Quais tipos de impressora 3D existem?

Em Softwares, apps e produtos por André M. Coelho

A impressão 3D é a última novidade para estimular quem adora a tecnologia interativa fácil de usar. Engenheiros e cientistas tem trabalhado com esse equipamento incrível desde 1983. É nessa época que um engenheiro americano chamado Charles (Chuck) Hull inventou a primeira impressora 3D de todos os tempos. Ele a chamou de sua máquina SLA, que significa aparelho de estereolitografia.

Alguns na indústria referem-se a parte do processo de impressão 3D como Additive Manufacturing (AM ou Manufatura de Aditivos), mas usaremos seu nome prático aqui, de Impressão 3D. Isso manterá o guia consistente e fácil de ler.

Tudo sobre impressora 3D: por que há diferentes tipos de impressoras?

As razões pelas quais existem diferentes tipos de impressoras 3D e processos de impressão são semelhantes às das impressoras 2D com as quais estamos familiarizados. Tudo se resume às seguintes seis considerações:

Custo de impressão
Qualidade de impressão
Velocidade de impressão
Capacidade de impressão
Praticidade
Expectativas do usuário

Algumas impressoras apenas imprimem texto, e outras texto e gráficos. As tecnologias e materiais utilizados também variam e a forma como a máquina faz a extrusão da tinta para o papel. Impressoras 3D são ainda mais inteligentes. E, assim como suas contrapartes 2D, eles também oferecem uma variedade de opções, incluindo qualidade, materiais e preço.

Como funcionam as impressoras 3D?

O processo de impressão 3D não é mais difícil para o usuário doméstico depois de entender os princípios básicos. Impressoras, materiais de impressão, objetos impressos e software de impressão 3D podem variar. No entanto, apesar disso, o processo de design para produto final segue um caminho semelhante. Resumidamente:

O usuário tem acesso a um aplicativo de modelagem 3D ou a um scanner 3D
O usuário cria um design virtual (modelo 3D) do objeto que deseja imprimir em 3D
O usuário normalmente salva seu design como um arquivo de projeto auxiliado por computador ou CAD para
O usuário corta seu arquivo CAD antes de enviá-lo para a impressora
Usuário carrega o arquivo CAD fatiado para a impressora 3D
A impressora lê cada fatia no arquivo 2D para criar o objeto tridimensional

Este guia simples é para aqueles que querem entender as diferenças entre os diferentes tipos de impressão 3D. É também para amadores, escolas, bibliotecas e qualquer outra pessoa que queira investir nesta incrível tecnologia. Se você não sabe nada sobre impressão 3D, mas gostaria de aprender – este guia é para você. Não se preocupe, não vamos sobrecarregar você ou te cegar com a ciência.

No final deste guia, você terá uma boa compreensão básica de todos os tipos de impressoras 3D disponíveis atualmente. Se você está pensando em investir em uma impressora 3D, nós cuidamos disso. Você estará em uma posição muito melhor para tomar uma decisão bem informada antes de abrir mão do seu dinheiro arduamente ganho.

Os componentes básicos de uma impressora 3D

Antes de começarmos a analisar os vários tipos de impressoras 3D e práticas de impressão, reservamos alguns minutos para listar os principais componentes dessas máquinas. Existem muitas partes e cada uma desempenha um papel crucial no processo de impressão. Nós não vamos ficar muito técnicos aqui. No entanto, é importante saber quais são os principais componentes. Isso ajudará você a entender melhor os processos de impressão enquanto lê as várias seções.

Os componentes principais e seu uso em uma impressora 3D são:

Estrutura da Impressora 3D: Mantém a máquina unida
Mecânica de movimento da cabeça de impressão 3D: move-se em relação ao leito de impressão em todas as direções
Cabeça de impressão 3D: bico que deposita filamento ou aplica cores e ligante líquido
Plataforma 3D ou cama de Impressora: A parte da impressora onde o objeto é impresso
Motores de passo de impressora 3D (pelo menos 4): Usado para posicionamento preciso e controle de velocidade
Eletrônica da Impressora 3D: Usada para acionar motores, aquecer a extrusora e muito mais
Firmware da Impressora 3D: Software permanente usado para controlar todos os aspectos de uma impressora 3D
Software da impressora 3D: Não é parte da impressora real, mas ainda é necessário para o processo de impressão
Substâncias de Suporte 3D

Muitas impressoras 3D usam várias substâncias que suportam geometrias complexas. Os materiais de suporte são tão essenciais para o processo de impressão 3D quanto os materiais base reais. Sem suporte durante a compilação, não haveria um resultado bem-sucedido. Esses materiais oferecem uma solução melhor do que as antigas estruturas de suporte físico do passado. Quando a impressão estiver concluída, o usuário simplesmente remove qualquer substância de suporte da peça finalizada.

Algumas tecnologias 3D usam materiais de suporte que se dissolvem quando colocados em um banho químico. Outros usarão o pó circundante como forma de manter tudo no lugar. E há aqueles que usam uma substância gelatinosa e parecida com um gel. Você lerá sobre qual processo de impressão usa o tipo de material de suporte neste guia.

Diferentes tipos de impressoras 3D atendem diversas necessidades, e você precisa escolher para ter o modelo certo. (Foto: ConsumerHubs.com)

Tecnologia de estereolitografia (SLA)

O SLA é um processo de prototipagem rápida. Aqueles que usam essa tecnologia são sérios quanto à exatidão e precisão. Ele pode produzir objetos a partir de arquivos de dados CAD 3D (gerados por computador) em apenas algumas horas. Este é um processo de impressão 3D que é popular por seus detalhes e exatidão. As máquinas que usam essa tecnologia produzem modelos, padrões, protótipos e várias peças de produção exclusivas. Eles fazem isso convertendo fotopolímeros líquidos (um tipo especial de plástico) em objetos 3D sólidos, uma camada por vez. O plástico é primeiro aquecido para transformá-lo em uma forma semi-líquida, e então endurece ao contato. A impressora constrói cada uma dessas camadas usando um laser ultravioleta, direcionado por espelhos de varredura X e Y. Logo antes de cada ciclo de impressão, uma lâmina de recobrimento se move pela superfície para garantir que cada camada fina de resina se espalhe uniformemente pelo objeto. O ciclo de impressão continua desta forma, criando objetos 3D de baixo para cima.

Depois de concluído, alguém pega o objeto 3D da impressora e o desconecta cuidadosamente da plataforma. A peça 3D normalmente terá um banho químico para remover qualquer excesso de resina. Também é prática comum pós-curar o objeto em um forno ultravioleta. O que isto faz é tornar o item finalizado mais forte e mais estável. Dependendo da peça, ela pode passar por um processo de lixamento manual e fazer uma pintura profissional. A impressão SLA tornou-se uma opção econômica preferida para uma ampla variedade de indústrias. Alguns destes incluem automotivo, médico, aeroespacial, entretenimento e também para criar vários produtos de consumo.

Tecnologia de Processamento Digital de Luz (DLP)

A DLP é a mais antiga das tecnologias de impressão 3D. É semelhante ao SLA (veja acima), já que também trabalha com fotopolímeros. A resina plástica líquida usada pela impressora entra em um recipiente de resina translúcida. Há, no entanto, uma diferença importante entre os dois, que é a fonte de luz. Enquanto o SLA usa luz ultravioleta, o DLP usa uma fonte de luz mais tradicional, geralmente lâmpadas de arco. Este processo resulta em velocidades de impressão bastante impressionantes. Quando há muita luz, a resina endurece rapidamente (estamos falando em segundos). Em comparação com a impressão SLA 3D, o DLP consegue tempos de impressão mais rápidos para a maioria das peças. A razão é mais rápida porque expõe camadas inteiras de uma só vez. Com a impressão SLA, um laser precisa extrair cada uma dessas camadas e isso leva tempo.

Outro ponto positivo para a tecnologia de impressão DLP é que ela é robusta e produz modelos de alta resolução todas as vezes. Também é econômico com a capacidade de usar materiais mais baratos para objetos complexos e detalhados. Isso é algo que não apenas reduz o desperdício, mas também reduz os custos de impressão.

Tecnologia de Modelagem de Deposição Fundida (FDM)

Utiliza materiais plásticos térmicos de qualidade de produção para imprimir seus objetos 3D. É popular para produzir protótipos funcionais, modelos conceituais e auxiliares de fabricação. É uma tecnologia que pode criar detalhes precisos e possui uma excepcional relação resistência / peso.

Antes do início do processo de impressão do FDM, o usuário precisa dividir os dados do CAD 3D (o modelo 3D) em várias camadas usando um software especial. Os dados CAD cortados vão para a impressora, que então constrói a camada de objeto por vez na plataforma de criação. Isso é feito simplesmente por aquecimento e extrusão do filamento termoplástico através do bocal e na base. A impressora também pode extrudar vários materiais de suporte, bem como o termoplástico. Por exemplo, como uma forma de suportar as camadas superiores, a impressora pode adicionar material de suporte especial por baixo, que depois se dissolve após o processo de impressão. Tal como acontece com todas as impressoras 3D, o tempo que demora a imprimir depende do tamanho dos objetos e da sua complexidade.

Como muitas outras tecnologias 3D, o objeto finalizado precisa de limpeza. Peças FDM brutas podem mostrar linhas de camada razoavelmente visíveis em alguns objetos. Estes, obviamente, precisarão de lixamento manual e acabamento após a impressão. Esta é a única maneira de obter um produto final suave com uma superfície uniforme. Objetos com acabamento FDM são funcionais e duráveis. Isso faz com que seja um processo popular para uso em uma ampla gama de indústrias, incluindo para fabricantes de engenharia mecânica e de peças. A BMW usa impressão 3D FDM, assim como a conhecida empresa de alimentos Nestlé, para citar apenas alguns.

Tecnologia de Sinterização Seletiva a Laser (SLS)

É uma técnica de impressão 3D que usa lasers de CO2 de alta potência para fundir partículas. Os laser sintetizam materiais metálicos em pó (embora possa utilizar outros materiais também, como pó de nylon branco, cerâmica e até mesmo vidro). Veja como funciona:

A plataforma de construção, ou cama, diminui gradualmente com cada varredura a laser sucessiva. É um processo que repete uma camada de cada vez até atingir a altura do objeto. Há suporte não sinterizado de outros pós durante o processo de construção que envolve e protege o modelo. Isso significa que os objetos 3D não precisam de outras estruturas de suporte durante a construção. Alguém removerá os pós não sinterizados manualmente após a impressão. O SLS produz peças duráveis e de alta precisão e pode usar uma ampla variedade de materiais. É uma tecnologia perfeita para peças e protótipos de uso final totalmente funcionais. O SLS é bastante semelhante à tecnologia SLA no que diz respeito à velocidade e qualidade. A principal diferença é com os materiais, já que o SLS usa substâncias em pó, enquanto o SLA usa resinas líquidas. É uma grande variedade de materiais disponíveis que tornam a tecnologia SLA tão popular para imprimir objetos personalizados.

Tecnologia de derretimento a laser seletivo (SLM)

O SLM também usa um feixe de laser de alta potência para formar peças 3D. Durante o processo de impressão, o feixe de laser funde e funde vários pós metálicos juntos. A maneira mais simples de ver isso é decompor o processo básico da seguinte forma:

Material em pó + calor + precisão + estrutura em camadas = um objeto 3D perfeito.

À medida que o feixe de laser atinge uma camada fina do material, ele une ou solda as partículas de forma seletiva. Após um ciclo de impressão completo, a impressora adiciona uma nova camada de material alimentado ao anterior. O objeto então diminui pela quantidade precisa da espessura de uma única camada. Quando o processo de impressão estiver concluído, alguém removerá manualmente o pó não utilizado do objeto. A principal diferença entre o SLM e o SLS é que o SLM derrete completamente o pó, enquanto o SLS apenas o funde parcialmente. Em geral, os produtos finais SLM tendem a ser mais fortes, pois têm menos ou nenhum vazio.

Um uso comum para a impressão SLM é com peças 3D que possuem estruturas complexas, geometrias e paredes finas. A indústria aeroespacial usa impressão 3D SLM em alguns de seus projetos pioneiros. Estes são normalmente aqueles que se concentram em peças leves, duráveis ??e precisas. No entanto, é uma tecnologia dispendiosa e, por esse motivo, não é prática nem popular entre os usuários domésticos. O SLM é bastante difundido agora entre as indústrias de ortopedia aeroespacial e médica. Aqueles que investem em impressoras SLM 3D incluem pesquisadores, universidades e desenvolvedores de pó de metal. Há outros, também, interessados em explorar toda a gama e potencial futuro da fabricação de aditivos metálicos em particular.

Tecnologia de fusão por feixe de elétrons (EBM)

Trata-se de uma tecnologia de impressão 3D similar à SLM (veja acima), na qual utiliza uma técnica de fusão de leito de pó. A diferença entre os dois é a fonte de energia. A abordagem SLM acima usa laser de alta potência em uma câmara de gás nobre ou inerte. A EBM, por outro lado, usa um poderoso feixe de elétrons no vácuo. Além da fonte de energia, os processos restantes entre os dois são bastante semelhantes. O principal uso da EBM é imprimir peças de metal em 3D. Suas principais características são a capacidade de obter geometrias complexas com liberdade de design. A EBM também produz peças incrivelmente fortes e densas em sua composição.

Aqui estão alguns dos outros recursos impressionantes do EBM:

Não precisa de equipamento auxiliar extra para o processo de impressão 3D
Aumentou a eficiência usando matérias-primas
Diminui os prazos de entrega, fazendo com que as peças cheguem ao mercado mais rapidamente
Pode criar peças totalmente funcionais e duráveis sob demanda para indústrias de grande porte

O processo de impressão começa como a maioria dos outros em que o usuário tem que primeiro criar um modelo 3D ou arquivo digital gerado por computador.

Tecnologia de Fabricação de Objetos Laminados (LOM)

O LOM é um sistema de prototipagem rápida que funciona através da fusão ou laminação de camadas de plástico ou papel usando calor e pressão. Uma lâmina ou laser controlado por computador corta o objeto na forma desejada. Quando cada camada impressa é concluída, a plataforma desce por cerca de 1/16 de polegada, pronta para a próxima camada. A impressora puxa uma nova folha de material pelo substrato, onde é colada por um rolo aquecido. Esse processo básico continua repetidamente até que a peça 3D seja concluída.

A impressão LOM funciona da seguinte maneira:

A folha é aderida a um substrato com um rolo aquecido.
O laser traça as dimensões desejadas do protótipo.
O arco cruzado a laser detecta a área não-parte para facilitar a remoção de resíduos.
Plataforma com camada concluída se move para fora do caminho.
Folha de material nova é colocada na posição.
A plataforma cai para uma nova posição para receber a próxima camada.
O processo é repetido.

Pode não ser o método mais popular de impressão 3D hoje em dia, mas a LOM ainda é uma das mais rápidas. Também é talvez o método mais acessível para criar protótipos 3D. A razão para isso é por causa do baixo custo dos materiais utilizados (papéis e plásticos). Também é um processo que pode criar objetos impressos em 3D razoavelmente grandes. Aqueles que continuam a usar impressoras LOM hoje incluem arquitetos, artistas e desenvolvedores de produtos.

Tecnologia de jateamento de ligantes ou Binder Jetting (BJ)

Você também pode ouvir essa tecnologia mencionada em outros nomes, incluindo:

Impressão de cama de pó
Impressão 3D a jato de tinta
Gota a gota
Jateamento de ligantes (BJ ou binder jetting). Este é o nome mais popular e o que usaremos para nos referirmos a ele.

O BJ é um processo de impressão 3D que utiliza dois tipos de materiais para construir objetos: um material à base de pó (geralmente gesso) e um agente de ligação. Como o nome sugere, o agente de “ligação” age como um adesivo forte para unir (unir) as camadas de pó juntas. Os bicos da impressora fazem a extrusão do aglutinante na forma líquida, semelhante a uma impressora a jato de tinta 2D comum. Depois de completar cada camada, a placa de construção diminui ligeiramente para permitir a próxima. Esse processo se repete até que o objeto atinja a altura desejada.

Os quatro materiais populares usados na impressão BJ incluem:

Cerâmica
Metais
Areia
Plásticos

Não é possível obter objetos 3D com super alta resolução ou excessivamente robustos com impressão BJ, mas há outras vantagens. Por exemplo, essas impressoras permitem imprimir peças coloridas. Para fazer isso, basta adicionar pigmentos de cor ao fichário, que geralmente incluem preto, branco, ciano, amarelo e magenta. Essa tecnologia ainda está avançando, então espere mais coisas boas no futuro. Até o momento, algumas aplicações da impressão BJ 3D incluem prototipagem rápida e vários usos nas indústrias aeroespacial, automotiva e médica.

Material Jetting (MJ) Polyjet e tecnologia de fundição de cera

Você também ouvirá o Material Jetting, chamado de fundição por cera. Ao contrário de outras tecnologias de impressão 3D, não existe um único inventor para o MJ. Na verdade, até tempos recentes isso tem sido mais uma técnica do que um processo de impressão real. É algo que joalheiros usam há séculos. A fundição de cera tem sido um processo tradicional em que o usuário produz jóias personalizáveis de alta qualidade. A razão pela qual é mencionada aqui é por causa da introdução da impressão 3D. Graças à chegada desta tecnologia, a fundição de cera é agora um processo automatizado. Atualmente, as impressoras MJ 3D produzem peças de alta resolução, principalmente para as indústrias odontológica e joalheira,

Para joalheiros que querem experimentar vários modelos – como a maioria dos joalheiros -, a MJ agora é sua principal tecnologia 3D. No momento da escrita, existem algumas impressoras 3D de cera profissional de alta qualidade no mercado. Veja como eles funcionam:

Quando o modelo 3D (arquivo CAD) é carregado na impressora, todos os sistemas são enviados. A impressora adiciona cera fundida (aquecida) à plataforma de construção de alumínio em camadas controladas. Ele consegue isso usando bicos que varrem uniformemente a área de construção. Assim que o material aquecido aterra na placa de construção, começa a arrefecer e a solidificar (a luz UV ajuda a curar as camadas). À medida que a peça 3D se acumula, um material semelhante a gel ajuda a suportar o processo de impressão de geometrias mais complexas. Como todos os materiais de suporte na impressão 3D, é fácil removê-los posteriormente, manualmente ou usando poderosos jatos de água. Uma vez que a peça esteja completa, você pode usá-la imediatamente, sem mais necessidade de pós-cura.

Há também impressoras 3D, que usam resinas fotopoliméricas em vez de ceras sintéticas. A tecnologia Polyjet também oferece uma resolução muito boa. Ao contrário das impressoras digitais de cera, as pessoas usam dispositivos Polyjet para criar peças para uma ampla gama de indústrias.

Impressoras 3D

As impressoras 3D e a tecnologia de impressão estão avançando o tempo todo. Ao fazê-lo, os preços continuarão a cair à medida que os dispositivos e processos se tornarem ainda mais impressionantes. Se você leu este guia de cima para baixo, agora terá uma boa compreensão básica das diferentes impressoras 3D e de como elas funcionam. Você também conhecerá os diversos materiais usados pelas impressoras e os setores que eles suportam. E se você precisar de uma atualização, você pode simplesmente revisitar qualquer seção deste guia a qualquer momento.

Lembre-se de que você não precisa ter uma impressora 3D para aprender a tecnologia ou imprimir em 3D. Há uma abundância de programas de software e modelagem de impressão 3D baseados na Web gratuitos para você escolher. Depois de ter seu design 3D, você está pronto para ir. Você deve ser capaz de encontrar alguém em sua área local com uma impressora 3D que imprima seu projeto por uma taxa nominal. Confira as escolas, bibliotecas ou pequenas startups em centros de trabalho locais. Caso contrário, envie seu arquivo digital 3D online e deixe que um dos serviços 3D imprima seu modelo.

Dúvidas sobre impressão 3D? Deixem nos comentários suas perguntas!

Sobre o autor

No final da década de 90, André começou a lidar diretamente com tecnologia ao comprar seu primeiro computador. Foi um dos primeiros a ter acesso à internet em sua escola. Desde então, passou a usar a internet e a tecnologia para estudar, jogar, e se informar, desde 2012 compartilhando neste site tudo o que aprendeu.

Veja também