Tipos de tecnologia de impressão 3D

impressao 3DA impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, permite que objetos sejam criados a partir de arquivos digitais por meio da deposição de material camada por camada. Há muitos tipos diferentes de tecnologias de impressão 3D disponíveis atualmente, cada uma com suas próprias vantagens e aplicações ideais. A escolha da tecnologia de impressão 3D correta para um projeto específico depende de fatores como recursos de material, velocidade, precisão, custo e outros.

Modelagem por deposição fundida (FDM)

A modelagem por deposição fundida (FDM) é um dos tipos mais comuns e econômicos de impressão 3D. Ela funciona aquecendo o filamento termoplástico até um estado semilíquido e extrudando-o por meio de um bocal em uma plataforma de construção, camada por camada. Depois que uma camada esfria e endurece, a plataforma de construção se abaixa e a próxima camada é impressa por cima. Esse processo continua até que o objeto esteja completo.

Vantagens da impressão 3D FDM:

• Baixo custo de impressoras e materiais
• Variedade de materiais termoplásticos disponíveis, como PLA, ABS, PETG, náilon, etc.
• Boa resistência e propriedades térmicas
• Operação e manutenção simples

Aplicações ideais do FDM:

• Prototipagem
• Ferramentas, gabaritos e acessórios
• Brinquedos e itens de hobby
• Peças funcionais e produtos de uso final

As impressoras 3D FDM são excelentes para peças plásticas personalizadas a baixo custo, mas são limitadas em termos de acabamento e precisão da superfície. A natureza em camadas do processo de impressão resulta em um efeito visível de degrau de escada em superfícies inclinadas.

Materiais FDM

Os materiais mais comuns usados para a impressão 3D FDM são:

• pla - Ácido polilático; termoplástico biodegradável derivado do amido de milho. Fácil de imprimir e produz modelos com pouco odor. Mais frágil do que outros plásticos.
• ABS - Acrilonitrila butadieno estireno; um polímero termoplástico durável e moderadamente flexível. Tende a encolher ligeiramente durante o resfriamento, o que pode comprometer a precisão. Emite fumaça quando impresso.
• PETG - Politereftalato de etileno modificado com glicol; combina resistência e flexibilidade para peças impressas duráveis. Resistente a muitos produtos químicos e com baixa absorção de umidade.
• Nylon - Um plástico de engenharia forte e flexível com excelentes propriedades, mas mais difícil de imprimir com sucesso. Geralmente usado para peças funcionais que exigem resistência.
• TPU - Poliuretano termoplástico; um filamento flexível semelhante à borracha usado para objetos flexíveis, gaxetas, mangueiras e muito mais. Difícil de imprimir e requer configurações específicas da impressora.

Estereolitografia (SLA)

A impressão 3D por estereolitografia (SLA) utiliza lasers ultravioleta (UV) para curar a resina plástica líquida camada por camada até formar um objeto. Uma impressora 3D SLA contém uma cuba de resina de fotopolímero que é curada seletivamente por um laser UV.

Vantagens da impressão SLA:

• Precisão muito alta e detalhes nítidos
• Excelente qualidade de acabamento de superfície
• Variedade de resinas de fotopolímero disponíveis
• Impressão rápida para objetos pequenos

Aplicações ideais da impressão SLA:

• Dispositivos odontológicos e médicos
• Padrões de fundição de joias
• Miniaturas altamente detalhadas
• Peças de engenharia de precisão
• Protótipos funcionais

Embora a impressão 3D SLA ofereça uma excelente qualidade de peça, o processo pode ser confuso, os materiais são mais caros e podem ser necessárias estruturas de suporte para algumas geometrias. O pós-processamento também é necessário para enxaguar e curar as peças impressas.

Materiais de SLA

Os materiais comuns de resina de fotopolímero para SLA incluem:

• Resinas padrão - Para protótipos e matrizes de fundição. Acessível, mas frágil.
• Resinas resistentes - Resinas duráveis do tipo plástico que oferecem resistência e flexibilidade.
• Resinas odontológicas - Resinas biocompatíveis aprovadas para aparelhos odontológicos.
• Resinas fundíveis - Projetado para mestres de fundição de joias de sacrifício a serem fundidos com cera perdida.
• Resinas biocompatíveis - Para dispositivos médicos que fazem interface com o corpo humano.
• Resinas de engenharia - Materiais resistentes ao calor e a produtos químicos com propriedades mecânicas avançadas.

Jato de material (MJ)

A impressão 3D com jato de material (MJ) usa cabeçotes de impressão do tipo jato de tinta para depositar seletivamente minúsculas gotículas de fotopolímeros líquidos curáveis por UV em uma plataforma de construção. Os líquidos se solidificam rapidamente e se acumulam camada por camada. O jato de material pode criar peças altamente detalhadas e precisas com superfícies lisas.

Vantagens da impressão MJ:

• Resolução de detalhes de recursos muito alta
• Excelente acabamento de superfície - liso e brilhante
• Suporte a materiais dissolvíveis disponíveis
• Vários materiais podem ser combinados

Aplicações ideais da impressão MJ:

• Modelos médicos detalhados
• Protótipos de alta fidelidade
• Ferramentas de fabricação, como gabaritos e guias
• Padrões e fundição de joias

As desvantagens do jateamento de material incluem materiais um tanto frágeis, altos custos de equipamento e pequenos volumes de construção em máquinas de baixo custo. Os custos dos materiais também são bastante altos.

Materiais MJ

O jato de material utiliza resinas de fotopolímero patenteadas. Algumas opções incluem:

• Rígido Opaco - Para modelos visuais e protótipos
• Rígido Transparente - Peças plásticas transparentes
• Tipo borracha - Peças flexíveis com propriedades elásticas
• Alta temperatura - Modelos e acessórios resistentes ao calor
• Castável - Resinas para padrões de fundição de joias
• Biocompatível - Para dispositivos e ferramentas médicas
• Tipo cerâmica - Duro e rígido com um acabamento fosco

Jateamento de ligantes

Na impressão 3D com jato de aglutinante, um agente de ligação líquido é depositado seletivamente para unir o material em pó camada por camada. O processo utiliza dois materiais: um material de base em pó e um aglutinante líquido. O aglutinante une as partículas de pó para formar uma peça sólida, uma fina camada de cada vez.

Vantagens do jateamento de aglutinante:

• Boa resistência e estabilidade do material
• Possibilidade de estruturas porosas
• Grande variedade de opções de materiais
• Impressão relativamente rápida

Aplicações ideais de jateamento de aglutinante:

• Fundição de metal e areia
• Objetos totalmente coloridos
• Peças funcionais porosas
• Peças grandes de cerâmica

As principais limitações do jato de aglutinante são o acabamento áspero da superfície e as propriedades porosas do material. A infiltração geralmente é necessária para melhorar a resistência e o acabamento.

Materiais de jateamento de ligantes

O jato de aglutinante pode utilizar muitos materiais de base em pó diferentes combinados com aglutinantes líquidos. As opções de materiais incluem:

• Metais - Aço inoxidável, alumínio, aço para ferramentas, Inconel, titânio, metais preciosos
• Areia - Para moldes e núcleos de fundição em areia
• Cerâmica - Alumina, zircônia, fosfato tricálcico, vidro
• Plásticos - Nylon, PBT, TPU, PMMA
• Areia de fundição - Para moldes e núcleos de fundição de metal

Deposição de energia direcionada (DED)

A deposição de energia direcionada (DED) usa uma fonte de energia térmica focada, como um laser, um feixe de elétrons ou um arco de plasma para fundir materiais, derretendo-os à medida que são depositados. A impressão 3D DED permite que as peças sejam fabricadas a partir de pó ou fio metálico.

Vantagens da impressão DED:

• Boa integridade estrutural das peças metálicas impressas
• Possibilidade de grandes volumes de construção
• Excelentes propriedades de materiais de metais impressos
• Os cabeçotes de deposição podem ser montados em braços de múltiplos eixos ou sistemas robóticos

Aplicações ideais da impressão DED:

• Peças funcionais de metal e produtos finais
• Reparo e adição de recursos a peças metálicas existentes
• Componentes aeroespaciais e de aviação
• Implantes médicos metálicos personalizados
• Peças automotivas

As limitações do DED incluem menor resolução em características finas e velocidades mais lentas em comparação com as técnicas de fusão em leito de pó. O equipamento também é muito caro.

Materiais DED

O DED é usado para imprimir peças de vários metais, incluindo:

• Aço inoxidável - 316L, 17-4, 15-5, etc.
• Alumínio - AlSi10Mg, AlSi7Mg, Scalmalloy, etc.
• Titânio - Ti6Al4V, titânio comercialmente puro, níquel titânio.
• Aços para ferramentas - Aço rápido H13, D2, M2.
• Superligas - Inconel 625, 718, etc.
• Metais preciosos - Ouro, prata, platina.

Fusão de leito de pó (PBF)

A impressão 3D de fusão de leito de pó (PBF) refere-se a processos em que a energia térmica funde seletivamente regiões de um leito de pó, camada por camada. As duas principais tecnologias de PBF são a sinterização seletiva a laser (SLS) e a sinterização direta a laser de metal (DMLS).

Sinterização seletiva a laser (SLS)

Como funciona a impressão SLS:

• O pó termoplástico é espalhado finamente em uma placa de construção
• Um laser escaneia e sinteriza o pó para fundi-lo em uma peça sólida
• A placa de construção é abaixada e mais pó é espalhado na parte superior
• A sinterização camada por camada continua até que a peça esteja pronta

Vantagens da impressão SLS:

• Boas propriedades do material e resistência mecânica
• Variedade de materiais termoplásticos disponíveis
• Necessidade de estruturas de suporte mínimas
• Permite geometrias complexas

Aplicações ideais da impressão SLS:

• Protótipos funcionais
• Peças e compartimentos de uso final
• Ferramentas de fabricação, como gabaritos e acessórios
• Componentes de náilon personalizados

As desvantagens da SLS incluem superfícies porosas, resolução mais baixa em recursos finos e volumes de construção menores com máquinas menores. Os custos de material também podem ser altos.

Materiais SLS

Os materiais termoplásticos comuns de SLS incluem:

• Nylon 11 e 12 - Termoplásticos de engenharia fortes e semi-flexíveis. Plásticos SLS mais populares.
• TPU 92A - Poliuretano flexível com propriedades semelhantes às da borracha.
• PEEK - Termoplástico resistente ao calor com excelentes propriedades mecânicas.
• Alumina - Composto de nylon com pó de alumínio, imita o metal.
• CarbonMide - Composto de nylon com fibras de carbono para maior resistência.

Sinterização direta a laser de metal (DMLS)

Como funciona a impressão DMLS:

• Uma fina camada de pó metálico é espalhada sobre uma placa de construção
• Um laser de alta potência derrete e funde o pó em áreas designadas
• A placa se abaixa e mais pó é distribuído na parte superior
• A fusão camada por camada continua até que a peça esteja completa

Vantagens da impressão DMLS:

• Peças metálicas totalmente densas com excelentes propriedades de material
• Possibilidade de geometrias complexas e ligas personalizadas
• Necessidade de estruturas de suporte mínimas
• Uso eficiente de material metálico caro

Aplicações ideais da impressão DMLS:

• Protótipos funcionais de metal
• Implantes médicos personalizados, como próteses
• Componentes aeroespaciais e automotivos
• Reparo de moldes com adição de metal
• Peças metálicas leves e personalizadas, como suportes

O DMLS é mais lento para imprimir peças metálicas maiores e tem custos de equipamento mais altos do que os processos DED. As composições exatas das ligas podem ser difíceis de verificar.

Materiais DMLS

O DMLS é usado para imprimir ligas metálicas comuns e exóticas, incluindo:

• Aço inoxidável - 17-4, 316L, 304L, 15-5, etc.
• Alumínio - AlSi10Mg, AlSi7Mg, Scalmalloy, etc.
• Titânio - Ti6Al4V ELI, Grau 5, Grau 23.
• Aço para ferramentas - H13, P20, D2, M2 Aço de alta velocidade.
• Inconel - Inconel 625, 718.
• Cromo Cobalto - CoCrMo, BioDur CCM Plus, etc.

Produção contínua de interface líquida (CLIP)

A impressão 3D de produção contínua de interface líquida (CLIP) usa uma janela permeável ao oxigênio abaixo do plano de projeção da imagem ultravioleta para criar continuamente modelos a partir de um pool de resina de fotopolímero curável por UV.

Como funciona a impressão CLIP:

• A luz UV brilha através de uma janela permeável ao oxigênio em um tanque de resina líquida
• A plataforma de construção é abaixada para expor a resina curada que se solidifica acima da janela
• Os padrões de luz UV curam a resina e as camadas inferiores se fundem à plataforma
• A extração contínua da resina curada permite velocidades de impressão muito rápidas

Vantagens da impressão CLIP:

• Impressão extremamente rápida - até 100 vezes mais rápida que a SLA
• Tecnologia de fabricação produtiva
• Excelentes acabamentos de superfície e detalhes finos
• Baixos custos operacionais em comparação com o SLA

Aplicações ideais da impressão CLIP:

• Fabricação em massa de componentes plásticos
• Prototipagem de alto volume
• Alojamentos para aparelhos auditivos
• Alinhadores e aparelhos odontológicos
• Gabinetes e caixas de plástico

As limitações incluem volumes de construção menores e menos opções de materiais disponíveis atualmente. Mas a tecnologia está avançando rapidamente.

Materiais CLIP

Os materiais de resina de fotopolímero atuais para impressão CLIP 3D incluem:

• RIGUR® RPS - Material robusto e rígido com resistência ao calor.
• RIGUR® BPA - Material opticamente transparente.
• RIGUR® ABA - Material plástico multiuso, acessível e fácil de imprimir.

Fabricação de objetos laminados (LOM)

A fabricação de objetos laminados (LOM) funciona unindo folhas finas de material usando calor e pressão e, em seguida, cortando as seções transversais de um objeto camada por camada.

Como funciona a impressão LOM:

• Uma folha de papel, plástico ou metal é enrolada na plataforma de construção
• Um rolo aquecido faz a laminação da folha na camada anterior
• Um laser ou uma lâmina corta o contorno da seção transversal da peça
• O excesso de material é cortado e removido
• Outra folha é adicionada por cima e o processo se repete

Vantagens da impressão LOM:

• Ampla gama de materiais de laminação
• Não requer material de apoio adicional
• Podem ser produzidos objetos grandes
• Custo de equipamento relativamente baixo

Aplicações ideais da impressão LOM:

• Modelos conceituais criados a partir de camadas de papel
• Objetos de madeira, como móveis e placas
• Componentes de embalagens e displays de papelão
• Compostos reforçados com fibras

A precisão da peça e o acabamento da superfície tendem a ser menores em comparação com outros processos de impressão 3D. E o material em camadas pode levar a propriedades anisotrópicas.

Materiais LOM

Vários materiais em folha podem ser usados para a fabricação de objetos laminados:

• Papel - Papel adesivo, papelão e folhas de papelão
• Plásticos - ABS, polipropileno, policarbonato
• Metais - Aço inoxidável, titânio, alumínio
• Compostos - Fibra de vidro, fibra de carbono

Fusão de múltiplos jatos (MJF)

A impressão por fusão a jato múltiplo (MJF) utiliza uma série de cabeçotes de impressão a jato de tinta para depositar seletivamente agentes de fusão e detalhamento em um leito de pó para derreter totalmente e fundir o material camada por camada com alta precisão.

Como funciona a impressão MJF:

• Uma camada de pó é espalhada sobre a plataforma de construção
• Os cabeçotes de impressão depositam agentes de fusão e detalhamento
• As lâmpadas infravermelhas derretem e fundem o pó onde o agente de fusão foi depositado
• O pó não fundido atua como suporte até ser removido posteriormente
• Camadas adicionais se acumulam até que a peça esteja completa

Vantagens da impressão MJF:

• Boa precisão e acabamentos de superfície
• Excelentes propriedades mecânicas
• Impressão produtiva com velocidades de construção rápidas
• Não são necessárias estruturas de suporte

Aplicações ideais da impressão MJF:

• Protótipos funcionais com boas propriedades de material
• Produção de moldagem por injeção de curto prazo
• Peças de uso final duráveis e precisas
• Canais de resfriamento conformes em ferramentas

Atualmente, as opções de materiais estão limitadas a alguns termoplásticos de alto desempenho da HP. Mas a tecnologia está avançando rapidamente.

Materiais MJF

A impressão 3D da MJF utiliza os termoplásticos de alto desempenho da HP:

• PA 11 - Nylon projetado para oferecer boa força e resistência térmica.
• PA 12 - Nylon com excelentes propriedades mecânicas e ideal para muitos usos.
• PA 12 GB - Nylon 12 reforçado com contas de vidro para maior rigidez e estabilidade dimensional.
• PEEK - Termoplástico excepcional com resistência ao calor e excelentes propriedades mecânicas.

Sinterização por inibição seletiva (SIS)

A sinterização por inibição seletiva (SIS) usa um agente de fusão para unir seletivamente o material em pó, camada por camada. Um inibidor é impresso para evitar a sinterização em áreas indesejadas.

Como funciona a impressão do SIS:

• O material em pó é espalhado na plataforma de construção
• Um jato de tinta deposita um inibidor para definir os contornos da peça
• Todo o leito de pó é exposto uniformemente ao calor ou à luz UV
• O agente de fusão faz com que o pó se sinterize, exceto quando o inibidor o impede
• O excesso de pó é removido a vácuo após cada camada

Vantagens da impressão do SIS:

• Peças densas de metal, plástico ou cerâmica
• Não são necessárias estruturas de suporte
• O pó não utilizado é reutilizável
• Desperdício mínimo de material

Aplicações ideais da impressão SIS:

• Produtos de consumo personalizados em massa
• Hardware de metal personalizado
• Artigos de arte e decoração em cerâmica
• Fabricação de gabaritos de montagem

Atualmente, só é fornecido comercialmente por algumas empresas, como a ExOne, mas tem potencial para maior adoção no futuro.

Materiais do SIS

Vários materiais podem ser usados para a sinterização por inibição seletiva:

• Plásticos - Nylon 11 e 12, elastômero TPU.
• Metais - Aço inoxidável, aço para ferramentas, bronze, carbeto de tungstênio.
• Cerâmica - Areia de sílica, alumina, fosfato tricálcico, zircônia.
• Vidro - Vidro de cal sodada, vidro de borosilicato.

Linha de fundo

Há muitas tecnologias diferentes de impressão 3D disponíveis, cada uma com recursos exclusivos. A compreensão das principais características de cada processo permite que a tecnologia ideal seja selecionada para uma determinada aplicação com base em fatores como materiais necessários, precisão, acabamento da superfície, velocidade de construção, custos etc. As tecnologias mais comuns, como FDM e SLA, são escolhas econômicas para modelagem de conceito e prototipagem. Para a produção em curto prazo de peças plásticas de uso final, a MJF e a SLS oferecem boas propriedades mecânicas com alta produtividade. Joias, dispositivos médicos e componentes de engenharia avançada se beneficiam da excelente precisão e do acabamento superficial com tecnologias como jato de material, CLIP e jato de aglutinante. O DED e o DMLS abrem novas portas para a impressão direta de peças metálicas funcionais para uso aeroespacial, automotivo e médico. Com sistemas cada vez mais rápidos, mais baratos e mais capazes, a impressão 3D está revolucionando a forma como os produtos podem ser projetados, personalizados e fabricados em quase todos os setores.

Perguntas frequentes

Qual é a tecnologia de impressão 3D para desktop mais acessível?

A modelagem por deposição fundida (FDM) é, em geral, a tecnologia de impressão 3D de desktop mais econômica e acessível para amadores e empresas atualmente. Há muitas impressoras 3D FDM disponíveis de empresas como Creality, Prusa Research, FlashForge e outras que oferecem boa capacidade a baixo custo.

Qual tecnologia oferece o melhor acabamento de superfície e resolução de detalhes?

A estereolitografia (SLA) e o jato de material (MJ) oferecem a mais alta qualidade de acabamento de superfície, detalhes finos de características e precisão geral de peças entre as tecnologias comuns de impressão 3D. No entanto, os custos dos equipamentos tendem a ser substancialmente mais altos.

Qual processo de impressão 3D é melhor para peças metálicas funcionais?

A deposição de energia direcionada (DED) e a sinterização direta de metal a laser (DMLS) são duas das principais tecnologias para impressão 3D de componentes metálicos totalmente densos e funcionais. A DED constrói peças a partir de pó ou fio metálico soldado, enquanto a DMLS derrete e funde seletivamente camadas de leito de pó metálico.

Qual tecnologia é ideal para produtos plásticos personalizados em massa?

A fusão multijato (MJF) da HP permite a produção econômica de pequenas tiragens de peças plásticas de precisão com excelentes propriedades mecânicas, o que a torna uma solução ideal para personalização em massa e fabricação rápida. O processo também é muito rápido.

As peças de cerâmica podem ser impressas em 3D?

Sim, várias tecnologias de impressão 3D suportam materiais cerâmicos. O jato de aglutinante pode imprimir grandes objetos de cerâmica unindo um material em pó com um aglutinante líquido. A sinterização por inibição seletiva também permite peças de cerâmica de alta densidade por meio da sinterização de pó camada por camada.

Qual processo de impressão 3D é o mais rápido?

A produção contínua de interface líquida (CLIP) é a tecnologia de impressão 3D mais rápida disponível atualmente, capaz de imprimir peças plásticas funcionais até 100 vezes mais rápido do que a impressão 3D SLA. Isso a torna viável para aplicações de fabricação em massa. As impressoras CLIP para desktop já estão disponíveis.

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