Quais são os tipos de Impressão 3D?

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Quais são os tipos de Impressão 3D?

Nem todas as impressoras 3D usam a mesma tecnologia. Existem várias maneiras de imprimir e todas as disponíveis são aditivas, diferindo principalmente na forma como as camadas são construídos para criar o objeto final.
Alguns métodos utilizam fusão ou material amolecido para produzir as camadas. Sinterização seletiva a laser (SLS) e modelagem por fusão e deposição (FDM) são as tecnologias mais comuns que utilizam este modo de impressão 3D. Outro método é quando falamos de cura de uma resina foto-reativa com um laser UV ou outra fonte de energia. A tecnologia mais comum que usa este método é chamada estereolitografia (SLA).

Para ser mais preciso: desde 2010, a American Society for Testing and Materials (ASTM) group “ASTM F42 – Additive Manufacturing”, desenvolveu um conjunto de normas que classificam o Processo de Manufatura Aditiva em 7 categorias   de acordo com a terminologia padrão para  Tecnologias de Produção Aditiva . Estes sete processos são os seguintes:

1-Vat Photopolymerisation

2-Material Jetting

3-Binder Jetting

4-Material Extrusion

5-Powder Bed Fusion 

6-Sheet Lamination

7-Directed Energy Deposition

Abaixo você encontrará uma breve explicação de todos os sete processos de impressão 3D:

1-Vat Photopolymerisation

Uma impressora 3D com base no método de cuba fotopolimerização tem um recipiente cheio com resina de fotopolímero que é então endurecido com uma fonte de luz UV.

vat-photopolymerisation

esquemas Vat phtopolymerization. Fonte da imagem: lboro.ac.uk

A tecnologia mais utilizada neste processo é estereolitografia (SLA) . Esta tecnologia emprega uma cuba de resina que é curável por raios ultravioleta.  Um laser ultravioleta constrói cada camada do objeto uma de cada vez fazendo a cura do fotopolímero líquido. Para cada camada, o feixe de laser traça uma secção transversal de parte do padrão sobre a superfície da resina líquida. A exposição aos raios ultravioleta do laser de luz cura e solidifica o padrão traçado sobre a resina e se une à camada inferior.

Depois de feita a camada, a plataforma do elevador SLA desce por uma distância igual à espessura de uma camada, geralmente cerca de 0,05 mm a 0,15 mm . Em seguida, passa uma lâmina de varredura deixando a seção da peça novamente cheia de resina liquida, refazendo uma nova camada com o material liquido. Nesta nova superfície de líquido, o padrão da nova camada é feito, juntando-se a camada anterior. Desta forma e em sucessivas camadas o objeto 3D vai sendo formado. A estereolitografia requer a utilização de estruturas(suportes que servem para fixar a peça  na plataforma do elevador pois o objeto flutua na bacia cheia com resina de líquida. Os suportes são removidos manualmente após o objeto ficar pronto.

Esta técnica foi inventada em 1986 por Charles Hull, proporcionando a ele a fundação de sua empresa, a 3D Systems.

Outras tecnologias que utilizam Vat Photopolymerisation são o mais novo e ultra-rápida  CLIP (Continuous Liquid Interface Production) e marginalmente usado mais antigamente Film Transfer Imaging and Solid Ground Curing..

 

2-Material Jetting

Neste processo, o material é aplicado de forma pressurizada em gotas através de micro bicos muito pequenos, semelhante ao modo como uma impressora de papel comum de jato de tinta trabalha. É aplicada camada por camada em uma plataforma de construção e em seguida endurecendo o mesmo por luz UV formando assim um objeto em 3D .

material-jetting

Esquema do sistema de impressão Fonte da imagem: custompartnet.com

3-Binder Jetting (utilizado para impressão de metais)

Com Binder Jetting dois materiais são utilizados: material de base em pó (pode ser metal) e um aglutinante líquido. Na câmara de desenvolvimento, o pó é espalhado em camadas iguais e o aglutinante é aplicado por meio de bicos através de jatos  “colando” as partículas de pó na forma do objeto 3D que foi programado. O objeto acabado é “como um aglomerado de partículas coladas umas as outras” pelo aglutinante e permanece no recipiente com o material de base em pó. Após a impressão concluída, o pó restante da mesma é removido e usado para 3D imprimir o próximo objeto. Esta tecnologia foi desenvolvida no Instituto de Tecnologia de Massachusetts em 1993 e em 1995 a AZ Corporation obteve uma licença exclusiva.

binder-jetting

O vídeo a seguir mostra uma impressora 3D baseada nesta tecnologia, o ExOne M-Flex. Esta impressora 3D usa metal em pó e cura depois que o material de ligação é aplicado.

 

4-Material Extrusion 

A tecnologia mais utilizada no presente processo e a que mais abordaremos da Escola de Impressão 3D é a modelagem por fusão e deposição ou simplesmente conhecida como “FDM”

modelagem por fusão e deposição (FDM), um método de prototipagem rápida: 1 – bico de injeção de material fundido (plástico), 2 – material depositado (parte modelada), 3 – mesa móvel. Fonte da imagem: Wikipedia, feita por Zureks usuário abaixo CC Attribution-Share Alike Licença Internacional 4.0.

A tecnologia  FDM  funciona da seguinte maneira: um filamento de plástico ou até mesmo de metal é disposto em um carretel de onde o filamento é puxado por um sistema tracionador que o leva até um bico extrusor aquecido, o qual derrete o material durante o processo de impressão. A máquina respeita as coordenadas geradas através de um software de fatiamento e movimenta-se nos eixos X Y Z e o sistema de extrusão que é o E. Nesse sistema o objeto 3D é gerado através de camada sobre camada de material derretido e fundido.

FDM foi inventado por Scott Crump no final dos anos 80. Depois de patentear esta tecnologia ele começou a empresa Stratasys em 1988.

O termo  FDM (modelagem por fusão e deposição) está registrado por Stratasys Inc. O termo equivalente FFF (fabricação por filamento fundido), foi inventado pelos membros do projeto RepRap para dar uma nomenclatura ao sistema que seria legalmente sem restrições na sua utilização.

5-Powder Bed Fusion

A técnica mais habitualmente utilizada neste processo é a sinterização seletiva a laser (SLS)

sinterizacao-seletiva-a-laser

SLS esquemática do sistema. Fonte da imagem: Wikipedia de usuário Materialgeeza sob Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Esta tecnologia utiliza um laser de alta potência para fundir pequenas partículas de plástico, de metal, pós de cerâmica ou vidro, em uma massa que tem a forma tridimensional desejada. O laser funde seletivamente o material em pó, digitalizando as seções transversais (ou camadas) geradas pelo programa de modelagem 3D sobre a superfície de um leito de pó. Após cada corte transversal o mesmo é digitalizado, o leito em pó é reduzido por uma espessura da camada. Em seguida, uma nova camada de material é aplicado em cima e o processo é repetido até que o objeto seja concluído.

Todo o pó intocado permanece como está e torna-se uma estrutura de suporte para o objeto. Portanto, não há necessidade de qualquer estrutura de apoio sob o modelo, que é uma vantagem da SLS sobre SLA. Todo o pó não utilizado pode ser usado para a impressão seguinte. SLS foi desenvolvida e patenteada pelo Dr. Carl Deckard na Universidade do Texas, em meados dos anos 1980, sob o patrocínio da DARPA.

6-Sheet Lamination

Laminação de folhas envolve material em folhas, que está vinculado, juntamente com um processo externo ou interno dependendo do tipo de máquina. As folhas podem ser de metal, papel ou em forma de polímero. As folhas de metal são soldadas em conjunto por soldas ultra-sónicas em camadas e, em seguida, usinado em CNC na forma adequada. O processo também pode utilizar folhas de papel coladas com um adesivo com camadas cortadas de forma precisa, formando o modelo colorido e com um visual bem realista. Uma empresa líder neste campo é  Mcor Technologies .

No video abaixo uma pequena amostra da impressora Mcor que utiliza papel(utiliza folhas A4) na impressão de peças realistas.

 

modelo simplificado da folha de ultra-som | impressão de metal 3D. Fonte da imagem: Wikipedia de usuário Mmrjf3 compartilhada sob Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Veja aqui um vídeo de uma impressora 3D de chapa de metal por Fabrisonic que utiliza manufatura aditiva juntamente com usinagem CNC:

 

7-Directed Energy Deposition

Este processo é usado principalmente na indústria de alta tecnologia de metais e em aplicações de fabricação rápida. A máquina de impressão em 3D é normalmente ligada a um braço robótico multi-eixo, a mesma é equipada com um bocal responsável por fazer o depósito de pó metálico ou de fio metálico sobre uma superfície e uma fonte de energia (de laser, feixe de eletróns ou com arco de plasma) que o derrete, formando um objeto sólido em 3D.

deposicao-por-energia-direta

Deposição de Energia direta com pó metálico e de soldagem a laser. Fonte da imagem: projeto Merlin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sciaky é uma grande empresa de tecnologia nesta área e aqui está a sua apresentação em vídeo mostrando a fabricação aditiva com feixe de elétrons  :

 

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