Frequentemente nos deparamos com notícias relacionadas ao uso de impressão 3D e esse assunto tornou-se evidente nos últimos anos em decorrência de suas inúmeras aplicações e vantagens. Mas afinal, a impressão 3D é uma tecnologia recente?
Por incrível que pareça a primeira impressora 3D operante foi inventada pelo engenheiro norte-americano Chuck Hull em 1984. Contudo a primeira pessoa a descrever e registrar o comportamento da formação de objetos por camadas foi o advogado japonês Hideo Kodama do Instituto Industrial de Investigação de Nagoya. Sendo que essa técnica de prototipagem rápida por camadas foi nomeada de estereolitografia (stereolithografy – SLA).
Utilizado a tecnologia da estereolitografia, Chuck Hull criou a impressora 3D e em 1986 patenteou a SLA. Mais tarde, em 1988, Carl Deckard, da Universidade do Texas, patenteou a SLS (sinterização seletiva a laser), tecnologia similar a qual realiza a impressão 3D a partir do pó. Alguns anos depois, a tecnologia de FDM (modelagem por fusão e deposição) foi patenteada por Scott Crump, dessa forma ela é considerada a terceira tecnologia para impressão 3D. Sendo assim, essas tecnologias foram as precursoras, e ainda utilizadas, daquelas que conhecemos hoje.
Esse tipo de tecnologia possibilitou a rápida impressão em partes de plásticos, mostrando logo de início uma de suas principais vantagens, sendo assim era possível reduzir o tempo de fabricação, sendo que o processo normal despendia aproximadamente 6 meses e as peças precisavam de correção devido a problemas de manufatura.
Conforme a tecnologia foi avançando e tornando-se mais popular, o preço da impressora 3D tornou-se mais acessível. Atualmente, é possível adquirir uma impressora 3D, dependendo do modelo, por um valor inferior a US$ 1 mil, enquanto nos anos 90, uma impressora 3D tinha custos muito elevados (cerca de US$ 1 milhão).
O funcionamento e as vantagens da impressão 3D
A impressão 3D está sustentada em três pilares, sendo eles hardware, software e materiais a serem utilizados. Dessa forma o processo tem início com a concepção do modelo a ser fabricado em um software de CAD e posteriormente deve ser inserido no software da impressora, com todas as dimensões definidas do objeto. A partir daí, começa o processo de impressão, que varia conforme os tipos de impressoras 3D e o material que será utilizado.
Figura 1: Funcionamento de uma impressora 3D
Diante das suas características desenvolvidas ao longo do tempo e de seu funcionamento, hoje a impressão 3D apresenta uma grande variedade de vantagens, em especial para as empresas, as quais utilizam desse recurso para a fabricação de peças e protótipos. Dessa forma elas encontram na impressão 3D grandes oportunidades para a melhora de seus produtos e serviços, bem como a solução de problemas históricos que até então não possuíam soluções viáveis. Dentre suas vantagens, podemos destacar as seguintes:
Velocidade de fabricação
Uma vantagem indiscutível nesse tipo de processo é a velocidade com que é possível operar. Em médias a velocidade de fabricação dos produtos é cerca de 25 a 100 vezes mais rápida se comparada a outros métodos.
Redução de custos, de materiais e de tempo
Diferente de métodos que utilizam a remoção de material, a impressão 3D possibilita a deposição de material e assim utiliza-se a quantidade ideal de matéria prima, além disso é possível imprimir peças complexas em uma única vez. Um setor que utiliza desse recurso é a indústria aeroespacial. Uma vez que as matérias primas utilizadas nesse segmento são, em geral, extremamente caras, a impressora 3D ajuda a reduzir custos e desperdícios. Além disso, a precisão apurada na confecção possibilita que sejam encaixadas com exatidão peças de manutenção e substituição, o que contribui para reduzir tempo com correções e ajustes.
Precisão no detalhamento da prototipagem
Uma prática comum realizada pelas indústrias é a utilização da técnica de confeccionar protótipos a partir da impressão 3D. Entretanto, recentemente, devido ao avanço dessa tecnologia esses protótipos apresentam qualidade e precisão semelhantes às versões finais.
A prototipagem em 3D possibilita às empresas a criação de peças mais realistas, em que os erros se tornem mais previsíveis e assim é possível garantir que suas criações alcancem o mercado com maior velocidade.
Versatilidade da máquina para diferentes materiais
A manufatura comum exige diferentes equipamentos para diferentes materiais. Já na impressão 3D é possível trabalhar em apenas um processo com matérias primas diversas, como é o caso da tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling). Nesse processo o filamento do material termoplástico ainda sólido e inserido em um bocal aquecido, sendo dessa forma derretido no processo. Em seguida a impressora percorre um caminho predeterminado depositando o material em uma plataforma de construção, onde o filamento resfria e se solidifica formando o objeto sólido.
(imagem)
Exclusividade e personalização das peças
A exclusividade e personalização são fatores que diferenciam as empresas quando os clientes procuram determinados produtos e serviços, e isso é mais uma das vantagens que a impressão 3D possibilita ao usuário dessa tecnologia. Diante desse cenário, os segmentos que mais se beneficiam com esse processo são os de confecções e joias.
Em 2015, a Adidas desenvolveu o Futurecraft, iniciativa que se propõe a produzir tênis de corridas com solados impressos em 3D, conforme as medidas do cliente. O consumidor corre sobre uma esteira, que capta as características de seu pé e, a partir desses dados, a impressora imprime um solado personalizado para o cliente.
Facilidade de armazenamento e maior mobilidade de produção
Os filamentos ou pós são os materiais mais utilizados na impressão 3D, dessa forma o armazenamento e transporte torna-se mais simples se comparados aos materiais que são constituídos por peças inteiras. Outra vantagem está relacionada com a forma compacta e dimensões menores da impressora 3D, o equipamento pode ser colocado em espaços menores que os requeridos por outros equipamentos.
Assim, as indústrias podem mudar de lugar, deixando os polos e ocupando locais mais próximos do consumidor, em regiões centralizadas. Também podem se localizar em pontos estratégicos, onde seus produtos apresentam alta demanda, como aeroportos, portos, rodoviárias e assim por diante. Dessa forma essas peculiaridades contribuem para a redução do custo de mão de obra, estocagem e transporte, favorecendo a logística das empresas.
Aplicações
Diante das vantagens da utilização de impressão 3D, hoje existe uma infinidade de aplicações que vão desde o setor aeronáutico e automobilístico, até chegar na área médica.
No setor aeronáutico uma das aplicações está na fabricação de divisórias de cabine incrivelmente fortes, contudo leve, para um dos aviões mais populares do mundo, o Airbus A320. Na Figura 1 pode-se observar uma estrutura de treliça dessa divisória impressa utilizando impressão 3D, apesar de parecer aleatória ela é otimizada para ser forte e leve.
Figura 2: Estrutura treliça fabricada com impressão 3D.
No setor automobilístico as aplicações vão desde protótipos 3D, os quais proporcionam a realização de teste para que o produto final tenha alta qualidade com uma efetividade muito maior, até o desenvolvimento de peças que tenham saído de linha e necessitam de reposição nos veículos de colecionadores, por exemplo.
Na área médica, o uso de impressão 3D tem sua aplicação em moldes e implantes de titânio e em próteses. Outra aplicação está na confecção de órgãos humanos para análise de cirurgias. Médicos de um hospital de Nova York, nos Estados Unidos, criaram uma réplica de um coração de uma criança que possuía falhas estruturais e funcionais. Devido ao grande risco dessa intervenção essa replica auxiliou no detalhamento e os passos dessa cirurgia de forma precisa, salvando a vida dessa criança. Na Figura 2 é possível observar essa réplica do coração da criança operada.
Figura 3: Protótipo de coração impresso em 3D para estudo de caso de criança de 2 anos.
Vimos que a tecnologia aplicada na impressão 3D tem mais de 30 anos, porém a evolução dos três pilares da impressão 3D, hardware, software e matérias proporcionaram uma infinidade de aplicações, influenciando diretamente na redução de custo e tempo com um ganho de qualidade de produtos e serviços. Além disso, essa tecnologia possibilitou a solução de determinados problemas até então não solucionados ou inviáveis de serem solucionados sem a impressão 3D.
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