habitável. A impressão levou dois dias.

O sistema de classificação da impressão 3D sobre as semelhanças e diferenças entre a fabricação e a impressão 3D

Tomemos como exemplo a bola oca. Há mais de uma dúzia de flores na superfície. Se for processada por usinagem tradicional, será muito trabalhoso, e os padrões terão que ser modificados um a um. E se você optar pela impressão 3D, não há desperdício de material, por isso também é conhecida como manufatura aditiva, que significa que o método de acumulação gradual de materiais é usado para fabricar peças físicas. O método tradicional é fazer primeiro o embrião, depois remover o excesso de material, e o material restante é o formato desejado. Se algum problema for detectado, é necessário abrir um molde e modificá-lo; enquanto a impressão 3D utiliza a acumulação gradual de material, você pode ver rapidamente o produto final.

Realização da tecnologia de impressão 3D

A tecnologia de impressão 3D é aplicada à produção industrial. O que a impressão 3D precisa usar não é o objeto físico, mas o modelo digital. Se você quiser imprimir em 3D o objeto real à sua frente, precisará usar um computador para modelá-lo ou usar um scanner 3D para digitalizar o objeto real, ou seja, um modelo 3D, e poderá imprimir em apenas quinze minutos. Atualmente, a tecnologia de impressão 3D é dividida em quatro categorias principais: FDM, DLP/SLA e SLS.

SLS-- processo de moldagem por sinterização a laser

O SLS é um pó de alta tecnologia que derrete sob condições de alta temperatura de irradiação a laser. Espalhe uma camada fina de pó na bancada e escaneie a seção transversal da camada com o feixe de laser para elevar a temperatura até o ponto de fusão, de modo a realizar a sinterização e a ligação, repita o espalhamento do pó, a sinterização, a moagem e a secagem até que o modelo seja formado. Na verdade, a impressão 3D é a impressão 2D repetidas vezes. Se você fatiar um objeto muito fino, verá que cada pedaço tem uma forma. Se você juntar todas as formas, obterá um objeto de estrutura tridimensional. Então, usamos lasers para desenhar gráficos. A resistência das peças moldadas em SLS ao ambiente (temperatura, umidade e corrosão química) é semelhante à dos materiais termoplásticos; enquanto a resistência das peças moldadas em SLA é relativamente baixa, por exemplo, peças de trabalho em SLA moldadas com resina epóxi são suscetíveis à umidade e produtos químicos. Corrosão, ele amolece e deforma em um ambiente acima de 38°C, mas a precisão de conformação é alta.

SLA - processo de moldagem por estereolitografia

SLA é uma tecnologia de fotopolimerização, atualmente relativamente desenvolvida na China. A "estereolitografia" consiste em um feixe de laser que delineia a forma da primeira camada do objeto na superfície da resina líquida. Em seguida, a plataforma de produção é abaixada a uma certa distância (entre 0,05 e 0,025 mm) e, em seguida, a camada solidificada é imersa na resina líquida, e assim por diante. A resina utilizada é uma resina fotossensível, que forma um estado sólido após ser irradiada pelo feixe de laser, e a formação do modelo é rápida e precisa.

DLP - processo de moldagem por estereolitografia

Processamento digital de luz DLP, conhecido como tecnologia de modelagem a laser. A tecnologia de impressão 3D DLP tem muitas semelhanças com a tecnologia de impressão 3D SLA. Se a produção for comparada a desenhar um círculo com um lápis, a tecnologia SLA é equivalente a desenhar camada por camada, enquanto a DLP é equivalente a estampar diretamente. A produção em massa que buscamos tem dois pontos muito importantes: um é a eficiência e o outro é o custo do material. Existe uma impressora 3D que pode imprimir centenas de vezes mais rápido do que a fabricação tradicional, ou seja, a tecnologia face a face, que foi desenvolvida por uma empresa em Shenzhen, a Light Prism Technology. Leva de 2 a 5 horas para imprimir uma bola oca com a impressão 3D FDM tradicional, e leva uma hora no máximo, mas leva apenas cerca de 10 minutos para imprimir com a mais recente tecnologia face a face. A velocidade de impressão é incrível. Uma vez que essa impressão 3D esteja no mercado, o impacto no artesanato tradicional ainda é grande.

FDM - Processo de moldagem por deposição fundida

Comparada às tecnologias DLP e SLS, a tecnologia FDM é relativamente simples, por isso tem um grande público e é mais fácil de entrar na família. O protótipo é construído diretamente a partir dos dados CAD 3D, utilizando o material termoplástico a ser extrudado em um filamento semifundido, que é depositado camada por camada. As vantagens da tecnologia FDM são estrutura mecânica simples, design fácil, baixo custo de fabricação, custo de manutenção e custo de material, e nenhuma poluição ao meio ambiente. Portanto, a FDM também é a tecnologia mais amplamente utilizada em impressoras 3D de mesa domésticas. É um método de impressão relativamente tradicional, que não utiliza laser e tem baixo custo, mas a precisão não é alta e a velocidade de impressão é muito lenta. Este é o método mais acessível a todos e é geralmente usado no mercado educacional.

O impacto da impressão 3D na manufatura e no artesanato tradicional

Vantagens da impressão 3D

(1) Personalização

Tomando a odontologia como exemplo, os dentes de cada pessoa são diferentes, mas a impressão 3D pode resolver a contradição entre a produção personalizada e a produção em massa, e a produção em massa de implantes, aparelhos ortodônticos, etc. personalizados.

(2) amostra em tempo real

Devido à alta velocidade da impressão 3D, o designer projeta uma versão do produto pela manhã, o líder pode ver o produto finalizado ao meio-dia e, em seguida, projeta outra versão às 18h, podendo ver o produto finalizado na manhã seguinte, o que acelera significativamente o desenvolvimento de novos produtos. Se não for particularmente complexo, a impressão 3D pode produzir produtos finalizados em 3 horas, enquanto a prova tradicional leva de 4 a 6 semanas cada vez, o que melhora a velocidade geral do design industrial.

(3) Sem poluição

 Como as matérias-primas produzidas são todas ecologicamente corretas, todo o processo de produção é livre de poluição. Não há poluição de gases e águas residuais, nem desperdício de materiais residuais.

(4) Dataização

Com o amadurecimento da odontologia digital, os requisitos técnicos para os médicos serão bastante reduzidos. Os pacientes precisam apenas usar o instrumento para escanear por dois minutos no hospital e poderão descobrir as causas e soluções de todos os problemas dentários.

Além disso, a impressão 3D também pode ser usada em ortodontia, imprimindo aparelhos transparentes personalizados e sob medida. Durante uma cirurgia plástica, os dentes devem se mover para a esquerda ou para a frente? Quantos milímetros mover? No passado, a cirurgia odontológica dependia exclusivamente da experiência pessoal do médico, mas a odontologia digital aumentou a estabilidade da operação e reduziu o limite técnico para os médicos.

(5) Rápido

 Comparada aos processos industriais tradicionais, a impressão 3D não requer preparações preliminares, como mão de obra e transporte. Necessita apenas de máquinas e matérias-primas, e pode ser colocada em produção rapidamente.

(6) Automação

 Pode-se dizer que existe apenas uma impressora 3D entre a imaginação virtual e a realidade. A produção com uma única tecla de impressão 3D economiza muitos custos de mão de obra e erros humanos.