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Impressão 3D

A tecnologia que está a mudar o Mundo.

Alguma vez imaginou que a sua futura casa poderá ser construída através de um sistema de impressão 3D em apenas poucos dias? Pois bem, este acontecimento está prestes a tornar-se uma realidade!

Tudo surgiu no inicio da década de 80 com o aparecimento das primeiras máquinas de prototipagem rápida (RP) produzidas nos Estados Unidos. A tecnologia permitia reproduzir um objeto único entre 5 a 80 horas, dependendo da sua complexidade.
Este foi sem duvida um enorme passo evolutivo fase aos métodos tradicionais, em que um simples protótipo podia levar longos dias ou até meses a estar concluído.
A utilização destes equipamentos permitiu às industrias economizarem os custos de produção e reduzirem o tempo no desenvolvimento de um novo produto, tornando-se assim mais competitivos.

O que é a Impressão 3D?

A impressão 3D é um novo método de prototipagem rápida ainda pouco conhecido em Portugal . Porém este termo está bem presente nos EUA, principal país fabricante de equipamentos. Em alguns países da Europa  e Ásia a tecnologia começa a insurgir  no mercado das industrias e instituições artísticas. Ao longos dos últimos anos, a tecnologia evoluiu de uma forma estonteante, com sistemas cada vez mais avançados e com altos níveis de realismo.

O Processo

O processo de impressão 3D  permitem reproduzir qualquer objeto físico através de um desenho modelado em 3D CAD.
A partir do desenho a informação é enviada para o equipamento, que por sua vez adiciona o material camada em camada com uma espessura  que pode chegar ao tamanho de um cabelo.
Atualmente as tecnologias existentes  possibilitam produzir os objetos em diversos materiais desde termoplásticos variados, pó cerâmico, metais e resinas.

A tecnologia

Os métodos utilizados também podem variar de acordo com o material, sendo os sistemas mais comuns a Sinterização Seletiva a Laser (SLS) e Estereolitografia (SLA) . Recentemente surgiram no mercado equipamentos de alta resolução conhecidos como 3D Printing (3DP) de impressão a jacto de tinta a cores, Sinterização Direta por Laser de Metais (DMLS) , Deposição de Material Fundido (FMD) e Bio-print.
O share do mercado é partilhado no seguimento profissional pela 3D Systems ( Z Corporation), Stratasys  e a Object.

Finalidade

A impressão 3D é um instrumento utilizado em diversas áreas como forma de auxilio e melhoria na analise dos produtos em essencialmente quatro aspetos de avaliação: visual, ergonomia, resistência e funcionalidade.
O protótipo é um elemento fundamental numa fase de estudo, podendo prevenir eventuais erros na conceção do produto. O que se traduz num resultado final em manufaturação com maior fiabilidade.

A tecnologia abrange sectores de mercado extensos, tais como:
– Arquitetura: A interação entre o cliente e o Arquiteto do projeto é cada vez mais uma necessidade. Na pratica, a interpretação de um desenho vetorial em 2D no papel é bem diferente da visualização de uma maqueta em 3D, tornando a perceção e interpretação do desenho mais apurada para o cliente. Além disso, a maquete serve também de apoio ao trabalho do Arquiteto na fase de estudo.
As conceção de uma maquete tradicional pode chegar a meses a fio de trabalho, tempo que muitas vezes que é crucial em determinados projetos. Com a impressão 3D pode demorar simplesmente horas ou poucos dias, dependendo da complexidade.

– Design de produto: Os atelieres de design são confrontados com prazos de entrega muito curtos, obrigando a estudos exigentes. A reprodução do modelo pode ser um recurso de extrema importância para tomar decisões mais concisas.
Na industria do calçado, esta ferramenta começa a ser fundamental na sua conceção.
Mega industrias como a Nike, Timberland e Clarks estão rendidas à tecnologia.

– Industria de moldes: Este sector usa equipamentos CNC e estereotipagem de elevada potencia. Em determinados casos, a nova tecnologia pode servir como alternativa para obtenção de moldes a  custos baixo.

– Medicina: Sabia que um Cirurgião ou um Ortopedista pode ter que recorrer à impressão 3D para salvar um paciente? Pois bem, com um Scanner CT e uma impressora 3D, radiologistas conseguem através de uma imagem DICOM, reproduzir qualquer parte do corpo para posterior auxilio no processo cirúrgico e deteção de problemas que uma imagem 2D não consegue identificar.
A replicação órgãos e artérias é já uma realidade através de Bio Print, método que irá revolucionar neste seculo  a forma como se faz Medicina.
– Engenharia mecânica: Conceção de protótipos com toda a funcionalidade mecânica, sendo essencial para estudos e testes reais.

– Entretenimento: Reprodução de brinquedos e personagens.
A Pixar e a Disney interessaram-se pela tecnologia e o resultado foi a reprodução de personagens dos filmes de animação.

Estudos indicam que o recurso à impressão 3D permite tornar as empresas mais competitivas num mercado em constante exigência.
Usufruir desta ferramenta inovadora, pode ser uma peça-chave no sucesso de qualquer negócio.

Guia de Impressão 3D

Introdução

No decorrer do processo de modelação tridimensional existem algumas considerações importantes que o desenhador deve ter em mente antes de gerar o ficheiro para impressão 3D.
Neste guia explicamos passo-a-passo todas as etapas para obter a seu modelo 3D impresso.

Envio e formatos dos ficheiros CAD

Para imprimir ou orçamentar a sua impressão 3D precisamos do modelo 3D. Se quiser imprimir vários modelos 3D deve encomendar individualmente cada um deles. Se se tratar de uma assemblagem também deve encomendar por separado as diferentes peças que compõem a assemblagem. As extensões dos formatos mais indicados para imprimir são .STL (extensão para imprimir o objeto em monocromático) ou VRML 2.0 (extensão para imprimir o objeto em policromático). Muitos softwares de 3D permitem a opção de exportação para este tipo de arquivos.
A extensão. STL está limitada à impressão apenas de uma única cor e sem qualquer aplicação de texturas, enquanto que em .VRML permite embutir diversas cores em código RGB, bitmaps, fotos e texturas para tornar um aspeto mais realista.

Escolha do material

A escolha do material dependera do propósito final do modelo e tendo em conta sempre o processo de impressão de cada tecnologia com as suas limitações e vantagens. Fatores como a precisão, detalhes mínimos, nível de acabamento, flexibilidade e resistência da peça ajudaram a escolher entre uma tecnologia ou outra. A finalidade da peça pode ser variada, desde testes mecânicos, térmicos, assemblagem, ergonomia ou apenas para validação visual e geométrica.

Criação do modelo 3D

Para criar o modelo tem de ter em conta todas as recomendações que se apresentam neste guia de impressão 3D. Se não tiver o modelo 3D, prestamos um serviço de modelação 3D. Se o que quer é imprimir uma réplica de um objeto 3D também é possível, através do serviço Cópia 3D e desde que cumpra os requisitos necessários.

Revisão

Nesta fase é essencial rever todas a geometria do modelo para que este seja reproduzido sem qualquer problema estrutural.

Conversão a malha triangular (Mesh)

Finalizado o desenho, vamos exportar para o formato .STL ou .VRML que vai transformar o 3D
CAD em malha de triângulos, no qual contém informações de todos os vértices. Recomendamos uma tolerância de 0,01 mm e exportação como parâmetro binário.

Pedido de orçamento e impressão 3D

Nesta fase está tudo preparado para começar a reproduzir o seu objeto. O ficheiro gerado é importado para o software do equipamento que por sua vez faz uma última verificação geométrica do desenho, com a supervisão do nosso técnico.
Este procedimento garante que a peça seja reproduzida sem defeitos. Após confirmação que todos os parâmetros estão corretos, é o momento para dar início à impressão 3D.

Materiais para impressão 3D

Tecnologia FDM (Industrial)

Os objetos criados com tecnologia FDM são produzidos mediante a extorsão de pequenos filamentos de material fundido que endurecem imediatamente, formando camadas. As máquinas têm um filamento de plástico que é desenrolado de uma bobina para alimentar bico de extorsão. O bico é aquecido para derreter o material e pode mover-se em ambas as direções horizontal e vertical e construir de baixo para cima.

Material ABS

É uma excelente escolha para modelos de conceito e peças com requisitos moderados, incluindo protótipos funcionais, gabaritos, matrizes, ferramentas e peças de fabricação para uso final. Diversas cores que incluem o natural, branco, preto, cinza escuro, vermelho e azul.

Especificações
Espessura mínima de parede
1 mm
Detalhes mínimos
0.3 mm
Precisão
±0.1% (com um limite de tolerância mínimo de ±0.2 mm)
Tamanho máximo
254 x 381 x 203 mm
Folga
0.4 mm
Interlocking or Enclosed Parts?
Sim

Dimensões

Verificar previamente as limitações do equipamento em termos de área útil de impressão
(a x l x p). Caso a medida pretendida seja superior à área de impressão, em determinados materiais existe a possibilidade de partir o objeto em várias partes para depois unifica-las num processo de colagem.
Definir as medidas do objeto físico com relação à escala pretendida, em que determinados casos podem ser em tamanho real (1:1). A unidade de medida utilizada é milímetros.

Ângulo de inclinação
Na FDM as características da superfície inclinadas resultam num efeito mais visível de efeito escada.

Esquinas vivas
Tenha em mente que as esquinas vivas no desenho, não podem ultrapassar os limites da resolução de FDM. Uma maneira de conseguir isso é engrossar ligeiramente a esquina.

Normais

Verificar se a orientação das normais estão na direção correta, isto é de dentro para fora. Normais invertidas podem inviabilizar a impressão.

Recheio
O recheio descreve como uma parte sólida deve ser preenchida com material durante o processo de construção. São oferecidas três opções de enchimento com propriedades diferentes. Sólido, alta densidade e baixa densidade.

                                                  Sólido

Peças com interior sólido estão completamente densos. Esta é a opção mais pesada e que consome mais material.

                                            Baixa densidade

Peças com interior baixa densidade são preenchidas com um padrão de trama cruzada. Esta é a opção mais ligeira e com menor custo de material.

                                             Alta densidade

Peças com interior de alta densidade são preenchidas com um padrão de trama dupla. Esta opção proporciona maior rigidez e é mais leve que um interior sólido completo.
Espessura da parede

Na impressão 3D, a espessura da parede refere-se à distância entre uma superfície do modelo e a superfície oposta perpendicularmente. Um modelo feito de ABS com espessura de parede mínima de 1 mm fornece uma superfície sólida resistente.

Qualidade superficial e orientação

Muitas das características do processo de impressão 3D dependem do processo de construção por extorsão (FDM) – a tecnologia utilizada para construir seu projeto em ABS. Porque o seu modelo é impresso camada por camada, a orientação da impressão irá influenciar a qualidade da superfície e resistência a forças. Nas imagens pode ver duas partes iguais, mas construído com diferentes orientações.
O modelo horizontal impresso mostra claramente o efeito de “escada”, produzido na impressão. A sua superfície é semelhante a um mapa topográfico. Se o modelo é impresso na vertical, a qualidade da superfície será melhor.
Se quer uma superfície com bom acabamento deve fazer o desenho em conformidade com a orientação que vai imprimir.
Anisotropia

Como o seu modelo é construído camada por camada, terá sempre “pontos fracos” causados pela orientação da impressão. Estes pontos fracos nos elementos finos exteriores de seu projeto podem partir facilmente. Por consequente, deve evitar as características do modelo que são paralelas à base ou plano inferior e nas que a força será necessária para as apoiar.

Suportes


FDM é efetuada numa plataforma de construção. Uma vez que os modelos são “construídos no ar”, devem ser ligados à plataforma de suporte para evitar o colapso. Este acessório é conhecido como o “apoio” e é necessário para qualquer modelo construído utilizando esta tecnologia. Além de manter o modelo no lugar, também permite a construção de elementos salientes. Após o processo de construção estiver concluída, o suporte é removido. O material de suporte em FDM industrial é solúvel o que evita deixar marcas no modelo final.
Base

A fim de construir as partes, devem ser concebidas com uma base sobre a qual fixar a estrutura de suporte. Com isto em mente, deve ter em mente que a superfície inferior é mais duro do que o resto do seu modelo.
Suporte externo

Para manter o seu modelo no lugar e evitar o colapso durante a impressão, os modelos com secções mais estreitas de 45 ° devem ser compatíveis. No exemplo, a parte inferior do vaso deve ser suportada, pois é mais estreita do que 45 °. O resto do desenho não necessita de suporte adicional, porque é mais larga do que um ângulo de 45 °.
Suporte interno

A regra dos 45 ° também se aplica dentro do seu modelo. Qualquer modelo com uma seção interna abaixo de 45 ° deve ser apoiada. No exemplo o modelo na parte superior deve ser apoiada para evitar o colapso durante o processo de impressão.
Regra dos 45°

O diagrama mostra quando um modelo requer apoio. A zona de “auto-sustentável” “seguro” não requer qualquer tipo de apoio para a impressão do modelo. Para a maioria dos modelos, esta zona estende-se a partir de 135 ° a 45 °. Na conceção de um objeto impresso em ABS, tem de ter em mente esta área segura, se estiver preocupado de que o seu modelo exiga apoio a ser construído.

Espaço entre partes moveis

Quando quer construir peças móveis, a separação entre as superfícies é muito importante. É recomendado uma distância mínima de 0,4 mm entre as superfícies.

Assemblagem

Em determinados protótipos que incluem encaixes é fundamental proporcionar uma distância suficiente entre as partes que unem entre si. Deixe sempre pelo menos 0,3 mm entre as diferentes partes para minimizar quaisquer problemas na montagem.

Detalhes gravados e em relevo

Para texto ou detalhes gravados na superfície, recomenda- se letras com uma espessura de linha mínimo de 1 mm e uma profundidade de 0,3 mm. Para texto e detalhes em relevo na superfície, recomenda-se letras com uma espessura de linha de pelo menos 2,5 mm e uma profundidade de pelo menos 0,5 mm.

Tecnologia PolyJet 3D

Proceso de pulverização de materiais de fotopolímero em uma bandeja em camadas finas, até que o objecto 3D é construído. Cada camada é curada com luz UV depois de ter sido extrudida permitindo aos modelos ser manuseados e utilizados imediatamente. O material de suporte que é construído para suportar design complicados pode ser removido por jacto de água após o objecto ter sido concluído.

Vero-clear

Material transparente Vero-clear é um fotopolimero Polyjet transparente polivalente para simulação de plásticos estândar transparentes. Combina excelente estabilidade dimensional com lisura de superfície. É um material rígido praticamente incolor, caracterizado por a estabilidade dimensionalmente para uso geral e para a criação de modelos de grande detalhe. É uma ótima escolha para ensaios de forma e de ajuste de peças transparentes, para vidros, painéis para iluminação, caixas de lâmpadas e modelos artísticos e de exposição.

Especificações do design
Espessura mínima
1 mm
Detalhes mínimos
0,2 a 0,3 mm
Precisão
± 0,1% (com um límite inferior de ± 0,2 mm)
Tamanho máximo
254 x 381 x 203 mm
Folga
0,4 mm
Interlocking or Enclosed Parts?
Sim

Rubber-like

Este material é muito versátil e pode ser usado para uma ampla variedade de aplicações. É possível escolher a dureza e a flexibilidade (shore) e simular materiais finais.

Especificações de design

Espessura mínima
1 mm
Detalhes mínimos
0,2 a 0,3 mm
Precisão
± 0,1% (com um limite inferior de ± 0,2 mm)
Tamanho máximo
254 x 381 x 203 mm
Folga
0,4 mm
Interlocking or Enclosed Parts?
Sim

Dimensões

Verificar previamente as limitações do equipamento em termos de área útil de impressão
(a x l x p). Caso a medida pretendida seja superior à área de impressão, em determinados materiais existe a possibilidade de partir o objeto em várias partes para depois unifica-las num processo de colagem.
Definir as medidas do objeto físico com relação à escala pretendida, em que determinados casos podem ser em tamanho real (1:1). A unidade de medida utilizada é milímetros.
null

Resolução do arquivo STL

Uma resolução de malha de 0,01 a 0,03 mm geralmente produz um arquivo STL com boa qualidade. Ao reduzir a resolução da malha abaixo destes valores não significa necessariamente que a precisão do modelo melhore. Como regra geral, os projetos que têm muitos contornos ou superfícies curvas tem uma resolução maior que as superfícies planas e geométricas.
Para alterar a resolução da malha quando for salvo o arquivo. stl clique em Opções para ajustar a resolução. Note que quanto menor a tolerância, mais pesado será o arquivo.
null

Resolução alta                                                                                                         Resolução baixa

Normais
null
Verificar se a orientação das normais estão na direção correta, isto é de dentro para fora.
Normais invertidas podem inviabilizar a impressão.

Espessura mínima da parede
Na impressão 3D, a espessura da parede refere-se à distância entre uma superfície do modelo e a superfície oposta perpendicularmente. Um modelo feito em tecnologia PolyJet com uma espessura de parede mínima de 1 mm, oferece um forte superfície sólida.

Precisão dimensional
A tecnologia usada para construir o seu design em material Rubber- like é um dos processos de impressão 3D com maior precisão dimensional. A precisão dimensional não está relacionado com os detalhes de seu modelo, mas sim com o desvio do tamanho nominal. A tolerância geral do material que oferece é de 0,1%, com um mínimo de ± 200μ.

Espaço entre partes móveis
null

Quando se construírem peças móveis, a separação entre as superfícies é muito importante. É recomendado uma distância mínima de 0,4 mm entre as superfícies projectadas.

Assemblagem

Em determinados protótipos que incluem encaixes é fundamental proporcionar uma distância suficiente entre as partes que unem-se entre si. Sempre deixe pelo menos 0,6 mm entre as diferentes partes para minimizar quaisquer problemas na montagem.

Detalhes gravados e em relevo

Para texto ou detalhes gravados na superfície, recomendamos letras com uma espessura de linha mínimo de 0,5 mm e uma profundidade de 0,5 mm. Para texto e detalhes em relevo na superfície, recomendamos letras que tenham uma espessura de linha de pelo menos 0,5 mm e uma profundidade de pelo menos 0,5 mm.