Tecnologia de impressão 3D e equipamentos de produção de materiais

A tecnologia de impressão 3D surgiu na década de 1990 e, devido ao seu princípio especial de deposição camada por camada, permite a formação rápida e integrada de peças estruturais complexas, sendo considerada uma tecnologia transformadora no campo da manufatura. A impressão 3D é conhecida academicamente como Prototipagem Rápida de Manufatura (RPM). A divisão técnica do processo de manufatura é chamada de Manufatura Aditiva (MA).

Princípio da impressão 3D

A impressão 3D é uma tecnologia de prototipagem rápida que utiliza um arquivo de modelo digital baseado no uso de pó metálico, plástico ou outros materiais adesivos para construir um objeto através da impressão camada por camada. Seu princípio básico é o da discretização e acumulação. O caminho, as limitações e a forma de acumulação são obtidos discretamente, e o material é "sobreposto" para formar uma entidade tridimensional por meio da acumulação. Primeiramente, o modelo 3D é obtido em um software CAD ou os dados da superfície da peça são medidos por um instrumento de medição e convertidos em um modelo 3D. Em seguida, o modelo CAD é processado e discretizado ao longo de uma determinada direção (geralmente a direção Z), e as fatias planas são estratificadas. As informações de estratificação discreta são então combinadas com as informações dos parâmetros do processo de conformação para gerar o código de controle numérico da máquina de conformação. Uma peça sólida 3D é formada por um sistema CAM específico que controla o material de forma regular e precisa.

Preparação do pó para impressão 3D em metal

Devido às exigências rigorosas da tecnologia de impressão 3D em metal para materiais em pó metálico, é necessário atender às condições de boa esfericidade, distribuição granulométrica estreita, baixo teor de oxigênio e alta pureza. Consequentemente, os equipamentos de produção de materiais em pó também apresentam requisitos mais exigentes. Existem três tipos principais de tecnologia para preparação de pó para impressão 3D em metal: equipamentos de atomização a ar, equipamentos de atomização por plasma e equipamentos de nodulização por plasma de radiofrequência.

Entre eles, o equipamento de produção de pó por atomização a ar da Hunan Tianji True Air adota a tecnologia central de um atomizador de gás supersônico eficiente e acoplado firmemente, o que melhora a taxa de qualificação do pó, reduz o consumo de ar e os custos de produção. Ao mesmo tempo, está equipado com um sistema de detecção de teor de oxigênio online para reduzir o aumento de oxigênio, sendo uma ferramenta essencial para a produção de pó esférico para impressão 3D.

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, é um termo abrangente que engloba diversos processos distintos de impressão 3D. Essas tecnologias são muito diferentes entre si, mas os processos principais são os mesmos. Por exemplo, toda impressão 3D começa com um modelo digital, pois a tecnologia é digital por natureza. Uma peça ou produto é originalmente projetado usando um software de desenho assistido por computador (CAD) ou um arquivo eletrônico obtido de uma biblioteca digital de peças. O arquivo de projeto é então dividido em fatias ou camadas para impressão 3D por um software específico de preparação de construção, que gera instruções de trajetória para a impressora 3D seguir. A seguir, você aprenderá as diferenças entre essas tecnologias e os usos típicos de cada uma.

Os tipos de manufatura aditiva podem ser divididos de acordo com os produtos que produzem ou os tipos de materiais que utilizam, sendo que a Organização Internacional de Normalização (ISO) os classifica em sete tipos gerais (mas essas sete categorias de impressão 3D também têm dificuldade em abranger o número crescente de subtipos de tecnologia e tecnologias híbridas).

● Extrusão de material

● Polimerização por redução

● Fusão em leito de pó

● Injeção de material

● Spray adesivo

● Deposição de energia direcionada

● Laminação de folhas

Classificação de impressão 3D

A estereolitografia (SLA) , também conhecida como ablação por laser, baseia-se no princípio da fotopolimerização de resinas fotossensíveis líquidas. Ou seja, o material líquido fotopolimeriza-se rapidamente sob a irradiação de luz ultravioleta de comprimento de onda e intensidade específicos, transformando-se de líquido para sólido. O processo consiste em preencher um tanque com resina fotossensível líquida, e um feixe de laser incide sobre a superfície do líquido sob a ação de um espelho defletor, curando a resina na área onde o feixe é escaneado. Após a conclusão da varredura de uma camada, a área não iluminada permanece com resina líquida. A plataforma elevatória abaixa a superfície, cobrindo a camada formada com uma nova camada de resina. Um raspador alisa a superfície da resina, que possui alta viscosidade, e então escaneia a próxima camada. A camada recém-curada adere firmemente à camada anterior, e assim por diante, até que toda a peça seja fabricada, obtendo-se um modelo sólido tridimensional.

A tecnologia de fabricação sólida por camadas (LOM, na sigla em inglês) consiste em formar peças por meio de corte a laser e colagem de materiais finos (como papel revestido na parte de trás), também conhecida como fabricação sólida laminada. O processo envolve a colagem do papel revestido com cola termofusível através da pressão de um rolo de aquecimento. Nesse momento, o laser, posicionado acima da peça e baseado nos dados obtidos pelo modelo CAD estratificado, corta uma camada de papel no contorno interno e externo da peça. Em seguida, uma nova camada de papel é sobreposta, sendo unida por um dispositivo de prensagem a quente, e o laser realiza um novo corte. Este método caracteriza-se por alta taxa de produção e baixo custo.

A sinterização seletiva a laser (SLS) aquece seletivamente pós fusíveis ou não metálicos (como parafina, plástico, areia de resina, náilon, etc.) camada por camada através de um feixe de laser para atingir a temperatura de sinterização e moldá-los no formato desejado. Quando a primeira camada de sinterização é concluída, a plataforma de trabalho abaixa a altura da próxima camada, espalha o pó da camada seguinte e, em seguida, escaneia a segunda camada. A camada recém-sinterizada é firmemente aderida à camada anterior, e assim por diante, até que finalmente se sinterize uma entidade tridimensional correspondente ao modelo CAD.

O princípio básico da FDM (Flash Delay Manufacturing) consiste em controlar o movimento do bocal de aquecimento nos planos XY e na direção Z, de acordo com as informações do perfil da seção transversal. O material em forma de fio (como fio de plástico, fio de parafina, etc.) é enviado ao bocal por um mecanismo de alimentação de fio, aquecido e fundido em seu interior, sendo então depositado seletivamente sobre a mesa de trabalho. Em seguida, é resfriado rapidamente para formar uma camada com o contorno da seção transversal, sobrepondo-se camada por camada até a obtenção de um protótipo rápido. O princípio do processo de moldagem pode ser utilizado para a fabricação de moldes de cera para fundição de precisão e moldes fêmea para fundição. Trata-se de um método eficaz para o desenvolvimento da manufatura micromecânica.

Oportunidades e desafios

Atualmente, a indústria de impressão 3D concentra-se nos setores aeroespacial, automotivo, de equipamentos médicos e outros, e sua escala está em constante expansão, assim como seu nível técnico. O apoio político relevante, incluindo grandes investimentos em pesquisa e desenvolvimento, subsídios à inovação e políticas preferenciais, impulsionou o desenvolvimento do setor. Ao mesmo tempo, a indústria de impressão 3D enfrenta muitos desafios, como limitações de materiais e mecânicas, além de custos elevados. A indústria de manufatura aditiva encontra-se na interseção entre inovação e transformação econômica, e o futuro é repleto de desafios e oportunidades.