Classificação das impressoras 3D

O advento das impressoras 3D deu início a uma nova era tecnológica, permitindo a impressão de objectos tridimensionais. As aplicações para estes produtos tridimensionais são muito variadas, desde brinquedos a próteses médicas. O processo começa com um modelo ou desenho digital, que é depois replicado com precisão no mundo físico. Estas impressoras estão disponíveis numa variedade de opções de potência e configuração, adequadas tanto para uso doméstico como industrial. Os diferentes tipos de impressoras 3D atualmente disponíveis utilizam uma vasta gama de materiais para conseguir a impressão volumétrica.

Tecnologias de impressão 3D

• Modelação por deposição fundida (FDM);
• Polyjet ou Modelação Multi-Jato (MJM);
• Modelação de rede por engenharia laser (LENS);
• Fabrico de objectos laminados (LOM);
• Estereolitografia (SLA);
• Sinterização selectiva por laser (SLS);
• Impressão 3D (3DP);

FDM

Esta tecnologia é amplamente utilizada nos dispositivos que estão a ser discutidos. FDM (modelação por deposição fundida) envolve a extrusão de material através de um bocal especializado, construindo o objeto camada a camada. É utilizado em várias aplicações, incluindo:

• dispositivos do tipo makerbot;
• Impressoras Stratasys;
• dispositivos de cozedura para criar produtos de queijo, massa e glacé;
• dispositivos médicos para a produção de gel médico com células vivas.

Polyjet

Outra técnica interessante é conhecida como MJM (Multi Jet Modeling), que envolve a utilização de múltiplos jactos para modelação. Este processo é semelhante à modelação por jato tradicional, uma vez que o material é passado através de pequenos bicos, que podem ser várias centenas. Quando a camada anterior solidifica, forma-se o modelo tridimensional desejado.

Os materiais utilizados nesta técnica são os fotopolímeros, os plásticos e as ceras especiais. Este tipo de impressão volumétrica é normalmente utilizado na criação de implantes médicos, próteses e moldes.

Uma das vantagens desta tecnologia é a capacidade de criar variações multicoloridas e objectos com propriedades diferentes, como a combinação de elasticidade e solidez.

No entanto, existem também desvantagens na utilização desta tecnologia, tais como o elevado custo dos materiais de origem e a natureza frágil do resultado final. Esta técnica é utilizada principalmente nos domínios da medicina e da prototipagem industrial.

LENTES

No LASER ENGINEERED NET SHAPING, o material expelido do bocal é instantaneamente exposto ao feixe de laser, resultando numa rápida solidificação. A incorporação de pó metálico facilitou a produção de objectos de aço e titânio, permitindo a utilização de impressoras 3D em várias indústrias. Numerosas ligas podem ser misturadas e criadas diretamente durante o processo de impressão, permitindo a produção de lâminas de titânio para turbinas, entre outros componentes.

LOM

Utilizando o fabrico de objectos laminados, as folhas finas e pré-laminadas podem ser transformadas num objeto 3D através de processos como o corte a laser, a colagem, a sinterização ou a prensagem. Este método permite a produção de objectos 3D feitos de plástico, alumínio e papel.

Vale a pena mencionar que os objectos de alumínio podem ser criados utilizando a folha correspondente, que será "sinterizada" utilizando vibrações ultra-sónicas.

Apesar da natureza leve do material de origem, os modelos em papel são surpreendentemente duradouros e podem ser produzidos a baixo custo. No entanto, é importante ter em conta que este método de produção pode gerar uma quantidade significativa de resíduos. Para minimizar os resíduos, é possível organizar vários objectos pequenos numa única folha.

SLA

Para compreender a mecânica da estereolitografia, é preciso imaginar uma banheira cheia de polímero fluido. Um feixe de laser atravessa a sua superfície, provocando a polimerização de cada camada. Quando uma camada está completa, a plataforma desce gradualmente, permitindo que o polímero líquido preencha os espaços vazios. Posteriormente, inverte-se o cenário: a peça sobe e o laser desloca-se para a base.

Quando se utiliza esta metodologia, é imperativo efetuar um tratamento de superfície para lixar e eliminar o material supérfluo. Ocasionalmente, o resultado é ainda sujeito a fornos ultravioleta para uma cura adicional.

O alojamento de uma impressora deste tipo é inviável num ambiente doméstico:

• Devido à toxicidade do fotopolímero;
• devido aos custos de manutenção incorridos.

SLS

A sinterização selectiva a laser é semelhante à tecnologia mencionada anteriormente, mas em vez de utilizar fotopolímero, o laser é utilizado para aquecer e fundir o pó. Este método elimina o risco de quebra de peças durante o processo, e uma variedade de materiais como o aço, nylon, bronze, titânio, cerâmica, vidro, cera de fundição e outros podem ser utilizados como consumíveis.

Esta tecnologia permite a criação de objectos intrincados, tornando-a ideal para a produção de protótipos, como jóias. O pó não fundido serve de estrutura de suporte para os elementos salientes, eliminando a necessidade de estruturas de suporte adicionais.

3DP

O método 3DP envolve a aplicação de adesivo no material, seguido de uma camada de pó fresco e depois repetido novamente. Este processo cria um material semelhante ao gesso, parecido com o arenito. Ao adicionar tinta ao adesivo, é possível produzir objectos em várias cores. A tecnologia é adequada para uso doméstico e em escritórios, e pode ser utilizada com materiais como vidro, osso, borracha e até mesmo pó de serragem. Além disso, é possível criar figuras comestíveis utilizando chocolate ou açúcar em pó, embora neste caso tenha de ser utilizada uma cola alimentar especial.

No entanto, é de salientar que o resultado final pode ter uma superfície rugosa e uma baixa resolução, que são algumas das desvantagens deste método.

Classificação das impressoras segundo o tipo de materiais utilizados

Os tipos de impressoras 3D são determinados pela técnica utilizada para consumir combustível. As unidades laser utilizam métodos de sinterização e laminação com materiais em pó. Por outro lado, as impressoras 3D de jato de tinta aplicam um adesivo nas camadas do material de origem e, em seguida, realizam a sinterização. Em seguida, tem lugar o processo de arrefecimento. Estas impressoras podem utilizar vários materiais, tais como plástico fotopolímero, resinas, pós, silicone, metal e componentes de cera. Agora, vamos explorar o modo como esta técnica funciona com diferentes tipos de materiais.

Pó

A técnica funciona seguindo uma série de passos:

• A cabeça de impressão começa a aplicar um aglutinante especial em áreas específicas, com base no modelo fornecido.
• De seguida, um rolo fino aplica o pó sobre o aglutinante, que é depois sinterizado com a substância.
• Este processo é repetido várias vezes.

É perfeitamente possível construir um dispositivo deste tipo por si próprio, desde que os componentes necessários estejam disponíveis. Outra vantagem deste dispositivo é a capacidade de trabalhar com pó metálico.

Gesso

A iteração de gesso também é embalada com vários pós, desde gesso a massa, cimento e substâncias semelhantes. É fundamental ter um agente aglutinante. Estas impressoras são utilizadas principalmente na criação de ornamentos para interiores, resultando numa vasta gama de produtos.

Fotopolímero

Para a produção de objectos neste caso, são utilizados fotopolímeros líquidos. O método de criação de formas é intrigante. Ao focar um modelo informático, áreas específicas serão iluminadas por um laser ultravioleta. Posteriormente, essas áreas solidificar-se-ão sob a influência da luz ultravioleta. Esta mesma iluminação também será efectuada através de um modelo fotográfico especialmente preparado, mas desta vez será utilizada uma lâmpada ultravioleta. O modelo será substituído por um novo para cada camada subsequente.

Se a técnica escolhida for a estereolitografia, pode usufruir da elevada precisão da impressão volumétrica. O único inconveniente é a velocidade de trabalho mais lenta, mas se a precisão for um fator relevante, então o tempo de execução não é uma preocupação.

Cera

A utilização de cera neste dispositivo permite uma impressão fácil, uma vez que a cera tem uma temperatura de fusão baixa. Esta caraterística também garante que os contornos impressos sejam precisos e claros, proporcionando um resultado impecável.

Como obter a cor

Para produzir objectos numa vasta gama de cores, é utilizado um bocal especial. Este bocal contém várias extrusoras, que são capazes de derreter e aplicar diferentes materiais.

Estas extrusoras são utilizadas principalmente no fabrico de brinquedos para crianças. Podem também ser utilizados para criar designs de jóias únicos.

Outro método, denominado "sublimação", é utilizado quando se pretende transferir uma imagem, como uma fotografia, para uma superfície texturada. Este tipo de impressora utiliza corantes aquecidos em áreas específicas, que evaporam devido à temperatura e criam o padrão desejado.

Como escolher uma impressora 3D

Ao considerar uma impressora, o primeiro passo é identificar a tecnologia de impressão que utiliza. Os dispositivos de nível básico, que são normalmente adquiridos por consumidores comuns e não por empresas inteiras, funcionam com uma tecnologia conhecida como jato de plástico (PJP). Nalgumas fontes, esta tecnologia é designada por Fused Deposition Modeling (FDM) ou Fused Filament Fabrication (FFF). Essencialmente, todos estes termos referem-se à mesma coisa.

Tipos de materiais para impressão amadora

Os plásticos com várias propriedades são utilizados principalmente para imprimir neste tipo de aparelhos. É embalado sob a forma de um fio de plástico enrolado numa bobina ou cortado em tubos. Os plásticos normalmente utilizados são o ABS e o PLA.

O plástico ABS é seguro, não tóxico, adequado para produtos infantis e pode mesmo ser utilizado na presença de crianças. Os produtos fabricados com este material são resistentes e duradouros. A desvantagem deste plástico é que perde a sua aparência atractiva ao sol e a temperaturas muito baixas. É mais frequentemente utilizada no fabrico profissional de componentes.

Embora o plástico PLA (polilactida) possa não ser tão durável como outras opções, oferece maior flexibilidade e permite a criação de formas complexas. Este material biodegradável é feito de milho e cana-de-açúcar, o que o torna uma escolha natural. Quando eliminado, o PLA é amigo do ambiente, uma vez que se decompõe em componentes seguros. Além disso, os produtos PLA são resistentes ao desgaste e mantêm a sua forma, o que os torna ideais para utilização em peças móveis. No geral, o plástico PLA é frequentemente considerado uma escolha popular para os amadores.

Para além do plástico, são utilizados os seguintes materiais para trabalhar com estas impressoras.

1. Aço inoxidável. Exclusivamente utilizado em equipamentos profissionais. Oferece amplas possibilidades de fabrico de peças.
2. Madeira. Tecnicamente não é madeira, mas uma combinação de polímero aglutinante e aditivo de madeira. Este material é bastante dispendioso e não requer competências especializadas. Os produtos fabricados com PLA são "quentes" e visualmente idêntica à madeira.
3. A resina também é bastante cara. Pode ser utilizada para imprimir peças altamente precisas com uma qualidade de superfície excecional – lisa e durável. Com o tempo, a resina perde a sua transparência quando exposta à luz solar.
4. Nylon. Utilizado principalmente para produzir componentes para aplicações industriais e médicas.

Tenha em atenção que, ao comprar material de impressão, é importante certificar-se de que o formato da bobina e a espessura do fio são compatíveis com as especificações da impressora.

Características das impressoras 3D

Para selecionar uma impressora ou analisá-la para determinar qual é a melhor, é necessário conhecer claramente as principais características dos dispositivos.

1. Uma caraterística importante a ter em conta é a área de impressão. Isto refere-se ao volume máximo de peças que podem ser criadas utilizando o equipamento. A documentação pode fornecer esta informação em termos de centímetros cúbicos ou do limite das dimensões lineares em milímetros.
2. Outra caraterística importante é a resolução da impressão (camada). Refere-se à espessura de cada camada de material que é aplicada durante o processo de impressão. Uma resolução mais elevada significa que o plástico é aplicado em camadas mais finas, resultando em superfícies mais suaves e de maior qualidade. Por outro lado, uma resolução mais baixa pode resultar em peças menos detalhadas e menos refinadas. Alguns dispositivos permitem o ajuste deste parâmetro pelo operador.

Existe uma impressora 3D disponível que está equipada com duas extrusoras.

No que diz respeito às impressoras 3D, existem duas opções: dispositivos autónomos que já vêm montados ou kits de bricolage que requerem que o utilizador monte ele próprio a impressora. A última opção é mais económica.

Para resumir

A impressão 3D é muito atractiva para as pessoas que têm um interesse pessoal ou necessidades de produção. Para quem não tem experiência neste domínio, a aquisição de competências no domínio da impressão em volume pode ser facilmente conseguida através de cursos online e presenciais. No entanto, é crucial determinar a utilização planeada para o dispositivo em questão. Ao priorizar e alinhar corretamente o conhecimento da tecnologia com a aplicação pretendida, os indivíduos podem maximizar a utilização das técnicas de impressão 3D.