Que impressora 3D escolher?

As impressoras 3D são máquinas de fabrico aditivo, ou seja, criam objetos camada por camada, mediante a adição de material, a solidificação de um líquido ou a aglomeração de um pó. Enquanto as máquinas-ferramentas convencionais fabricam uma peça removendo material por maquinagem, esta tecnologia utiliza o método inverso: cria objetos adicionando camadas de material. Para além de reduzir os tempos de produção, quando comparada com os processos de maquinagem convencionais, oferece uma excelente precisão na execução de formas complexas.

Ao contrário da moldagem e da fundição, em que antes é necessário fabricar o molde onde será vazado o material para produzir as peças, as impressoras 3D trabalham diretamente a partir de um modelo digital que é “fatiado”, correspondendo cada “fatia” a uma camada de material.

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Que materiais são utilizados na impressão 3D?

Filamento PET para impressora 3D da marca Makerbot
Filamento PET para impressora 3D da marca Makerbot

Os materiais variam consoante o tipo de impressora 3D. O quadro abaixo apresenta os materiais mais utilizados com as diferentes tecnologias de impressão (encontrará uma descrição dessas tecnologias na secção seguinte):

 

Apresentação do material Tipo de material Tecnologia de impressão Âmbito de utilização Particularidades Aspeto da peça final
Filamento PLA (polímero de origem vegetal) FDMFFF Público em geral
Uso profissional
Compatível com alimentos Rugosa
ABS (termoplástico) Propriedades mecânicas superiores às do PLA
PET (plástico poliéster translúcido) Boa resistência mecânica
Poliamida SLS Prototipagem Ótimo nível de detalhe
Compatível com alimentos
Cerâmica, vidro SLS
BJ (Binder Jetting)
Laboratórios de investigação
Design
Compatível com alimentos
Alumide (mistura de poliamida e alumínio) DMLS
EBM
Prototipagem Boas propriedades mecânicas
Titânio, aço inoxidável, alumínio, cobalto, ferro, bronze, etc. Prototipagem
Pequenas séries
Aeronáutica
Indústria automóvel
Boas propriedades mecânicas
Prata, platina, ouro, etc. Joalharia
Líquido Cera SLA
DLP
PolyJet
MJM
Joalharia
Odontologia
Modelismo
Ótimo nível de detalhe
Frágil
Lisa
Resina polimérica Prototipagem
Pequenas séries
Setor médico
Lisa
Tingida diretamente na massa

 

Atualmente, há investigadores a trabalhar no sentido de substituir materiais como o ABS, fabricado à base de produtos petrolíferos, e o PLA, produzido a partir da agricultura intensiva, por materiais mais ecológicos, por exemplo à base de argila, de lama, de pasta de madeira, de cereais de produção local (VGA) ou ainda de algas marinhas (SWF). No sector da construção e da engenharia civil, estão também a surgir impressoras 3D capazes de trabalhar com determinadas argamassas.

Quais são as principais técnicas de impressão 3D?

 

Tecnologia de impressão Princípio de funcionamento Comentário
FDM (Fused Deposition Modelling)
Modelagem por fusão e deposição
A impressora 3D FDM aquece um filamento (PLA, ABS, PET, etc.) a fim de torná-lo moldável, e deposita-o em camadas sucessivas sobre uma base.
Quando a peça possui partes frágeis, como saliências, (por exemplo, uma plataforma sobre um pé estreito), são necessárias estruturas de suporte, que deverão ser removidas após a fabricação do objeto.
São impressoras destinadas ao público em geral. Podem ser utilizadas para fabricar protótipos ou, por exemplo, peças individuais para o serviço pós-venda.
As peças finais podem apresentar um bom nível de precisão, dependendo da impressora, mas para produzir peças complexas, aconselhamos que opte pela tecnologia SLS.
FFF (Fused Filament Fabrication)
Fabrico com filamento fundido
SLS (Selective Laser Sintering)
Sinterização seletiva a laser
A impressora usa um laser para sinterizar, ou seja, para aquecer, aglomerar e solidificar, materiais em pó (poliamida, cerâmica, vidro, etc.), camada por camada, produzindo peças com um elevado nível de detalhe.
Não precisa de estruturas de suporte para fabricar peças com geometrias complexas ou com partes frágeis, dado que estas últimas são sustentadas pelo pó solto, isto é, que não foi utilizado na composição do objeto.
Em geral, as peças fabricadas apresentam uma textura granulada, devendo posteriormente ser sujeitas a um processo de polimento para se obter um bom acabamento.
Os objetos fabricados em impressoras SLS apresentam boas propriedades mecânicas.
DMLS (Direct Melting Laser Sintering)
Sinterização direta de metais por laser
Este tipo de impressora 3D usa um laser que sinteriza o material em pó (aço, inox, liga crómio-cobalto, alumínio, titânio, etc.), camada por camada, produzindo peças com um elevado nível de detalhe. Estas impressoras são cada vez mais utilizadas em indústrias de ponta, como as indústrias aeronáutica, automóvel e médica.
Implicam um investimento inicial significativo, bem como elevados custos de manutenção, mas permitem produzir peças muito complexas, com propriedades mecânicas comparáveis às das peças obtidas de forma tradicional (por maquinagem ou fundição).
EBM (Electron Beam Melting)
Fusão por feixe de eletrões
A impressora 3D EBM usa um feixe de eletrões que sinteriza o material em pó (aço, liga crómio-cobalto, alumínio, titânio, etc.), camada por camada, produzindo peças complexas impossíveis de fabricar de outra forma. O processo de fabricação é realizado a vácuo, o que impede a oxidação do pó não solidificado. Como tal, este pó pode ser reutilizado de imediato.
Esta tecnologia só pode ser utilizada para materiais condutores. É mais rápida mas um pouco menos precisa do que a sinterização a laser (DMLS).
SLA (Stereolithography)
Estereolitografia
A impressora 3D SLA usa um raio laser ultravioleta para aquecer e solidificar a resina. Permite fabricar peças com elevada precisão e ótimo acabamento de superfície.
É uma técnica particularmente interessante pela sua velocidade de trabalho, tanto na prototipagem, como no fabrico de moldes.
DLP (Digital Light Processing)
Processamento digital de luz
Esta tecnologia utiliza um projector que não precisa de se deslocar horizontalmente, tornando esta impressão mais rápida do que a SLA.
Polyjet A impressora Polyjet combina a emissão de luz UV com a projeção de microgotas de material fotopolimérico, que vai endurecer sob o efeito da luz ultravioleta. Esta técnica permite combinar diferentes materiais, inclusive com propriedades mecânicas distintas, em função das necessidades (como materiais rígidos e flexíveis, por exemplo).
É utilizada em várias áreas, desde o fabrico de brinquedos à indústria aeroespacial.
MJM (Multi Jet Modeling)
Modelagem por jato múltiplo
Esta impressora projeta material líquido, que se solidifica ao arrefecer. Possui várias cabeças de impressão, uma das quais tem por função criar o suporte (por exemplo, em cera) ao mesmo tempo que a peça. Permite fabricar objetos de alta precisão e eventualmente multimateriais, dependendo do número de cabeças de impressão.
É uma técnica muito usada em joalharia no fabrico de moldes, bem como na construção e em engenharia civil.
BJ (Binder Jetting)
Jato de aglutinante

Powder Binding
Impressão 3D por jato de tinta

A impressora pulveriza um agente ligante, a que se pode adicionar cor, sobre um pó depositado camada por camada. É uma técnica que permite criar peças das cores desejadas e com geometrias complexas. No entanto, é necessário retirar o pó em excesso por sopragem ou por aspiração.

Quais as principais aplicações das impressoras 3D?

Impressora 3D da marca HP
Impressora 3D da marca HP

As primeiras impressoras 3D foram utilizadas no setor industrial para criar protótipos, mas o seu uso rapidamente se expandiu às áreas médica e odontológica para a bioimpressão (formação de estruturas celulares) e para o fabrico de próteses.

As indústrias ligadas aos transportes, nomeadamente no setor aeronáutico, aeroespacial, automóvel e do transporte marítimo, estão também a utilizar cada vez mais a impressão 3D para produzir peças mais leves com características equivalentes e, por vezes, superiores, em relação a peças fabricadas de modo convencional.

Também em arquitetura e em engenharia civil se tornou comum o recurso à impressão 3D para fabricar não só maquetes, como ainda edifícios e outras estruturas, tais como pontes.

Quais as principais vantagens da impressão 3D?

A principal vantagem da impressão 3D é permitir criar um objeto diretamente a partir de um ficheiro CAD (ficheiro 3D criado, por exemplo, por um gabinete de projeto) utilizando uma quantidade mínima de material, ao contrário das máquinas-ferramentas convencionais, que geram muitos desperdícios que depois é necessário reciclar. Além disso, a inexistência de lubrificação no processo de fabrico reduz bastante os riscos de poluição no ambiente de trabalho.

Uma outra vantagem da impressão 3D prende-se com a capacidade de produzir peças com geometrias muito complexas, que dificilmente se conseguiria executar através de processos convencionais (como a maquinagem, o forjamento ou a fundição). De notar, ainda, que é possível realizar peças cada vez maiores com impressoras 3D. A impressão 3D, inicialmente destinada à prototipagem, permite agora a chamada “personalização em massa”, dado ser capaz de fabricar peças com ligeiras diferenças, assim como pequenas séries a preços competitivos. Graças à impressão 3D de alta velocidade, os tempos de produção são cada vez mais curtos, abrindo a possibilidade de produção de séries médias ou grandes num futuro próximo.

O aspeto das peças constitui uma das poucas limitações da impressão 3D. Se forem peças que ficam à vista, deverão passar por uma fase de polimento após o fabrico. Contudo, se não ficarem visíveis (como no caso de pinhões de engrenagens), não é necessário um acabamento perfeito, podendo ser utilizadas conforme saem da impressora.

Vantagens da impressão 3D

  • redução dos custos de produção
  • maior rapidez de fabrico
  • redução de erros
  • produção por encomenda

Quais são as tendências do mercado?

Impressora 3D da marca Shining 3D
Impressora 3D da marca Shining 3D

O mercado da impressão 3D está em plena evolução. As primeiras impressoras 3D estavam limitadas ao uso de um único material e eram concebidas para produzir objetos de dimensões muito pequenas. Além disso, as peças apresentavam propriedades mecânicas relativamente fracas. Atualmente, estão a surgir impressoras multimateriais, bem como impressoras capazes de produzir objetos de dimensões consideráveis. São expectáveis avanços da impressão 3D em áreas tão diversas como a medicina, a indústria e a arquitetura. Em breve, estas máquinas deverão conseguir criar órgãos para transplante, mas também produtos multimateriais prontos a usar. Um dos segmentos de mercado mais promissores para a impressão 3D é o das reparações. Há já grandes fabricantes de eletrodomésticos a disponibilizar peças de reposição obtidas através destas técnicas.

Assistimos também ao aparecimento de equipamentos híbridos constituídos por máquinas CNC com cabeças de impressão 3D, que utilizam, por exemplo, o processo WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), um processo de fabrico aditivo com soldadura por deposição que permite produzir, nomeadamente, peças em titânio.

O mercado das impressoras 3D destinadas ao público em geral está também a crescer rapidamente e representa um segmento bastante importante para os fabricantes. No entanto, é possível que venha a encontrar a concorrência dos Fab Labs, que oferecem consultoria e serviços complementares à comercialização de impressoras 3D.

Na área industrial, têm surgido impressoras capazes de operar com materiais altamente técnicos e de produzir peças de grandes dimensões. Hoje em dia, os fabricantes não se limitam a disponibilizar os equipamentos, oferecem ainda serviços de impressão 3D. Nesses centros de impressão, os utilizadores podem explorar diferentes técnicas de impressão sem ter de suportar os custos de investimento nas máquinas.

Quanto custa uma impressora 3D?

Para se comparar os preços das impressoras 3D, há que separar as máquinas concebidas para o público em geral das máquinas industriais. Diferenciam-se pelo volume de impressão, a precisão, a velocidade de impressão, o nível de ruído e os materiais com que trabalham.

É possível encontrar impressoras FDM para uso geral a partir de 300 €, capazes de imprimir objetos em PLA, utilizando um único filamento, com um volume máximo de 200 x 200 x 200 mm e uma precisão de 100 mícrones.

Quanto às impressoras FDM profissionais, encontramos equipamentos no mercado a partir de 4 000 € que podem imprimir objetos em PLA ou ABS, utilizando dois ou mais filamentos, com um volume máximo de 200 x 200 x 300 mm e uma precisão de 50 mícrones.

Se pretender adquirir uma impressora estereolitográfica, deverá prever entre 10 000 € e 150 000 €.

Já o custo das impressoras capazes de criar peças metálicas eleva-se a mais de 100 000 €.