Como Funciona uma Impressora 3D? Conheça Todos os Tipos

Os benefícios da sua aplicação são evidentes, mas nem todo mundo sabe como funciona uma impressora 3D. Essa tecnologia vai muito além de uma “caixa de desejos”, e é sobre isso que vamos falar neste artigo. Por mais avançada que a tecnologia esteja, oferecendo resultados de qualidade de maneira cada vez mais acessível, é necessários saber usá-la para alcançar sucesso. Continue lendo para saber como funciona uma impressora 3D e todos os tipos:

O que é uma impressora 3D?

Uma impressora 3D é uma ferramenta de fabricação digital, usada para fabricar objetos sólidos tridimensionais a partir de um arquivo digital. Apesar de ainda ser algo inovador atualmente, a impressora 3D nasceu nos anos 80 e hoje já conta com diferentes tipos de tecnologia que definem sua forma de trabalho. A impressora 3D é conhecida entre os engenheiros como uma ferramenta de manufatura aditiva. Seu funcionamento é considerado o oposto da manufatura subtrativa, que é cortar / subtrair pedaços de metal ou plástico com, por exemplo, uma fresa. A impressora 3D permite a produção de objetos mais complexos e com menos desperdício de material, quando comparado aos métodos de fabricação tradicionais.

Como funciona uma impressora 3D?

Mesmo contando com diferentes tipos de tecnologia, o funcionamento de uma impressora 3D parte de um princípio em comum. Basicamente uma impressora 3D funciona realizando adição de finas camadas de material, depositando-as umas sob as outras, para formação de um objeto final. As coordenadas para a formação dos objetos por uma impressora 3D são oriundas de um projeto desenvolvido em um software de modelagem 3D em computador. A tecnologia mais popular entre as impressoras 3D ao redor do mundo é a FDM ou FFF que significa fabricação por filamento fundido. A impressão 3D FFF funciona fazendo o derretimento de um filamento plástico e depositando-o em forma de camadas de alta precisão, que são solidificadas sucessivamente, até atingir a formação dos objetos na sua forma final. Saiba agora o passo a passo desse processo, desde o modelo 3D até o pós-processamento das peças:

Modelagem e fatiamento do arquivo 3D

Na manufatura aditiva tudo começa com um modelo 3D, ou seja, um projeto tridimensional computadorizado. Você mesmo pode criar a partir de um software de modelagem 3D (CAD) de acordo com suas especificações customizadas ou também pode fazer o download de um projeto pronto em um dos muitos repositórios de projetos 3D online. Depois que você já tem o projeto, a próxima etapa é prepará-lo para enviar para a sua impressora 3D em um software de fatiamento (slicer). Nesta etapa, o seu projeto será configurado e fatiado de acordo em camadas horizontais para sem impresso em 3D. Depois que o seu modelo 3D é fatiado no software slicer, ele gera um código (GCODE) pronto para ser enviado à sua impressora 3D. Isso pode ser feito por pen drive, cartão SD ou internet.

Filamentos

Os filamentos são materiais produzidos especialmente para servir como insumo para impressoras 3D FDM / FFF. Esses insumos são compostos de polímeros termoplásticos (plásticos que derretem quando aquecidos) e são produzidos na forma de um fio contínuo que é enrolado em um carretel para venda. Esse fio alimenta a impressora 3D e depois é derretido e expelido pelo bico extrusor, vindo a formar o objeto final. Confira esse processo na representação abaixo: Nos outros métodos de impressão 3D, como SLA (estereolitografia) e SLS (sinterização seletiva a laser), os insumos são oferecidos de forma líquida (resinas) ou em pó (polímeros). Saiba mais sobre essas diferenças: Comparando as tecnologias FDM, SLA e SLS

Impressão 3D

A impressora 3D é considerada uma tecnologia de manufatura aditiva. Apesar da possibilidade de trabalhar através de diferentes métodos, seu princípio parte da deposição de um material camada sob camada, em uma plataforma de construção, até formar um objeto 3D. Como já citamos anteriormente, a tecnologia mais difundida no mercado é a impressora 3D FDM / FFF, porém, existem outros métodos também muito utilizados. Saiba como funciona cada tipo de impressora 3D:

Fabricação por filamento fundido (FDM ou FFF)

A impressora 3D FDM / FFF, é a tecnologia que vêm à cabeça da maioria das pessoas quando quando o assunto é impressão 3D. Neste processo, o filamento é levado até um bico aquecido, chamado extrusor, onde se torna uma pasta semi-líquida. Essa pasta é extrudada em uma plataforma de construção, à medida que o bico segue um caminho guiado por computador. À medida que o plástico é depositado na plataforma, ele endurece quase imediatamente, deixando uma base para a próxima camada. Quando uma camada é finalizada, o bico (ou a plataforma) se reposiciona em uma fração de milímetro, e o processo começará novamente, fundindo uma nova camada sob a camada anterior. Esse processo de deposição por camadas se repete até finalizar o modelo 3D.

Estereolitografia (SLA e DLP)

A estereolitografia (SLA) é uma tecnologia de impressão 3D baseada em um processo chamado fotopolimerização em tanque. Ela funciona expondo um tanque com um líquido fotossensível (resina) a um laser, que atua como fonte de luz UV. Um feixe de luz é direcionado através de espelhos, controlados por um computador, expondo e solidificando a resina, construindo uma camada por vez. Assim que uma camada é concluída, a superfície desce para o tanque e a próxima camada começa. A tecnologia DLP é muito semelhante à SLA, porém, é utilizada uma tela projetora em vez de um laser. Os objetos fabricados com essas tecnologias, geralmente precisam passar por pós-processamento de cura da peça, para que as propriedades da resina sejam potencializadas.

Leia também: Comparando as tecnologias de impressão 3D SLA vs. DLP

Sinterização Seletiva a Laser (SLS)

Outra tecnologia de manufatura aditiva baseada em laser é a Sinterização Seletiva a Laser (SLS). Essa tecnologia, no entanto, cria um modelo a partir de polímero seco (em forma de pó) em vez de líquido. No SLS, o material utilizado, geralmente um polímero plástico ou de nylon, é colocada dentro de uma câmara de construção, também contendo uma plataforma móvel. A temperatura da câmara é então aumentada para um pouco abaixo do ponto de fusão para as coordenadas selecionadas. Um feixe de laser é direcionado através de um espelho e desenha o modelo desejado na plataforma. A luz eleva a temperatura do polímero, acima do seu ponto de fusão, causando a fusão das partículas ou sinterização. A superfície então cai uma fração de milímetro e um limpador varre uma camada nova e nivelada na plataforma de construção. O processo se repete várias vezes, criando um modelo da mesma maneira que do outros processos de impressão 3D. Na impressão 3D SLS, é necessário pós-processamento, onde a peça passa por uma câmara de ar e o pó é removido da superfície.

Sinterização Direta de Metal a Laser (DMLS)

O processo da Sinterização Direta de Metal a Laser (DMLS) é muito semelhante ao SLS, porém, sua matéria prima é o metal. Para começar, a câmara da impressora DMLS é preenchido com o pó de metal desejado. Os aquecedores da impressora levam o pó a uma temperatura próxima à faixa de sinterização / fusão. A impressora usa então um gás inerte, que protege o pó e a peça aquecidos à medida que é construída. O processo começa com a distribuição de uma fina camada de pó de metal na plataforma de construção. O laser inicia seu caminho para essa camada, sinterizando seletivamente o pó em um sólido. A sequência de distribuição de uma camada e sinterização continua até a conclusão da peça. Depois que a peça é deixada para esfriar, o pó de metal solto ao redor é removido da impressora. As últimas etapas incluem a remoção do suporte, bem como qualquer pós-processamento necessário.

Polyjet

As impressoras 3D PolyJet possuem uma estação de material, uma plataforma de construção (móvel) e uma plataforma na qual as luzes UV e as cabeças de impressão estão montadas. Antes do início da impressão, a resina fotopolimérica deve ser derramada na estação de material e aquecida. Isso permite que a substância atinja a viscosidade desejada. O processo de impressão começa com a estação de material se movendo pelo eixo X, sobre a plataforma de construção. À medida que se move, as cabeças de impressão injetam seletivamente a resina, na forma de gotículas, na plataforma de construção. Imediatamente após o jato, as luzes UV os curam em um sólido sempre de forma aditiva, camada sob camada. Como existem várias cabeças de impressão, diferentes materiais podem ser impressos de uma só vez. Depois que uma camada é finalizada, a plataforma de construção desce uma camada de altura e o processo continua até que a peça esteja concluída.

Quais os benefícios de imprimir em 3D?

Como a maioria das tecnologias emergentes, a impressão 3D oferece benefícios em muitas áreas. Isso inclui melhorias para diversos setores nas áreas financeira, logística, produtiva, criativa e ambiental. A tecnologia permite uma personalização infinita no que diz respeito ao design e material, por exemplo. Peças complexas que demoram muito para serem fabricadas, agora podem ser impressas em 3D de uma só vez. Isso acelera a linha de produção e reduz o custo do produto acabado. Usando a impressão 3D, é possível que os designers façam protótipos rapidamente, economizando tempo no processo de design. Isso permite que produtos novos ou aprimorados cheguem ao mercado muito mais cedo do que com meios convencionais. Além disso, o fato das impressoras 3D serem compactas, isso permite que os produtos finais ou componentes sejam impressos em 3D onde e quando forem necessários, diminuindo ou eliminando as necessidades de estoque. Ainda falando sobre benefícios, como a impressão 3D utiliza o conceito de adicionar material ao invés de subtrair material, o processo deixa para trás pouco ou nenhum desperdício. Embora os materiais utilizados nos métodos tradicionais de fabricação sejam recicláveis, o processo de reciclagem de materiais custa dinheiro, o que pode ser economizado com a impressão 3D.

Onde a impressão 3D é aplicada?

Já falamos aqui o quanto a impressão 3D atende as necessidades de diversos setores, isso não é mais novidade. Agora vamos dar alguns exemplos de aplicações dessa tecnologia tão inovadora:

• Produtos finais: Armações de óculos, solas de calçados, acessórios, etc;
• Produtos industriais: Ferramentas para manufatura, protótipos, peças funcionais de uso final, moldes para fundição;
• Ferramentas odontológicas;
• Próteses de baixo custo;
• Maquetes arquitetônicas;
• Reconstrução de fósseis e artefatos antigos;
• Ferramentas para culinária;
• Adereços de moda;
• Produção cinematográfica;
• Fabricação de action figures;
• Entre outros;

3 Curiosidades sobre a impressão 3D

Por se tratar de algo inovador, muitas pessoas podem ter curiosidade sobre a impressão 3D. Então, que tal a gente falar sobre alguns fatos legais sobre a impressão 3D?

1- A impressora 3D é uma tecnologia antiga

É isso mesmo que você leu: A impressora 3D é uma tecnologia antiga, que já tem mais de 30 anos de existência. Tudo começou em 1984, quando o engenheiro Chuck Hull desenvolveu a primeira impressora 3D SLA, nos Estados Unidos! Naquela época, apenas as grandes empresas automobilísticas e aeroespaciais tinham acesso a tecnologia, que por sua vez, tinha um valor muito alto. Depois de mais de 20 anos, já nos anos 2000, que surgiram as primeiras impressoras 3D FDM desktop, que popularizaram a tecnologia e fizeram brilhar os olhos de entusiastas ao redor no mundo. Confira o vídeo abaixo e saiba mais sobre essa história: https://www.youtube.com/watch?v=8exspV0Dg7Q&t

2- Impressoras 3D de órgãos humanos estão em fase de teste

A verdade é que estamos nas primeiras tentativas e nenhum órgão humano real foi impresso ainda, mas os cientistas estão avançando as pesquisas para tornar isso realidade o mais breve possível. Pesquisadores estão testando a bioimpressão de órgãos relativamente simples em organismos de animais, então, devemos segurar nossos ânimos por enquanto. Enquanto a maioria dos testes de impressão de órgãos ainda está no estágio inicial de desenvolvimento, a bioimpressão 3D já demonstrou sucesso, especialmente na área da pele e osso. Porém, o objetivo é desenvolver órgãos funcionais internos, como rins, fígados ou coração 3D, o que já está a cada dia mais próximo de se tornar uma realidade.

Leia o caso do coração impresso em 3D.

3- Existem impressoras 3D imprimindo casas em 3D

Você não está lendo errado! Na Holanda, já estão desenvolvendo um projeto com casas habitáveis impressas em 3D. Na verdade, a impressão 3D é feita por braços robóticos gigantes e um bico de extrusão, que adiciona um cimento especial camada por camada, assim como as impressoras 3D FDM trabalham.

Lei também: Arquitetura do futuro: será possível imprimir uma casa em 3D?

Conclusão

Apesar de não ser uma tecnologia nova, quando mencionamos a impressão 3D, pode parecer um assunto muito complexo e difícil de entender. A realidade é que a impressão 3D é muito mais prática e funcional do que muitos imaginam, só é preciso pesquisar sobre o assunto! Esperamos ter ajudado você a entender como funciona uma impressora 3D neste artigo. Se você ficou com alguma dúvida, deixe nos comentários abaixo! E não esqueça de compartilhar este artigo com os seus colegas.