GUIA: A tecnologia de impressão 3D
A impressão 3D é um processo de fabricação de manufatura aditiva que cria um objeto físico a partir de um modelo digital. Existem diferentes tecnologias e materiais de impressão 3D que você pode imprimir, mas todos são baseados no mesmo princípio: um modelo digital é transformado em um objeto físico tridimensional sólido, adicionando material camada a camada.
Aqui nós vamos detalhar mais um pouco da tecnologia de impressão 3D FDM, que é uma das mais comuns e a disponível no Brasília Fab Lab.
Tudo começa com um modelo digital que você cria em programas CAD. Não existe um programa ideal para a impressão 3D e sim alguns mais recomendados (Fusion 360, SolidWorks, OnShape,…). Recomendamos esses por serem programas de modelagem de sólidos, ou seja, tudo que você cria vai ter volume e será possível imprimir 3D.
Movendo para a etapa 2, nós exportamos o modelo digital para o formato STL, o formato mais usado para impressão 3D. Se você não tiver um modelo feito por você, pode tentar encontrar alguns nesses repositórios:
Na etapa 3 você terá o arquivo STL e precisa transformar em código para a máquina poder processar e imprimir sua peça. Para isso temos um categoria de programa chamado slicer (fatiador). Nele você vai importar o seu modelo e ele será fatiado em várias camadas horizontais, uma em cima da outra. No final do processo o programa irá gerar um arquivo GCode, com informações para a impressora executar a operação de impressão 3D.
Na última etapa, nós pegamos um cartão SD para salvar o arquivo de código gerado pelo slicer. Depois é só inserir o cartão na controladora da máquina, escolher o arquivo e confirmar para iniciar a impressão.
O processo todo é esse. Não há segredo. O mais importante é saber como melhorar o seu modelo digital para que ele possa ser impresso 3d com qualidade.
Qual é o hype?
Até 2009, a impressão 3D era limitada a usos industriais, mas a patente de uma das tecnologias mais comuns(Filament Deposit Modeling — FDM) expirou e várias pessoas viram uma oportunidade nascendo.
Com o surgimento do projeto RepRap que tinha a missão de construir uma máquina auto-replicante, nasceu a primeira impressora 3D de mesa. O que uma vez custava 200 mil dólares ficou de repente disponível por abaixo de 2 mil dólares, com isso mais fabricantes entravam nessa onde e o mercado de impressão 3D de mesa decolou em 2009.
As vendas de impressoras 3D têm crescido desde então, e como as patentes de fabricação de manufatura aditiva continuam a expirar, mais inovações podem ser esperadas nos próximos anos.
Como funciona impressoras 3D FDM
As impressoras 3D usadas no Brasília Fab Lab são de tecnologia FDM que utiliza plásticos em forma de filamento como material.
Para imprimir objeto, a impressora aquece a extrusora a temperaturas que vão de 190ºC
à 250ºC, dependendo do material, e empurra o material pelo bico aquecido expelindo o material na plataforma ao mesmo tempo que se move, construindo o modelo 3D camada a camada.
Materiais
Os materiais mais comuns para as impressoras 3D FDM são o PLA e o ABS. Alguns materiais possuem mistura de outros elementos que dão características diferentes, como o NinjaFlex que mais parece uma borracha, mas todos são termoplásticos.
ABS (Butadieno acrilonitrila estireno)
Baseado de petróleo
Temperatura de extrusão: 220ºC — 250ºC
Características gerais: Resistente a impactos, a altas temperaturas e possui boa exibilidade. Possui dificuldade de adesão a plataforma.
Quando usar: Para objetos que podem sofrer impacto e altas temperaturas. Quando evitar: Se não tiver uma cama aquecida.
PLA (ácido polilático)
Baseado de amido de milho
Temperatura de extrusão: 190oC — 240oC
Características gerais: Boa aderência a plataforma, porém é menos resistente.
Quando usar: Sempre que puder.
Quando evitar: Para objetos que vão ser expostos a temperatura acima de 60 ̊C e sofreram muitos impactos.
Vantagens e desvantagens
Impressora 3D não é mágica e nem sempre é possível fabricar tudo que construímos digitalmente, afinal de contas é apenas uma máquina. Por isso é muito importante entender quais são os pros e contras para ajudá-lo a obter o melhore resultado possível.
Quem está usando
Várias áreas profissionais estão utilizando a tecnologia de impressão 3D para revolucionar a maneira como fabricamos produtos e objetos. Você consegue testar sua ideia com eficência e melhorar seu projeto num ritmo muito mais acelerado do que utilizando meios convencionais de fabricação.
Mas afinal o que está sendo feito com essa tecnologia:
- Próteses — o projeto Enabling the Future é um dos maiores exemplos da disseminação da tecnologia. Você consegue baixar arquivos para fabricar uma prótese inteira.
- Construção Civil — impressoras gigantes usam um tipo de concreto especialmente reforçado para construir casas em apenas 45 dias.
- Empresas aeroespaciais — a SpaceX, empresa espacial comercial, utilizou impressão 3D para fabricar câmaras de um motor que será instalado em uma nave espacial. Eles foram do conceito ao primeiro protótipo em apenas três meses.
- Startups — a Print+ está vendendo fones de ouvido de uma maneira diferente. Ao invés de comprar todo o produto, você compra um kit que vem com os componentes eletrônicos e os arquivos para imprimir o resto do produto em uma impressora 3D.
Configurações
Para imprimir 3D existem diversas opções que podemos mudar para tentar melhorar a qualidade, acelerar o tempo de impressão, entre outros. Mas não precisamos saber de todas para começar a imprimir 3D, apenas das mais importantes. Isso vai te guiar para evitar erros como o da foto abaixo.
1.Altura da camada (Layer height)
Talvez essa seja a configuração mais conhecida para alterar a qualidade da peça. Lembra que falamos que o modelo é construído camada a camada, pois então, essas camadas possuem uma altura (de 0,05mm a 0,3mm). Quanto maior for a altura das camadas, menos camadas vão caber na peça e com isso algumas partes da peça podem perder resolução, principalmente em áreas com curvas. O contrário também é verdade, quanto menor for a altura das camadas, mais camadas vão caber na peça e logo sua peça vai ter uma transição mais suave.
Na teoria quanto menor a altura da camada, maior a resolução da sua peça impressa 3D, mas nem sempre isso é verdade. O bico da impressora 3D fica bem aquecido para poder extrudar o material, emanando calor, e ao lado normalmente temos uma ventoinha que resfria o material para ele poder ganhar definicação. Quando temos pequenos detalhes na peça, é difícil a ventoinha conseguir resfriar, pois o bico da impressora esquenta mais rapidamente a área do que a ventoinha consegue resfriar, causando em um derretimento do material e perda de definição.
No exemplo acima temos o mesmo modelo impresso com diferentes alturas de camada. Na esquerda o modelo está com uma altura menor do que o da direita. O detalhe da orelha do modelo da esquerda acabou ficando derretido, pois o bico da impressora ficou imprindo 10 camadas nessa área, emanando calor, e a ventoinha não conseguiu equilibrar a temperatura para definir a parte. Já o da direita, o bico da impressora ficou imprimindo apenas 2 camadas e rapidamente saiu dessa pequena área, não influenciando tanto na definição da parte.
Algumas referências de padrões de altura de camada:
- Baixa resolução: 0,3mm
- Média resolução: 0,2mm
- Alta resolução: 0,1mm
Nós recomendamos sempre imprimir em baixa resolução para economizar tempo de impressão e trabalhar no acabamento pós-impressão.
2.Suportes
O material de suporte é um recurso valioso e é de extrema importância para conseguir um bom resultado na impressão. Esse recurso é adicionado embaixo de áreas que estão suspensas prevenindo que a a camada a ser impressa não desabe durante o processo de impressão. Quando o plástico é extrudado do bico ele precisa de um suporte plano por baixo para conseguir manter a forma, caso contrário a forma iria apenas cair e desmoronar completamente (como naquela imagem acima).
O programa slicer calcula a necessidade de estruturas de suportes automaticamente, então você só precisa habilitar ou desabilitar.
Entretanto é sempre bom tentar evitar o uso de estruturas de suporte, pois além de aumentar o tempo de impressão, elas geram um desperdício de material e um trabalho a mais depois da impressão. Além disso, pode prejudicar a qualidade da superfícies em contato, deixando marcas.
Mas nem sempre conseguimos evitar o uso de suportes, e por isso é importante saber como maximizar o seu uso.
Abaixo estão listados algumas considerações a serem feitas antes de decidir se você vai usar suporte no seu modelo.
Acessibilidade
Tenha em mente que o suporte vai ser retirado após a impressão. Por isso é bom orientar a peça de maneira que o suporte não que fique em uma área de difícil alcance e onde possa prejudicar pequenos detalhes.
Orientação
Os suportes deixarão marcas na superfície. Em uma área grande e de baixa complexidade é possível usar uma lixa d’água para deixar a superfície lisa. Oriente o modelo de forma a reduzir as necessidades do uso de suportes.
Divisão do modelo
Analise seu modelo e veja se consegue dividi-lo em várias partes para poder evitar suportes. Evite usar suporte em regiões com muitos detalhes ou com partes frágeis.
3. Preenchimento interno (Infill)
Os modelos impressos 3D em grande maioria não são totalmente sólidos, normalmente o slicer gera automaticamente um preenchimento em forma de xadrez para garantir a resistência da peça.
Quanto menos preenchimento interno, menos material e menos tempo vai levar para imprimir sua peça. Se precisar de uma peça bem resistente, aconselhamos uma porcentagem de até 50% de preenchimento, acima disso não vai fazer tanta diferença, apenas no tempo de impressão. O padrão é usar um preenchimento entre 10% e 25%. Se você quiser uma peça oca, é só colocar 0%, mas cuidado que se sua peça tiver superfícies grandes na horizontal, elas podem cair por falta de suporte.
Essas são as principais configurações que você precisa saber para garantir que tudo vai sair dentro do planejado.
Checklist pré-impressão
Agora que você já sabe um pouco mais sobre a tecnologia está na hora de começar a imprimir, mas antes dê uma olhada nesse checklist para ver se você tem tudo pronto:
- Arquivo em formato STL;
- Certifique-se do tamanho máximo da impressora 3D. Se seu modelo for muito grande, tente diminuir ou dividir;
- Modelo fechado, sem buracos ou faces abertas;
- Espessuras maior que 2mm, nada menor que isso vai prestar;
- Evite usar estruturas de suportes;
