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Impressão 3D: O que é, Como funciona e Exemplos de Aplicações

A impressão 3D é um assunto que, cada vez mais, vai ocupar espaço nos noticiários e na sua própria vida, tanto pessoal quanto profissional.

Essa técnica, que parecia integrar um futuro distante há poucos anos, vem se tornando presente na rotina de governos, empresas e até pessoas comuns.

Desde pequenos objetos, próteses, órgãos e até edificações ganharam, na prototipagem rápida, uma nova maneira de produção.

Ao mesmo tempo, surgem novas oportunidades para diferentes setores, como a construção civil e a medicina, que têm acesso a materiais de um jeito mais rápido e simples.

Se você quer saber mais sobre como funciona a impressão de modelos em três dimensões, materiais e exemplos, continue lendo este artigo.

Vamos explicar as diferentes técnicas disponíveis, suas aplicações e cases em que elas já fazem a diferença.

Se desejar, navegue pelos seguintes tópicos:

  • O que é impressão 3D?
    • Como surgiu a impressão 3D
  • Para que serve a impressão 3D?
  • Como funciona a impressão 3D?
    • Tipos de impressora 3D
  • Qual o custo de uma impressão 3D?
  • Quanto tempo demorar para imprimir em 3D?
  • Quais os principais materiais utilizados na impressão 3D?
  • Exemplos de aplicações da impressão 3D
    • Medicina
    • Engenharia
    • Indústria
    • Robótica
    • Modelagem.

Boa leitura!

O que é impressão 3D?

Impressão 3D
O que é impressão 3D?

Impressão 3D é o nome dado a uma série de técnicas que reproduzem objetos em três dimensões.

Também chamado de prototipagem rápida, o processo permite a impressão de modelos através da fabricação aditiva.

Ou seja, as impressoras formam modelos tridimensionais a partir de uma técnica que sobrepõe finas camadas, até que o objeto esteja pronto.

Peças de máquinas, objetos de decoração, joias, órgãos e até alimentos podem ser impressos a partir desse processo.

Em geral, os itens são feitos usando alguns tipos de plástico como matéria-prima, mas também é possível usar outros materiais, incluindo metal.

A impressão 3D tem revolucionado setores como medicina e engenharia, além de ser bastante útil para quem deseja empreender a partir de uma invenção.

Isso porque o processo encurtou o caminho para chegar a uma versão de teste de qualquer produto, chamada protótipo.

Anteriormente, era preciso idealizar, desenhar o objeto e desenvolver um projeto para que o protótipo fosse construído.

Com uma impressora 3D, basta desenhar o item em um software específico e converter o arquivo para um formato compatível com a máquina para obter um protótipo.

Claro que o uso do software requer certo conhecimento técnico, porém, a dinâmica ficou bem mais simples.

Dependendo do artigo desejado e do processo de impressão 3D, também é necessário dar acabamento à peça.

Como surgiu a impressão 3D?

Embora a ideia de imprimir objetos 3D remeta a um cenário futurista, ela não é tão recente.

Em 1984, a primeira técnica utilizada nesse processo, chamada estereolitografia, foi patenteada a pedido do engenheiro Charles Hull.

Ele criou uma máquina capaz de imprimir lâmpadas especiais, usadas na solidificação de resinas, além de peças de plástico, a partir da ação de um laser.

A iniciativa teve sucesso, levando Hull a fundar a 3D Systems Corp. para vender seus serviços inovadores, dois anos depois.

Sempre focada em tecnologias inovadoras, a empresa foi crescendo e agregando outros tipos de impressão 3D em seu portfólio, a exemplo da Sinterização a Laser Seletiva (SLS) e sistemas baseados em pó para 3D.

Atualmente, a companhia se tornou referência na produção de peças tridimensionais personalizadas, especialmente moldes utilizados em cirurgias e outras atividades na área da saúde.

Como reconhecimento à sua contribuição para a sociedade, o engenheiro Hull foi homenageado com o prêmio European Inventor Award, em 2014.

Além da 3D Systems Corp., vale citar a colaboração de empresas como a Stratasys para o campo da prototipação rápida.

A partir dos anos 1990, elas aperfeiçoaram metodologias e desenvolveram máquinas capazes de imprimir diferentes modalidades de artefatos.

No começo, as impressoras comercializadas eram mais robustas, caras e destinadas à produção industrial.

Foi somente na década de 2010 que lojas de varejo começaram a vender máquinas portáteis diretamente aos consumidores finais e a custos atrativos (menos de mil dólares).

Para que serve a impressão 3D?

Impressão 3D
Para que serve a impressão 3D?

A impressão 3D serve para construir diversos objetos personalizados, de maneira ágil e relativamente simples.

Após serem prototipadas, as peças se tornam reais a partir desse processo, incluindo detalhes como fendas, formas e cores.

Por seu caráter versátil, a prototipagem rápida serve aos mais variados propósitos.

O mais comum é a impressão de um artigo único, desenhado para uso de uma pessoa ou um pequeno grupo.

É o caso de itens de papelaria, como porta canetas, e decorativos, como molduras diferenciadas, luminárias e chaveiros.

Mas o processo vem ganhando popularidade na indústria, onde auxilia na substituição de peças, que são produzidas sob demanda e a um custo menor do que se fossem fabricadas por meio da dinâmica tradicional.

Dependendo do material utilizado, até mesmo móveis, tatuagens e próteses podem ser impressos e realizar, com sucesso, as funções das estruturas que os inspiraram.

Como funciona a impressão 3D?

Como funciona a impressão 3D
Como funciona a impressão 3D?

Assim como uma impressora comum, que libera jatos de tinta em quantidade e formatos específicos para formar imagens e letras, a impressora 3D injeta diferentes materiais para compor um objeto.

A diferença é que, em vez do papel, é em uma bandeja que as máquinas modernas imprimem os itens.

Como explicamos nos tópicos anteriores, tudo começa com o desenho da peça em um software de modelagem em 3D, a exemplo do AutoCad e Blender.

Existem tipos variados de software, geralmente voltados para o setor do produto que será impresso – construção civil, papelaria, medicina e assim por diante.

Em seguida, com o desenho em mãos, a matéria-prima é inserida na impressora, que é ligada e começa a expelir a primeira camada na bandeja.

Ou seja, em vez de partir de uma grande peça que será cortada e moldada, a dinâmica monta os artigos unindo pequenas partes e camadas de material.

O processo sempre se inicia de baixo para cima, com a impressão de uma camada por vez, podendo durar de alguns minutos até dias para ser finalizado.

Apesar de seguirem um padrão semelhante, existem diferentes tipos de impressão em três dimensões, conforme detalhamos a seguir.

Tipos de impressora 3D

modelos maiores e menores, destinados à produção de pequenas peças até paredes e pequenos edifícios.

Por isso, os custos para adquirir uma dessas máquinas variam bastante, entre cerca de R$ 2.000 até R$ 200 mil.

Elas utilizam técnicas próprias de impressão, dependendo de seus recursos e da matéria-prima com que trabalham.

Conheça, abaixo, as metodologias mais populares.

Modelagem por Fusão e Depósito – FDM

Também chamada de fabricação com filamento fundido (FFF), essa é uma das técnicas mais comumente utilizadas, devido ao seu baixo custo e relativa simplicidade.

Esse processo usa fios de plástico para imprimir os objetos – o que explica o nome da técnica.

Os filamentos são aquecidos, enquanto um cabeçote se movimenta por dois eixos diferentes e injeta o material em uma bandeja.

Em seguida, ocorre a fusão do plástico até formar o molde solicitado.

As impressoras que utilizam a modelagem por fusão e depósito têm motores que exigem menor potência e resfriamento para serem acionados, quando comparados aos lasers usados em outras modalidades de impressão 3D.

Por isso, máquinas que imprimem por meio da FDM podem ser instaladas fora de ambientes industriais, sendo empregadas principalmente para fins acadêmicos e impressão de protótipos que serão customizados.

Afinal, a técnica não permite muita variação na forma do objeto, pois tem um acabamento mais simples, adequado para a composição de itens menos sofisticados.

Estereolitografia

Nos tópicos anteriores, contamos que a modalidade pioneira foi a estereolitografia, criada por Chuck Hull na década de 1980.

Essa técnica emprega resina líquida (acrílica, epóxi ou vinil) para compor cada detalhe da peça desejada.

A resina é endurecida por um feixe de laser ultravioleta, que é emitido pela impressora 3D para formar cada camada do artefato.

Por fim, o excesso de resina líquida deve ser removido e a peça levada a um forno para receber o acabamento necessário.

Esse método permite a impressão de objetos mais resistentes e complexos que a técnica FDM, no entanto, a um tempo e custo maiores.

Sinterização Seletiva a Laser – SLS

Esse processo é parecido com a estereolitografia, mas emprega matéria-prima em pó para formar as camadas do modelo tridimensional.

A SLS representa grande progresso para a prototipagem rápida, pois permite o uso de diferentes materiais na impressão, gerando peças feitas de poliamidas, elastômeros, cerâmicas e metais.

O processo implica no uso de uma impressora robusta, que possui uma câmara de impressão, na qual o pó é injetado, nivelado e atingido por um laser de alta potência, que o aquece e faz a fusão.

Depois de finalizar a primeira camada, o rolo da impressora passa sobre ela para que seja coberta com mais pó, que será aquecido e fundido até que o objeto esteja pronto.

Em seguida, um jato de ar comprimido e escovas retiram o excesso de pó do artefato.

Sinterização Direta de Metal a Laser

Conforme o nome sugere, a Sinterização Direta de Metal a Laser funciona a partir da combinação de partículas feitas de metal.

Assim como na SLS, um laser é aplicado para aquecer e unir o material, resultando em produtos exclusivos.

Uma das vantagens dessa técnica é a produção de itens com formato complexo, que normalmente não seriam fabricados na indústria.

Polyjet

Já a polyjet é a metodologia mais parecida com a impressão a jato de tinta, sobrepondo as camadas com perfeição e agilidade.

Usando um tipo de plástico (o fotopolímero) em forma líquida, esse processo resulta numa reprodução fiel do projeto.

Qual o custo de uma impressão 3D?

Custo de uma impressão 3D
Qual o custo de uma impressão 3D?

Muita gente pensa que a impressão em três dimensões é um serviço extremamente caro.

Mas não é bem assim.

De acordo com o site europeu The Next Web, um modelo simples em 3D sai, em média, por 200 libras – pouco mais de R$ 1 mil.

Quanto tempo demora para imprimir em 3D?

Tempo para imprimir em 3D
Quanto tempo demora para imprimir em 3D?

O período necessário para a prototipagem rápida depende do material, técnica, tamanho, detalhes e até da funcionalidade do item impresso.

Uma miniatura que servirá para enfeitar a estante ou mesa de trabalho não requer a mesma durabilidade da parede de um edifício, concorda?

Também não precisará de um acabamento perfeito, exigido para a dobradiça de um armário, por exemplo.

Portanto, o enfeite pode ser confeccionado em plástico, de forma simples, através da fabricação com filamento fundido – o que levará apenas alguns minutos.

Já a impressão 3D de estruturas maiores e mais complexas pode levar dias.

Quais os principais materiais utilizados na impressão 3D?

Materiais utilizados na impressão 3D
Quais os principais materiais utilizados na impressão 3D?

Listamos, a seguir, os principais materiais para a impressão de modelos tridimensionais:

  • Papel
  • Plástico
  • Metais
  • Borracha
  • Vidro
  • Resinas
  • Cerâmica.

Os plásticos sintéticos são a matéria-prima mais comum, principalmente para impressoras que utilizam filamentos para compor as camadas dos objetos.

Ácido polilático biodegradável, acrilonitrila butadieno estireno e poliamidas (como o nylon) são exemplos de plásticos popularmente usados na impressão 3D.

Exemplos de aplicações da impressão 3D

Exemplos de impressão 3D
Exemplos de aplicações da impressão 3D

Agora que você conhece o funcionamento da prototipagem rápida, trazemos um apanhado de cases que envolvem a aplicação de modelos tridimensionais.

Cabe destacar a adaptabilidade da impressão 3D, que serve aos mais variados propósitos, em diferentes setores.

Medicina

No campo da medicina, pacientes já receberam próteses impressas em 3D para substituir ossos de diversas partes do corpo.

Materiais como plástico e titânio são utilizados para compor as peças, feitas sob medida para cada pessoa.

Um exemplo recente foi registrado no Reino Unido, onde Stephen Poder, de apenas 29 anos, teve os ossos da face esfacelados depois de um acidente de moto.

Nariz, crânio e mandíbula foram afetados, deformando o rosto do jovem, que passou por cirurgias para restauração das estruturas, sem sucesso.

Até que, em 2014, médicos tentaram uma recuperação a partir do mapeamento através de exames de raio-X e impressão 3D dos ossos.

O resultado foi a reestruturação completa da simetria da face de Poder.

Outra experiência bem-sucedida ocorreu na África do Sul, onde um transplante de ouvido médio levou um paciente a recuperar a audição.

O ouvido médio é formado pelos ossos martelo, bigorna e estribo, que, no caso, foram impressos sob medida e transplantados pela médica Gwen Ramokgopa.

Engenharia

Engenheiros e arquitetos estão cada vez mais familiarizados com a prototipagem rápida, que permite a construção não apenas de pequenos objetos, como também de moradia.

Um case impressionante foi filmado e fotografado na cidade de Dubai, nos Emirados Árabes, onde o primeiro prédio foi erguido através de uma impressora 3D robusta.

O projeto foi idealizado e conduzido pela companhia norte-americana Apis Cor, que levantou um edifício de dois pavimentos a partir da prototipagem rápida, um guindaste e do trabalho de três homens.

A construção tem 640 metros quadrados de área e usou uma mistura feita de material reciclado, cimento e gesso para conferir leveza e resistência às paredes.

Já as fundações têm base em uma tradicional mistura de concreto.

A engenharia aeroespacial também se beneficia com as impressoras 3D, que chegaram a compor 95% das peças de uma modalidade de foguete da Relativity Space, em 2019.

Chamado Terran-1, o foguete é produto de investimento não apenas na prototipagem rápida, mas em versão combinada à inteligência artificial.

Com as informações necessárias para a fabricação de peças exclusivas, um algoritmo instalado na impressora conduz o processo de forma automática, além de corrigir falhas através do aprendizado de máquina (machine learning).

Indústria

Por possibilitar a fabricação de peças para uma infinidade de equipamentos, a impressão 3D vem sendo empregada em indústrias de diversos segmentos.

Produtos inteiros ou partes já foram construídas para móveis, joias e bijuterias, roupas, acessórios, sapatos e artigos de jardinagem.

Porém, em 2013, equipe da empresa Kor Ecologic revolucionou a indústria automotiva ao produzir todo o corpo de um carro através da prototipagem rápida.

Batizado de Urbee 1, o automóvel tem três metros de comprimento, um de largura e um de altura, 8 cv de potência e é capaz de rodar 100km com apenas um litro de combustível.

Em entrevista à revista Auto Esporte, o responsável pelo projeto, Jim Kor, contou que a fabricação do Urbee leva 2500 horas.

O carro custa, em média, R$ 118 mil, considerando a fabricação de 3 mil unidades por ano.

Robótica

Desde 2016, cientistas dispõem de um método para imprimir até mesmo pequenos robôs.

Chamado impressão hidráulica, o processo foi criado por pesquisadores do Computer Science and Artificial Intelligence Lab, que fica no Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), para gerar robôs em apenas uma etapa de impressão.

A técnica trabalha materiais sólidos e líquidos ao mesmo tempo, formando o corpo do robô em aproximadamente 22 horas.

Somente a bateria e motor não são impressos.

Aulas de robótica também são potencializadas com o uso de impressoras 3D, que permitem a observação de protótipos gerados de modo ágil.

Modelagem

Versões de teste para várias estruturas, orgânicas ou não, podem ser impressas em três dimensões e estudadas de forma detalhada.

É o caso de órgãos gerados em plástico, que auxiliam no planejamento de cirurgias e outras abordagens terapêuticas, complementando as imagens captadas por exames – que têm apenas duas dimensões.

Moldes para esculturas, protótipos de máquinas e outros produtos são impressos para dar suporte aos testes antes da produção em larga escala e comercialização desses objetos.

Conclusão

Reunimos, neste artigo, informações sobre o funcionamento, diferentes técnicas e curiosidades sobre a impressão 3D.

A tendência é que esse processo se torne cada vez mais popular, reduzindo custos e o período necessário para fabricar moldes e produtos com diversas finalidades.

Algumas empresas estão se consolidando neste mercado, como exemplo a PRINTIT3D, empresa do aluno William Guey da FIA, que é um super empreendedor e é um orgulho para a nossa instituição. A empresa transforma uma ideia em um arquivo 3D e após aprovação, o cliente recebe em casa o seu pedido.

Gostou de conhecer o universo da prototipagem rápida? Se ficou alguma dúvida, deixe um comentário a seguir.

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