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Impressão 3D - Processos, Industria e Educação

materiais termoplásticos puros ou com cargas de outros materiais,

inclusive metais e as impressoras podem ser de baixo custo e de

reduzidas dimensões. O processo FDM não produz resíduos,

somente nos casos em que a impressão da peça exige criação de

suportes. Como inconvenientes podemos apontar a necessidade de

criação de suportes em modelos com superfícies incl inadas e baixa

resistência das peças segundo o eixo Z (direcção de impressão) e a

sua lentidão.

As principais vantagens do processo SLS é a precisão e sua alta

capacidade para reproduzir geometrias complexas. As peças

obtidas por este processo possuem boas característ icas mecânicas.

Este processo pode recorrer a uma grande variedade de materiais.

Como inconvenientes, no processo SLS, destaca-se o preço elevado

das impressoras. A estrutura porosa das peças pode em alguns casos

ser uma desvantagem.

A tecnologia PolyJet é um método exclusivo das impressoras

Objet da Stratasys® que possibil itam a produção fácil e rápida de

moldes de injeção nas suas próprias instalações. A impressão

PolyJet cria objetos 3D através do posicionamento de sucessivas

camadas de um foto polímero líquido segundo as configurações

desejadas. O plástico é curado (sol idif icado) através da util ização

da luz UV (Ultra violeta). Após este processo, os moldes podem ser

colocados numa máquina de injeção e util izados para a produção

de peças protótipos no mesmo material de que é especif icado para

o produto final. Estes protót ipos de elevada precisão possibil itam a

capacidade de util ização de peças em exemplos concretos e rea-

l istas, contribuindo para a análise do desempenho real do produto.

Os moldes de injeção em PolyJet não são substitutos dos moldes

de aço ou de alumínio. Em vez disso, servem o propósito de

preencher a lacuna entre os moldes de alumínio e os protótipos

impressos.

Para além de existirem muitas tecnologias diferentes, existem

também muitas gamas de impressoras desde as usadas por Makers

que podem rondar poucas centenas de euros até às Industriais a

valer milhões de euros. Devido ao conhecimento Open Source

disponível é relat ivamente acessível a qualquer pessoa com perfil

técnico construir a sua própria impressora. Esta não é a melhor

solução quando se pretende focar na obtenção dos modelos

impressos com a melhor qual idade e do modo mais rápido, mas é

muito útil na vertente d idática, permit indo a aprendizagem de

muitas matérias nos domínios da Eletrónica, Programação,

Mecânica, Materiais, etc.

A tecnologia FDM ou FFF (Fused Filament Fabricat ion) é a mais

acessível para este propósito. Uma impressora é constituída por 3

sistemas principais. Uma estrutura que implemente a cinemática

que normalmente é um sistema cartesiano ou Delta com 3 graus de

l iberdade. Um extrusor que derrete um filamento termoplástico e

uma mesa onde é impresso o modelo 3D.

Construção de uma Impressora FDM

Introdução

FDM versus outros processos

A impressão 3D (ou Manufactura Adit iva) é um conjunto de

tecnologias de fabricação adit iva, em vez de subtrativa, em que o

modelo é obtido quase sempre, por deposição de camadas

sucessivas de material a partir de um modelo digital 3D criado num

software CAD. A forma como essa deposição é feita define o t ipo de

tecnologia de impressão 3D. Existem 7 tecnologias principais das

quais derivam outras. Algumas impressoras depositam o material

depois de aquecido como no caso do FDM (Fused Deposition

Model ing), outras fundem graus finos usando um Laser. Existem

vários tipos de processos ad itivos de metais, como Sinterização

Seletiva a Laser (SLS), Sinterização de Metal Direta por Laser

(DMLS), Sinterização Seletiva de Metais (SLM). No caso mais

comum, o processo SLS, a impressão 3D é feita selectivamente por

sinterização, formando uma massa sól ida de material pelo calor,

mas sem chegar à l iquefação. A estes processos anteriores

podemos ainda acrescentar o processo LOM (Laminated Object

Manufacturing) que usa a tecnologia Laser para cortar e depositar

de forma consecutivas f inas camadas de material (papel, plástico

ou material metál ico) e que são ligadas entre si por calor. Outros dos

processos comuns é o PolyJet. Neste processo de Impressão 3D é

possível usar uma ampla gama de materiais e permite obter peças

com bom acabamento superficial e grande precisão e que podem

ser usadas em protótipos ou ferramentas. Cada camada no

processo PolyJet pode ir até uma espessura de 0,1 mm e produzir

paredes finas e geometrias complexas ut il izando a mais ampla

gama de materiais disponíveis.

As vantagens do processo FDM são muitas comparativamente a

todas as outras. Permitem o uso de uma variedade enorme de

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novas formas, novos tipos de ajustamentos, novas tolerâncias de

acordo com estas tecnologias.

Actualmente o uso de impressão 3D para a indústria ainda está no

domínio de quem tem conhecimentos técnicos profundos sobre a

tecnologia, no entanto as primeiras impressoras Desktop vieram

deitar a baixo muitas barreiras, mostrando que a obtenção de peças

reais criadas em poucos minutos ou horas está acessível a qualquer

mortal á distância de um cl ique.

A sua apl icabil idade é transversal a vários ramos de atividade

desde o âmbito industrial ao doméstico. Necessitamos sobretudo

de alguma criatividade para obter o modelo de CAD pretendido que

vá de encontro da nossa necessidade e perceber como cada

material e processo de impressão se adequa a cada área: al imentar,

saúde, setores da aeronáutica e automóvel, deporto, med icina e

biologia, joalharia, têxt il e calçado ou até na construção civil no

fabrico de casas.

Ao longo dos anos, muitos modelos e teorias têm sido

desenvolvidas no âmbito da psicologia e da educação para tentar

expl icar como as pessoas aprendem e pensam. A teoria mais

amplamente conhecida é a dos “estilos de aprend izagem”, que

assenta na ideia de que diferentes indivíduos têm d iferentes

maneiras de perceber e de processar a informação, o que impl ica

necessariamente diferenças nos seus processos de aprendizagem.

Segundo os autores, é consensual concluir que eficiência do ensino

depende das metodologias util izadas pelos professores, as quais

devem ter em atenção os diferentes estilos de aprend izagem dos

alunos. O procedimento mais correto passa pelo recurso a

estratégias diversif icadas, mas, também, a materiais e recursos de

natureza variada, de modo a abranger o maior leque possível de

estilos de aprend izagem e, assim, assegurar uma comunicação

eficaz com a general idade dos alunos.

No ambiente certo, as pessoas podem aprender e ser auto-

dirigidas na aprendizagem. Encontrar desaf ios e resolvê-los da

melhor forma possível é algo que acompanha qualquer pessoa ao

longo da vida. Considerando esta premissa, as atividades com

recurso à impressão 3D permitem trazer o mundo real para a sala de

aula. Os estudantes aprendem a util izar ferramentas computa-

cionais e físicas, são submetidos a desaf ios reais e/ou ficcionados

através da problematização e construção de soluções. E tudo isto

pode ser real izado de forma colaborativa, através da part ilha e

discussão em grupo dos desaf ios propostos. A impressão 3D

permite, ainda, construir protótipos ou modelos de trabal ho com a

final idade de estudar e testar diferentes recursos, ideias, conceitos,

funcional idades, formas e desempenhos. Enquanto recurso

colaborativo de aprend izagem, a impressão 3D, aproxima-se de um

método de ensino "ideal" ao incluir diferentes est ilos metodo-

lógicos no processo de aprendizagem, contribuindo para a aqui-

sição do conhecimento novo e atual izado.

Impressão 3D na Hora

A impressão 3D como recurso colaborativo de aprend izagem

Estes sistemas são constituídos por componentes facilmente

disponíveis no mercado a maioria standard: motores passo a passo,

correias dentadas, polias, rolamentos axiais e l ineares, veios

roscados e l isos, parafusos, controlador eletrónico e fins de curso.

Algumas das peças mecânicas com desenhos específicos, como do

extrusor por exemplo podem ser impressas em 3D permitindo a

obtenção de muitas variantes a baixo custo. Para os Makers hoje em

dia o trabalho da escol ha dos componentes está muito facil itado

porque existem muitos kits de impressoras disponíveis. Estes kits

são uma oportunidade para as escolas e centros de formação

promoverem a sua construção no âmbito dos projetos académicos

de forma a promover o trabalho em grupo, implementar as técnicas

pedagógicas baseadas no “aprender fazendo” recorrendo a conhe-

cimentos técnicos interdiscipl inares, ao mesmo tempo que

permitem explorar o nosso lado criativo a aumentar a mot ivação

através de projectos com carácter prático e um resultado f inal

especifico em 3 passos: montar a impressora; af inar e parametrizar

a impressora e finalmente desenhar e obter um modelo que resolve

um problema específico que não pudesse ser resolvido de outro

modo em tempo útil e com ef iciência.

Para além da vertente didát ica há uma oportunidade para a

Industria e centros de Investigação Portugueses, uma vez que há

muito conhecimento Open Source disponível assim como Makers

que investiram quant idades de tempo razoável a explorar esta

tecnologia e conseguem obter bons resultados, havendo a

oportunidade para desenvolver soluções comerciais inovadoras. A

revolução da era digital e a caducidade de algumas patentes per-

mitiu a todo o mundo ter acesso a estas oportunidades, o que

significa que se não as aproveitarmos vai levar-nos a uma perda de

oportunidade para outros países, que já estão muito avançados

nestas tecnologias.

O processo de impressão 3D começa sempre num modelo digital

3D. A indústria e as instituições de ensino em Portugal dispõem de

uma grande variedade de apl icações informáticas que permitem

desenvolver modelos de CAD 3D associados a várias áreas da

indústria. Para além destas apl icações a tecnologia atual dispõe de

scanners 3D que permitem fazer engenharia inversa, digital izando

um modelo original e a partir de uma impressora 3D reproduzi-lo.

Para quem não dispõe desta tecnologia pode sempre recorrer a

repositórios onl ine onde podemos partil har modelos de CAD 3D.

Normalmente o formato de CAD 3D eleito é o formato STL, o mais

comum requerido pelas apl icações informáticas que irão gerar o

ficheiro g-code que irá controlar o movimento da impressora. A

sequência digital do processo de fabrico é composta por 4 etapas:

Modelação 3D, Preparação da impressão, Obtenção do G-Code e

Impressão.

Na área de desenho e de criação dos modelos de CAD pede-se aos

profissionais que sejam mais criat ivos e que busquem formas que

vão de encontro a estas tecnologias. Não podemos continuar a

projetar modelos e equipamentos pensados para as tecnologias

convencionais e depois esperar que sejam reproduzidos com a

mesma qual idade pelas tecnologias adit ivas. Temos que pensar em

Processo de impressão 3D

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fazer estudos prévios de novos projetos ou para partilhar os nossos

estudos de forma interactiva com os cl ientes.

Em relação à tecnologia PolyJet existem no mercado algumas

empresas que fornecem esses serviços de norte a sul do País.

A indústria portuguesa não pode mais uma vez perder uma

oportunidade de estar a competir a par com os países mais

avançados tecnologicamente. Não há como ignorar esta nova

revolução. Mesmo que as tecnologias atuais ainda venham a evoluir,

a Impressão 3D veio para ficar. No início da aviação discut ia-se se o

futuro seria com aviões ou dirigíveis e muita gente apostava nos

dirigíveis e isso não se concret izou, mas uma coisa é certa acabámos

por dominar os céus. O mesmo se passa nos dias de hoje, não

sabemos qual ou quais as tecnologias que irão vingar e substituir as

antigas, mas uma coisa é certa, são tecnologias que vieram para

ficar e quanto mais cedo evoluirmos para estes processos mais cedo

nos adaptamos a eles. E não nos podemos limitar mais uma vez à

figura de meros ut il izadores, temos que saber eleger uma

tecnologia e apostar no desenvolvimento desses equipamentos e

materiais. Não podemos continuar a dizer que os processos

adit ivos não executam com o mesmo rigor as peças que são obtidas

pelos processos convencionais, temos que ser sim, mais criativos e

projetar novas formas de tirar proveito da tecnologia e não esperar

que a tecnologia se adapte às nossas formas tradicionais de pensar e

trabalhar.

Américo Costa - Departamento de Formação do CENFIM

Francisco Mendes - BEEVERYCREATIVE

Conclusões

A impressão 3D, apesar de ser uma tecnologia relativamente

recente, é revolucionaria e poderosa, pela vasta gama de

apl icações, que vão das áreas cientificas as culturais, pela crescente

facil idade de acesso a esta tecnologia (menor custo), e pelo carater

motivador, experimental e facil itador da aprendizagem, razão pela

qual já faz parte da oferta formativa do CENFIM.

Os equipamentos de impressão 3D que garantem qual idades

idênticas aos dos processos convencionais ainda são muito caros.

Contudo, a flexibil idade e os potenciais benefícios que estes

processos adit ivos nos oferecem são muito difíceis de quantif icar. A

tecnologia tem avançado rapidamente, e é razoável hesitar entre

comprar a máquina agora ou esperar pela próxima geração. No

entanto, a tecnologia atual é já capaz de alcançar padrões de

desempenho rigorosos. Afinal, não seria a primeira vez que a

indústria metalúrgica Portuguesa sofreria com a falta de inves-

timento na sua modernização. Neste momento pode-se quest ionar

o investimento em equipamentos bastante onerosas, mas talvez

isso neste momento não seja necessário, já existem múltiplas

empresas em Portugal que se dedicam a prestar serviços para o

exterior nesta área de atividade, sobretudo nas principais zonas

industriais. Já existem algumas empresas que prestam serviços na

tecnologia SLS, sobretudo em metal para a área dos moldes. A

fabricação adit iva de metais, permite a criação de formas com-

plexas e impossíveis de se obterem pelos métodos convencionais.

Podemos aplicar esta tecnologia nos mais d iversos setores,

incluindo o de Moldes & Plásticos, na apl icação de postiços com

canais de refrigeração conformados. Em determinadas geometrias

uma boa refrigeração é a garantia de peças com qual idade o que,

consequentemente, reduz significat ivamente os custos de não

qual idade.

Na injeção, além de se conseguir uma boa refrigeração, este tipo

de apl icação também permite a uniformidade da temperatura e a

redução de ciclo de injeção até 40%. Na maquinação, a operação de

desbaste é el iminada tornando esta tecnologia mais sustentável e

ecológica. A tecnologia FDM embora não permita obter peças com

muita resistência estrutural pode e deve ser usado nesta fase para

Serviços disponíveis na área da Impressão 3D