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Prototipagem 3D: Uma Visão Geral da Impressão de Protótipos 3D

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HITOP / Blogue / <a href="https://hitopindustrial.com/pt/impressao-de-prototipo-3d/" title="Prototipagem 3D: Uma Visão Geral da Impressão de Protótipos 3D">Prototipagem 3D: Uma Visão Geral da Impressão de Protótipos 3D

Longe vão os dias dos modelos feitos à mão. Hoje, se você deseja conquistar seus potenciais investidores, clientes ou gestores, precisa de um protótipo ou modelo tangível para mostrar a viabilidade e funcionalidade do produto. Isto pode ser cumprido usando impressao 3D para desenvolvimento de protótipo. Nada supera mais o valor de apresentação e o apelo de um produto do que um protótipo 3D. É fácil de fazer, acessível e traz uma série de outros benefícios. 

Aqui está uma visão geral da técnica de fabricação para você. 

O que é impressão de protótipo 3D?

Prototipagem 3D ou fabricação aditiva é uma ferramenta poderosa para prototipagem e inovação. O processo ajuda a criar modelos físicos de objetos tridimensionais e é amplamente utilizado para construir protótipos para design de produtos, engenharia e outras aplicações.

Em vez de remover materiais como nos métodos tradicionais (fabricação subtrativa), são adicionadas camadas de materiais (materiais, plástico, etc.). Isso o torna popular por vários motivos:

  • Criando geometrias complexas: Embora os métodos tradicionais enfrentem formas complexas ou recursos internos, a fabricação aditiva pode construí-los facilmente, camada por camada.
  • Flexibilidade e iteração: Precisa ajustar um design? Basta modificar o arquivo digital e imprimir uma nova versão. Este rápido ciclo de iteração é perfeito para testar e refinar protótipos rapidamente antes de iniciar a produção em massa.
  • Redução de desperdício e uso de materiais: Ao contrário dos métodos subtrativos que geram material residual, a fabricação aditiva utiliza apenas o material necessário para o objeto final. Isso pode ser mais eficiente e ecologicamente correto.

Tipos de impressoras 3D para prototipagem

Existem várias impressoras no mercado projetadas especificamente para lidar com o desenvolvimento de protótipos. Alguns deles incluem: 

FDM (Modelagem de Deposição Fundida)

Impressora 3D executando modelagem de deposição fundida com filamento amarelo, representando o processo de fabricação aditiva

Outro termo para esta tecnologia é fabricação de filamentos fundidos (FFF). A modelagem por deposição fundida é um processo que funciona para modelos básicos de prova de conceito, além da prototipagem rápida e de baixo custo de peças simples. Em comparação com outros métodos, a taxa de precisão e o poder de resolução são maiores. No entanto, deve ser evitado em projetos complicados. 

Materiais para impressão 3D FDM: ABS, PLA, PETG, Nylon, TPU, PVA, HIPS e Compósitos (fibra de carbono, kevlar, fibra de vidro). 

VantagensDesvantagens
Altamente acessívelResolução mais baixa
Fácil de fazerA qualidade não é muito alta
Não se preocupe com contaminaçãoA integridade estrutural não é alta
Usa uma ampla gama de materiais de filamentoOpções de cores limitadas

SLS (sinterização seletiva a laser)

Ilustração do processo seletivo de sinterização a laser com transição de design CAD para CAM e fabricação a laser

SLS, ou fusão de leito de pó a laser, derrete polímeros em pó em camadas com a ajuda de um laser. Você pode criar protótipos funcionais prontos para testes reais em motores e máquinas. Sua qualidade é incomparável em prototipagem rápida. Por exemplo, o náilon preenchido com fibra de carbono é construído com total atenção aos detalhes para que esteja pronto para enfrentar condições climáticas adversas.  

Materiais para sinterização seletiva a laser: Resinas Padrão, Resina Transparente, Resina Draft, Resinas Resistentes e Duráveis, Resinas Rígidas, Resinas de Poliuretano, Resina de Alta Temperatura, Resinas Flexíveis e Elásticas, Resina de Silicone 40A, Resinas Médicas e Odontológicas, Resina ESD, Resina Retardante de Chama (FR), Resina de Alumina 4N e Resinas para joias. 

VantagensDesvantagens
Impressão rápida de um grande volume de peçasDistorção devido ao encolhimento após a produção
As peças geradas são altamente flexíveis e precisasA superfície carece de suavidade
Não há necessidade de uma estrutura de suporteProblemas respiratórios devido ao uso de pó

Estereolitografia (SLA)

Diagrama de aparelho de estereolitografia com fotopolímero líquido de cura a laser para criar peças 3D camada por camada

A tecnologia de fotopolimerização utiliza uma fonte de luz UV para solidificar resinas fotossensíveis e construir protótipos intrincados, camada por camada, até que o modelo esteja pronto. É aplicável apenas para protótipos 3D de alta resolução. Você pode usá-lo para fazer peças mecânicas, modelos arquitetônicos, designs de joias e outros produtos de consumo.

Materiais para Estereolitografia: Nylon 12, Nylon 11, Compostos de Nylon, Polipropileno e TPU. 

VantagensDesvantagens
Superfície lisa com alto acabamento superficialNão é amigo do ambiente
Imprime geometria interna e externa com precisãoNão é possível imprimir impressões grandes
Tempo de impressão curtoPrecisa de cura após cada impressão 

Polimerização de dois fótons (TPP)

Esquema da configuração de polimerização de dois fótons com laser de femtosegundo e estágio de posicionamento XYZ de precisão.

Como uma tecnologia de microimpressão, o TPP pode imprimir peças menores que 0,1 mícron. Ele usa uma resina fotossensível e um laser pulsado de femtosegundo apontado para uma resina especial. Este laser converte pequenos pedaços de líquido em pedaços sólidos, construindo um objeto 3D camada por camada. Isso permite criar objetos detalhados que podem ter alguns milímetros de tamanho com detalhes nanométricos.

O TPP encontra aplicação em aplicações médicas, pesquisa e fabricação de peças minúsculas, como eletrodos de tamanho micro e sensores ópticos.

Materiais para Polimerização de Dois Fótons: resinas poliméricas líquidas

VantagensDesvantagens
Resolução incomparávelVelocidade de impressão lenta
Fabricação 3D direta. Não há necessidade de estruturas de suporteEquipamento caro
Versatilidade de materiaisSeleção limitada de materiais
Impacto térmico mínimoVolume de construção limitado

Processamento Digital de Luz (DLP)

Configuração do projetor de processamento digital de luz (DLP) em uma sala de controle com equipamento eletrônico associado

Na impressão 3D DLP, um projetor de luz digital é utilizado para exibir uma imagem de cada camada. Acontece sobre uma camada de resina. O DLP é uma escolha comum para produzir peças maiores ou múltiplas peças em um único lote, pois proporciona um tempo consistente, independentemente do número de peças. 

O processamento digital de luz é aplicável em displays estáticos, interativos e também em usos de segurança, médicos e industriais.

Materiais para processamento digital de luz: resinas termoplásticas, metais e resinas curáveis por ultravioleta

VantagensDesvantagens 
Alta precisão e detalhesVolume de construção limitado
Velocidades de impressão rápidasCausa voxelização
Ampla gama de materiaisBagunça de resina
Relativamente acessívelCausa voxelação

Tela de cristal líquido (LCD)

Ilustração de um processo de impressão 3D baseado em LCD com projeção de camadas sequenciais e estágios de elevação

Isso é quase semelhante ao Processamento Digital de Luz (DLP). Porém, a diferença está na utilização do LCD para o primeiro. Além disso, a razão pela qual seu preço é mais alto. Assim como o DLP, a tela LCD exibe uma imagem digital composta por pequenos pontos quadrados. O tamanho desses pontos na tela decide o quão elaborada será a impressão. 

Materiais para display de cristal líquido: materiais compósitos

Vantagens Desvantagens
Alto detalhe e resoluçãoVolume de construção limitado
Velocidade de impressão mais rápidaImpressões frágeis
Acabamento de superfície mais suaveRequer ventilação devido à sujeira da resina
Ampla variedade de materiaisCusto mais alto

Impressão 3D de metal

Para produtos metálicos, você precisa de um protótipo metálico. Lembre-se de que as alternativas de polímero são mais baratas do que a tecnologia de impressão 3D de metal. Optar pela impressão 3D é uma opção melhor do que Fresamento CNC em aço inoxidável ou moldagem por injeção pois estes criam protótipos sem deixar nenhum resíduo para trás.  

Tipos de impressão 3D de metal

Metais FDM: Assim como as impressoras FDM tradicionais, elas constroem peças comprimindo filamentos cheios de metal e liberando suas camadas de ligação em um forno.  

SLM (Fusão Seletiva a Laser) e DMLS (Sinterização Direta a Laser de Metal): A partir dos polímeros, as tecnologias SLM e DMLS aproveitam o poder dos lasers para fundir meticulosamente o pó metálico em criações intrincadas, camada sobre camada. Eles são perfeitos para diversas aplicações nas áreas aeroespacial, automotiva e médica.

Materiais para impressão 3D de metal: Titânio, Aço inoxidável, Alumínio, Aço ferramenta e Ligas de níquel.

VantagensDesvantagens
Permite a criação de geometrias e recursos internos altamente complexosAlto custo
Prototipagem rápidaMuitas vezes requer extenso pós-processamento
Reduz o desperdício de materiaisPrecisão e acabamento superficial não são os desejados
Produz peças levesLimita a seleção de materiais

Usos 

A impressão 3D permite que você se liberte dos moldes e formas rígidas do passado. Curvas intrincadas, redes intrincadas e estruturas ocas não são problema para isso.

Tipo de materiais para impressão 3D

A impressão 3D requer algumas matérias-primas para criar protótipos inovadores e futuristas. Esses incluem:

Plásticos

Um dos materiais mais utilizados na impressão 3D são os plásticos. A razão pela qual são amplamente utilizados é a capacidade de criar protótipos para diversas indústrias, como brinquedos para crianças e utensílios domésticos sofisticados. Os exemplos incluem bonecos de ação, utensílios e vasos. 

Plástico – a matéria-prima pode ser transparente ou colorida ou disponível em carretéis. Dependendo da textura desejada, você pode comprar plástico fosco ou brilhante. Além disso, eles são econômicos e não cavam um buraco no seu bolso. 

As impressoras FDM são usadas principalmente para criar produtos plásticos. Todo o plástico impresso em 3D pode se transformar em qualquer formato imaginável, desde montanhas-russas planas a engrenagens complexas e curvas suaves a paisagens texturizadas. Aqui estão alguns tipos de plásticos que são comumente usados:

Ácido polilático (PLA): uma opção ecologicamente correta – é retirada de produtos naturais como cana-de-açúcar e amido de milho. Eles estão disponíveis nas formas mole e dura. Este último é mais resistente e, portanto, perfeito para diversos produtos industriais.

Acrilonitrila butadieno estireno (ABS): Outro nome, Plástico Lego, esta é a escolha certa para impressoras 3D. É composto por filamentos semelhantes a massa que ajudam a criar um material super forte e flexível. Eles são ideais para construir coisas infinitas ou colar designs divertidos em qualquer superfície. Embora preferido por impressores amadores, também é comumente utilizado na produção de bens de consumo comercialmente disponíveis.

Policarbonato (PC): Não tão utilizado quanto os outros tipos, o PC é compatível com impressoras de alta temperatura cujos bicos possuem alta precisão. 

Plástico de álcool polivinílico (PVA): Ao procurar uma impressora econômica, o PVA é a escolha certa. O PVA é uma escolha adequada como material de suporte solúvel. Embora possa não ser adequado para produtos de alta resistência, ainda serve como uma solução econômica para itens de uso temporário.

Pós

As impressoras 3D de alta tecnologia empregam materiais em pó para esculpir diferentes produtos, derretendo e colocando o pó em camadas. Isso cria objetos com espessura, textura e padrões perfeitos. Diferentes tipos de pós usados na impressão 3D incluem

Poliamida (Nylon): Dois motivos que diferenciam a poliamida das demais são a resistência e a flexibilidade. Esta combinação única faz com que funcione para imprimir objetos com detalhes finos, como as engrenagens de um pequeno robô ou as características delicadas de uma estatueta em miniatura. 

Alumida: Uma combinação de poliamida e alumínio cinza, a poliamida garante modelos impressos em 3D de altíssima resistência. Você pode contar com isso para protótipos e modelos industriais. 

Resinas.

Em comparação com outros materiais, a resina não é tão forte ou flexível. Por ser um polímero líquido, a resina solidifica quando exposta à luz UV. Está disponível principalmente nas opções preto, branco e transparente; alguns itens impressos também foram criados em laranja, vermelho, azul e verde. Pode ser dividido em três categorias:

Resina transparente. Sua resistência incomparável a torna uma das resinas mais procuradas para produtos impressos em 3D. Os protótipos resultantes são transparentes (como o nome sugere) e suaves. 

Resina pintável: Algumas resinas se destacam no departamento de estética. Por exemplo, as estatuetas com detalhes faciais realistas e pintáveis ou esculturas elegantes que atraem todos os olhares são todas resultado de resinas pintáveis. 

Resinas de alto detalhe: Modelos minúsculos, mas com detalhes extensos, é isso que as resinas de alto detalhe fazem. Imagine estatuetas com apenas dez centímetros de altura e adornadas com roupas complexas e traços faciais realistas. 

Metais

Depois dos plásticos, os metais são o material mais utilizado. Eles são capazes de dar vida a produtos que suportam o desgaste diário, como joias complexas e até peças de aeronaves. Além disso, os avanços na tecnologia de impressão 3D baseada em metal permitem que os fabricantes utilizem DMLS para produção em altas velocidades e volumes. 

Aqui está a ampla gama de metais em uso para impressão 3D

  • Alumínio: Ideal para objetos metálicos finos
  • Bronze: Vasos e alguns outros acessórios
  • Aço inoxidável: Aqueles componentes que podem entrar em contato direto com a água
  • Níquel: funciona para impressão de moedas

Outros materiais 

Alguns outros materiais usados para impressão 3D incluem fibra de carbono, nitinol, grafite, grafeno e papel. 

Como imprimir um protótipo 3D

Isso ocorre em 4 etapas fáceis:

  • Projete um modelo usando um programa de computador. Faça alterações nesta fase se notar alguma falha. 
  • Use um software de fatiamento para dividi-lo em camadas finas. Ajuste configurações como altura da camada, porcentagem de preenchimento, estruturas de suporte e velocidade de impressão. Este processo gera um código G.
  • A impressora construirá o objeto camada por camada usando materiais e métodos escolhidos. Quando todas as camadas forem impressas, o objeto estará pronto e poderá ser removido da plataforma de construção. 
  • Remova as estruturas de suporte com cuidado usando alicates e cortadores. Limpe qualquer material residual ou detritos da superfície do objeto impresso usando métodos como escovar, lixar ou lavar.

Aplicações de impressão 3D

Bens de consumo

Personalização e inovação são os pilares do sucesso no dinâmico mercado consumidor atual. 3D é a técnica da nova era para varejistas e fabricantes desbloquearem todos eles. É a nova maneira de projetar, produzir e experimentar os produtos que amamos.

A pesquisa e desenvolvimento de impressoras 3D de mesa industriais está facilitando para engenheiros e designers revolucionarem a forma como esta indústria funciona. 

Moda

Produzir designs personalizados nunca foi tão fácil. A indústria da moda agora está aproveitando a tecnologia de impressão 3D para atender seus clientes. Eles podem realizar projetos complexos com facilidade e rapidez, sem muita interferência manual. 

Eles até usam materiais inéditos, como o plástico, para criar designs, ampliando assim os horizontes têxteis.

Aeroespacial

A indústria aeroespacial é uma das primeiras indústrias a usar a impressão 3D. Na verdade, o tamanho do mercado global de impressão 3D aeroespacial atingiu impressionantes US$ 4,6 bilhões em 2023. Não só isso, mas espera-se que cresça a um CAGR de 16,2% de 2024 a 2032. 

Airbus, Boeing, GE, GKN e Safran são os principais intervenientes nesta área. Eles utilizam impressão 3D para criar componentes leves, protótipos funcionais e ferramentas. 

Educação

Este setor está utilizando o poder do 3D para revolucionar a forma como os alunos aprendem. Os alunos podem usar essa tecnologia para criar modelos. Isso ajuda este último a compreender melhor os conceitos. Além disso, os professores também o utilizam para preparar seus planos de ensino.

Não é de admirar, então, que o mercado de impressao 3D na educação crescerá a um CAGR de 12.12% entre 2022 e 2027. 

Construção

Na construção, diferentes componentes e estruturas são preparados por meio de impressão 3D. Todas as estruturas complicadas podem ser feitas a um preço muito mais baixo. Algumas das estruturas que utilizam esta tecnologia incluem moldes e formas. 

Estas são as razões pelas quais o mercado de impressão 3D na indústria da construção prevê atingir 519,49 mil milhões de dólares até 2032. 

Médico

O uso da impressão 3D está aumentando nesta indústria e continuará assim nos próximos anos. Os especialistas acreditam que seu uso veio para ficar. As aplicações são versáteis e podem variar desde próteses, implantes e bioimpressão até planejamento e testes cirúrgicos.

Graças à prototipagem rápida e de baixo custo, os fabricantes de dispositivos médicos podem testar e refinar rapidamente seus projetos. Isso ajudará a trazer novas ideias aos pacientes com ainda mais rapidez. Não apenas isso, mas o 3D também pode ajudar a construir dispositivos específicos para o paciente e garantir um ajuste perfeito e um resultado ideal.

Automotivo:

De acordo com um relatório da SmartWatch, a receita global de impressão 3D atingirá $7,9 mil milhões até 2027. Isto mostra como a prototipagem 3D se tornou essencial para esta indústria. Deixando de lado a prototipagem, as empresas estão usando ferramentas como um dos principais usos da impressão 3D. 

Assim, podemos esperar soluções sob medida, além de uma produção mais rápida, devido ao uso da prototipagem 3D na indústria automotiva. Não só isso, mas os designers também obtêm múltiplas alternativas de design e flexibilidade quando se trata de projetar os protótipos.

Conclusão

Sabemos que a prototipagem é um processo essencial no desenvolvimento de produtos que ajuda diferentes indústrias de diferentes maneiras. A impressão 3D possui recursos incríveis no desenvolvimento de protótipos. Ao utilizá-lo, essas indústrias podem garantir que estarão à frente da concorrência. 

Se você deseja aproveitar todo o potencial da impressão 3D para seus projetos, considere fazer parceria com HiTop Industrial. Usamos nossa experiência e conhecimento para ajudar todos os inovadores, designers e engenheiros a dar vida às suas visões. 

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