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março 2017
INTRODUÇÃO ÀS IMPRESSORAS 3D - PRINCIPALMENTE DO TIPO FUSÃO / EXTRUSÃO / DEPÓSITO (ou adição) DE MATERIAL

Dato esta matéria, pois acredito que em breve, todos terão acesso às impressoras 3D, possuindo mesmo ou adquirindo algum produto que tenha sido produzido por uma. Já hoje é uma revolução na produção, principalmente de protótipos (prototipagem rápida) e fabricação de alguns produtos sob medida. Em breve haverá diversos tipos de impressora 3D com possibilidade de se fabricar produtos com diversos materiais. Haverá mudança nos sítios de produção.

Algumas características e possibilidades da impressão 3D:
- Faça você mesmo (maker). Você poderá projetar e produzir em casa. Produção sem manipulação, do computador direto para produção.
- Produtos totalmente customizáveis e sob medida. Inclusive você poderá ter um arquivo digital do seu corpo, assim poderá fornecer os seus parâmetros para vestuário, calçados, próteses, talos e até órgãos. Hoje já é possível tirar fotos do seu pé e ter sapatos customizados.
- Redução drástica nos processos de fabricação. Produtos que hoje dependem de moldes, por exemplo, poderão ser produzidos direto na impressora 3D. Caso você queira um produto um pouco maior, basta aumentar no arquivo digital.
- Simplificação das impressoras 3D. Hoje ainda a impressora 3D é um pouco complicada - tento explicar um dos processos abaixo - restrito a quem tem domínio de programas CAD (Computer Aided Design) arquivos CAD 3D e ajustes de impressoras 3D. Mas, em breve, as impressoras 3D serão como as impressoras de papel (de textos e imagens) que possuímos hoje, com muitos parâmetros definidos pelo fabricante, facilitando o seu uso. Modelos mais simples de uso pessoal ou para crianças, até modelos industriais de diversos tamanhos.
- E redução nos custos.

O QUE É IMPRESSÃO 3D
Apesar da ideia existir anteriormente, foi Chuck Hull, co-fundador da empresa 3D systems, que em 1986 patenteou o processo STEREOLITHOGRAPHY (estereolitografia), ou SLA printing. Neste processo, o objeto virtual é "fatiado" em camadas, este arquivo das fatias, é enviado à impressora e esta as "imprimem" camada por camada.

IMPRESSORAS
As impressoras 3D são divididas, principalmente, em como o material é tratado e depois curado.

Principais métodos:
- Material curado pela ação da luz: VAT photopolymerization ou Powder Bed Fusion - onde uma camada de material líquido ou tipo talco é exposto à luz e o material, normalmente um polímero, de um líquido ou pó são enrijecidos formando as camadas.

- Material extrudado ( Material extrusion): FDM Fused Deposition Modeling.
Neste processo o material é fundido, extrudado e depositado em camadas.
Hoje é o método utilizado nas impressoras mais populares, por serem as mais baratas, mais difundidas, muitos comandadas por software livre, materias (insumos) relativamente baratos, projetos abertos etc.. Então, é deste tipo de impressora que irei tratar.

- Existem outros métodos como, Material Jetting e Binder Jetting.

IMPRESSORAS FDM Fused Deposition Modeling

Podem ver abaixo o processo de funcionamento desta impressora e as suas partes.

O processo FDM, consiste em derreter o material, por aquecimento, forçar este material aquecido por um orifício - extrusão - e depositá-lo sobre uma mesa, camada por camada.

Na foto da impressora, a alimentação é feita através de um rolo de polímero; na unidade extrusora, este polímero é aquecido, derretido e extrudado sobre a mesa. Neste caso, a mesa e a extrusora se movimentam no eixo X e Y* e conforme as camadas são impressas, depositadas a extrusora avança no eixo Z* para cima.
*Como referência os eixos X e Y plano horizontal e Z vertical.

DO VIRTUAL ATÉ O REAL - o processo até a fabricação
Entendido em como a impressora funciona, explicarei o processo do projeto virtual até o envio de arquivos para a impressora.
As possibilidades e limitações (até o momento) deste tipo de impressora.



PROJETO OVO
O processo para a impressão de um simulacro de ovo. As etapas até a impressão e os cuidados a serem tomados.

O projeto "OVO" 3D pode ser feito em um programa tipo CAD Computer Aided Design (programas como: Vectorworks, Autocad, FreeCad etc).

O arquivo para exportar ou salvar mais difundido é o ".stl".

FATIAMENTO
Este ovo virtual deve ser fatiado em camadas, gerando um arquivo de execução, dentro dos parâmetros suportados pela impressora.
Observem que: quanto mais finas forem as camadas, melhor será a resolução final do objeto.
Por outro lado, quanto melhor a resolução maior será o tempo de impressão.

Creio que num futuro próximo, para impressoras mais comerciais, as opções de impressão virão pré-definidas de fábrica, bastando escolher a resolução.

LIMITAÇÕES
Para este processo de impressão FDM, onde a camada seguinte é depositada sobre a camada anterior, há limitações para que o processo de impressão não tenha problemas.
Dependendo do material, resolução, velocidade etc., as paredes negativas não serão suportadas, necessitando de um suporte.
Suporte que deverá ser desbastado para se obter o produto final. Um trabalho difícil de ser feito.

Uma opção é gerar um modelo que não tenha este problema, que sempre tenha uma base abaixo, por exemplo, no caso do ovo, dividindo-a em duas partes.

Então, sempre que finalizar o seu projeto no CAD, analise se o modelo poderá ser impresso sem problemas. Se as partes "negativas" estão dentro dos limites das possibilidades de impressão.

BRIM
Ainda sobre base, neste processo de impressão é muito importante a fixação do objeto sobre a mesa de impressão. Como haverá muitos movimentos laterais, pode acontecer do objeto, no meio do processo de impressão, se soltar da mesa, perdendo a peça. Então, para diminuir este inconveniente, junto com o processo de fatiamento, pode se criar o "brim".
Brim é uma camada de aderência do material com a mesa, no perímetro externo do objeto, criando uma área maior de contato.

INFILL
Se você não precisar de um objeto maciço, poderá criar estruturas internas, na etapa de projeto CAD, ou no processo de fatiamento, aliviando o objeto e diminuindo o tempo de impressão.

Em programas de fatiamento, há opções de preenchimento (infill), tipos de estrutura, espessura das paredes externas e porcentagem de preenchimento.

Complementando esta matéria, veja como foi o processo de impressão de um óculos. O projeto, fatiamento, parâmetros de impressão e arquivo do óculos para download.

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