A manufatura aditiva usualmente conhecida como impressão 3D é uma série de tecnologias que tem evoluído e chamado muito atenção. Este é um dos pilares mais importantes de indústria 4.0
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O que significa manufatura aditiva?
Este é mais um avanço tecnológico causado pela transição dos processos analógicos para os digitais. Nas últimas décadas, comunicações, imagem, arquitetura e engenharia passaram por suas próprias revoluções digitais. Agora, a MA está trazendo a flexibilidade do digital e a eficiência para operações de manufatura ou fabricação.
O processo de manufatura aditiva, a MA, usa software CAD ou scanners de objetos 3D para direcionar a máquina para colocar material, camada sobre camada, em formas geométricas muito precisas. A manufatura aditiva adiciona material para criar um objeto, o contrário da manufatura subtrativa que retira material com outras tecnologias como fresagem, usinagem, entalhe, modelagem ou outros meios.
Os termos “impressão 3D” e “prototipagem rápida” costumam ser usados como sinônimos para MA, mas na verdade se tratam de partes desta forma de construir as coisas.
Apesar de parecer nova para muitas pessoas, este conjunto de tecnologias está presente em nossas vidas há muitos anos e faz parte do que é a indústria 4.0.
História da manufatura aditiva
Apesar de parecer bem recente, o princípio básico do que é a manufatura aditiva surgiu ainda na década de 1980, no Japão. Foi o pesquisador Hideo Kodama quem desenvolveu a ideia de imprimir um objeto tridimensional a partir de uma tecnologia de polímero fotoendurecido.
Doze anos mais tarde, o Massachusetts Institute of Technology (MIT) transformou a ideia do pesquisador japonês em realidade, desenvolvendo o processo de leito de pó, técnica utilizada na impressão 3D. Os desenhos virtuais, desenvolvidos em softwares CAD, foram sendo incorporados ao longo dos anos seguintes, dando origem a objetos criados a partir da impressão por camadas.
Se a manufatura aditiva hoje representa avanços tecnológicos, você pode estar se perguntando: mas existe algum outro processo? Como era feito antes? A resposta é a manufatura subtrativa. Nessa produção, é preciso retirar o material de um bloco para chegar no item desejado.
Um exemplo disso acontece na indústria de fundição, em que se cria um molde com canais ou furos por onde a liga metálica em estado líquido é despejada. Após o resfriamento, o molde é eliminado e dá lugar à peça.
Como a tecnologia funciona?
O termo sobre o qual estamos abordando se refere a tecnologias que criam objetos 3D, uma camada por vez, camadas bem finas, mais finas até que fios de cabelo. Cada camada sucessiva funde-se à camada anterior. Como comentamos logo no início, os objetos 3D são gerados digitalmente por um software CAD (computer-aided-design) usado para criar arquivos como STL. Na sequência, softwares conhecidos como fatiadores “cortam” o objeto em camadas muito finas com altura configurada pelo operador. Estas informações são normalmente apresentadas à máquina por código GCODE que orienta o caminho de um cabeçote de impressão, uma vez que deposita o material com precisão sobre a camada anterior. Ou, luz UV, ou um laser ou feixe de elétrons que endurece o material como resina 3d líquida. No momento em que os materiais esfriam ou são curados, eles se fundem para formar um objeto tridimensional.
Processos de manufatura aditiva
Extrusão de material
A extrusão de material é um dos processos de manufatura aditiva mais conhecidos. Termoplásticos enrolados em carreteis são extrudados através de um bico que é montado em um sistema de braço móvel, que é na verdade a impressora 3D. O bico se move horizontalmente e verticamente, permitindo que o material derretido seja depositado camada a camada. A aderência perfeita entre camadas acontece com o controle perfeito de temperatura.
Foto-polimerização
Com a fotopolimerização, o objeto é criado em um recipiente chamado VAT com a fotopolimerização de resina líquida. Este processo ocorre com a cura por luz ultravioleta UV com a ajuda de espelhos e laser ou máscara de display LCD ou DLP.
Indústria e aplicação
Aeroespacial
A MA permite a fabricação de partes mais leves com projetos de geometrias bem mais complexas que as tradicionais. A NASA mesmo já fez testes com injetores de foguetes impressos.
Automotiva
A prototipagem rápida se torna bem interessante com projetos de diversas partes como ligas de alumínio que são usadas em projetos de exaustão e partes para bombeamento. A fórmula 1 mesmo já tem usado muitas peças, inclusive encurtando tempo de produção que levava meses para alguns dias.
Medicina
Este é um campo muito vasto e a bioimpressão já é bastante usada. Tecidos já estão sendo produzidos e implantes cirúrgicos já são usados. Podemos ainda incluir guias cirúrgicos, próteses, orteses e muitos outros exemplos.
Indústria manufatureira e de consumo
O desenvolvimento de produtos, embalagens segue agora um nível muito superior. Não apenas em custo de produção, mas em tempo. O time to market é essencial e possibilita testes rápidos e pontuais.
Peças de reposição de maquinário obsoleto já podem ser produzidas, peças que antes precisavam ser importadas e em volume já podem ser produzidas dentro de grandes cervejarias…. Sim, você está entendendo corretamente. Existem núcleos de desenvolvimento internos que já criam suas próprias bibliotecas, economizando uma boa cifra.
Internet das coisas a IOT é o Ying do Yang da MA. Os cases, as carenagens fazem parte do corpo dos produtos embarcados.
Materiais usados
Metais
Cerâmica
Termoplásticos
Bioquímicos
Vantagens
Economia em Peso ou quantidade de material
O uso da engenharia de materiais e resistência de materiais, aliado a estruturas orgânicas em projetos, é possível eliminar um peso substancial, mantendo a força e a integridade da peça. É possível construir uma mesma peça com menos de 80% de material.
Economia em Tempo de produção
A manufatura aditiva é excelente para desenvolver protótipos em tempo recorde. Os objetos são projetados em software CAD 3D e enviados diretamente para as máquinas. Isto pode eliminar um tempo precioso em terceirização de serviços, máquinas caras e longo processo de produção de matrizes.
Produção de produtos de baixa escala
Hoje já podemos ver diversas fazendas de impressoras 3D no mundo, o que possibilita a fabricação de partes de pequena escala. Produção de objetos inovadores que antes exigiam o uso inviável de injetoras que é caro demais para pequenas produções ou projetos com baixo orçamento.
Complexidade de geometrias
A tecnologia permite que pessoas comuns, hobbistas ou engenheiros projetem peças que usem uma complexidade que não é possível usando outros métodos. É possível inclusive criar geometrias internas ou invisíveis aos olhos. Os projetistas não estão mais restritos às limitações das máquinas tradicionais e podem criar peças com maior liberdade de projeto.
