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A indústria convencional e a impressão 3D

Os grandes avanços tecnológicos das últimas décadas nos trouxeram uma infinidade de soluções para otimização dos processos de produção. Entre elas, a impressão 3D alcançou grande destaque, principalmente pelas oportunidades que possibilita para a indústria. Trata-se de uma ferramenta que ao mesmo tempo criou nichos de mercado e revolucionou os já existentes.

No entanto, é natural se deparar com algumas dúvidas em relação a suas aplicações. Afinal, como exatamente funciona a impressão 3D? Quais são as variações que ela permite? Quais os benefícios para a manufatura? De que forma ela impacta na indústria?

Criamos este artigo para explicar tudo o que você deve saber sobre essa tecnologia que vem conquistando empresas dos mais variados setores. Confira!

Impressão 3D trouxe uma nova era para a fabricação de materiais

A impressão 3D é uma tecnologia que permite, grosso modo, criar um objeto físico a partir de um modelo digital. O grande diferencial é que, ao contrário das impressoras tradicionais, o produto final vai além da esfera da informação — ou seja, passamos de representações em papel para a criação de objetos reais.

Já na década de 1980, a tecnologia havia sido desenvolvida sob o nome de “prototipagem rápida”, pois o objetivo era exatamente esse: construir protótipos mais baratos, com rapidez. Com os avanços da ciência, alcançamos hoje um patamar de sofisticação no qual a impressão 3D é capaz de fabricar basicamente qualquer coisa que pudermos imaginar e projetar digitalmente.

Frente a essa nova possibilidade, a indústria enxergou a possibilidade de fabricar objetos diversos (peças, por exemplo) de outras formas. O resultado foi o desenvolvimento do processos conhecidos como Manufatura Aditiva (Additive Manufacturing — AM).

Embora não se trate de algo que vá substituir totalmente os processos tradicionais de fabricação, a AM representa um importante motor de inovação para o setor. Seu potencial está, principalmente, na capacidade de complementar os métodos tradicionais.

Para ajudar você a entender como isso é possível, mostraremos agora alguns detalhes dessa tecnologia.

Os materiais e métodos utilizados na impressão 3D

Uma característica importante da impressão 3D é que ela pode utilizar diferentes materiais como base para o objeto criado. Consequentemente, isso gera a necessidade de algumas adaptações no equipamento para lidar com cada composição. Abaixo, destacamos os principais tipos de impressão.

1. Polimerização em cuba

Nesse método, um fotopolímero líquido é seletivamente curado por ativação suave da polimerização. Grosso modo, o material fica armazenado na cuba e a impressora direciona um feixe de luz, como o laser, para solidificar o modelo. A técnica é utilizada, por exemplo, em estereolitografia a laser (SLA) ou processamento digital da luz (DPA).

2. Material jetting

No material jetting, gotas de um material base e de materiais secundários são depositadas na área de construção. A luz UV, então, solidifica o fotopolímero para formas partes curadas. Na pós-construção, o material de suporte é removido. Alguns exemplos desse método são o polyjet e o inkjet.

3. Extrusão de materiais

Um material termoplástico é inserido em uma plataforma por meio de um injetor aquecido que faz a extrusão e o derretimento para formar cada camada do objeto. Um exemplo de utilização é a modelagem por fusão e deposição (Fused Deposition Modeling — FDM).

4. Laminação de chapas

Nesse método, chapas finas de materiais (plástico ou metal, por exemplo) são unidas por diferentes métodos (cola, soldura ultrassônica etc.) para formarem o objeto. As bordas são então cortadas por um laser ou uma lâmina. Um exemplo de aplicação é a fabricação de objetos laminados (Laminated Object Manufacturing) — LOM).

5. Powder Bed Fusion

Trata-se de uma fusão seletiva das partículas do material usando uma fonte de energia térmica (laser). Assim que uma camada é fundida, uma nova é criada por meio da difusão de um pó sobre o topo do objeto. Entre as principais aplicações estão a sinterização direta a laser de metal (Direct Metal Laser Sintering — DMLS) e o derretimento seletivo a laser (Selective Laser Melting — SLM).

6. Binder Jetting

Um agente aglutinador é utilizado para unir seletivamente as partículas do material. A difusão de pó também é utilizada após a geração de cada camada do objeto.

7. Direct Energy Deposition

O material é fundido, enquanto é depositado, por meio da aplicação de energia térmica concentrada. Para isso, os sistemas podem utilizar técnicas baseadas em fio metálico ou camas de pó. Um exemplo de aplicação é a fusão de feixes de elétron (Electron Beam Melting — EBM).

Os impactos positivos e as perspectivas para a indústria

Como você pôde notar, a variedade de métodos mostra que a AM traz benefícios significativos para uma vasta gama de aplicações. Dentre os mais relevantes, podemos destacar:

• tempo de comercialização reduzido e rápida adaptação às exigências do mercado em constante mudança;

• personalização do produto com flexibilidade total de design & construção;

• economia máxima nos materiais devido ao material ser adicionado e não subtraído como no processo de fabricação tradicional;

• produção próxima da forma final produz uma quantidade mínima de desperdício de material e redução das etapas de pós-processamento;

• necessidades mínimas de processos adicionais (maquinagem, por exemplo);

• redução do tempo e dos custos de fabricação;

• obtenção da peça diretamente do seu modelo 3D CAD (desta forma são desnecessários moldes ou ferramentas);

• grande potencial para design livre (sem as limitações de design da fabricação tradicional);

• promoção de design para personalizar, para funcionalidade e para redução de peso;

• densidade total das peças finais (sem porosidade residual);

• possibilidade de fabricar canais de formas livres, cavidades internas, paredes finas, bem como formas diferentes ou estruturas (leves) reticulares;

• tecnologia mais sustentável, amiga do ambiente, sendo mais generalizada e versátil.

São fatores que implicam diretamente em mudanças significativas para a dinâmica de produção da indústria. Não é à toa que o número de países explorando a tecnologia tem crescido rapidamente nos últimos anos. Nos Estados Unidos, por exemplo, a fabricação em 3D se tornou um assunto de prioridade nacional.

Há alguns anos, governo norte-americano lançou o National Additive Manufacturing Inovate Institute (NAMII). O objetivo é coordenar e financiar projetos de pesquisa em tecnologias AM. Grandes potências asiáticas também estão se movimentando — hoje, cerca de 30% dos sistemas industriais de AM está instalados na região asiática do Pacífico.

Na Europa, a utilização da AM com pós-metálicos é um domínio industrial em ascensão, como demonstrado no crescimento do financiamento de projetos desse tipo pelo European Framework Programme. Isso demonstra que o Brasil precisa se inserir no cenário de inovação tecnológica e desenvolver suas próprias estratégias de utilização da AM.

Entre outras tendências que a tecnologia traz para a indústria, temos a perspectiva de um aumento exponencial nos próximos anos. Nesse sentido, o setor brasileiro deve se movimentar para que não fique para trás nessa onda de desenvolvimento tão relevante.

Como você pôde ver, a impressão 3D não é simplesmente uma tecnologia para uso artesanal. Seus impactos já podem ser sentidos pela indústria mundial e devem crescer ainda mais nos próximos anos. Em pouco tempo, ela pode alcançar o patamar de ser um dos pilares da Indústria 4.0!

Se quer saber como a impressão 3D pode beneficiar sua empresa no seu nicho específico de atuação, entre em contato com o Instituto Atlântico. Nossos especialistas em pesquisa e inovação tecnológica certamente poderão de ajudar!