Manufatura Aditiva para Metais e Polímeros

Assuntos

1. O que é, para que serve e como surgiu a Manufatura Aditiva
2. Como funciona a Manufatura Aditiva
3. Manufatura Aditiva de Metais
4. Manufatura Aditiva de Polímeros

Neste artigo, você entenderá o surgimento, conceitos e funcionamento da Manufatura Aditiva, além de suas aplicações para metais e polímeros.

O que é, para que serve e como surgiu a Manufatura Aditiva

Manufatura Aditiva é o conjunto de processos de fabricação de objetos por sobreposição progressiva de materiais. Atualmente, esses processos são utilizados a fim de se produzir peças com geometrias complexas, para protótipos ou produtos personalizados.

O conceito surgiu no Japão através de pesquisas de Hideo Kodama, desenhista automotivo. Kodama trabalhava com polímeros fotoendurecidos, quando teve a ideia de criar objetos a partir de uma impressão tridimensional, no Instituto de Pesquisas de Nagoya, em 1981.

O Instituto de Tecnologia do Massachusetts (MIT) aperfeiçoou a ideia de Kodama doze anos depois, com um projeto de impressão através da deposição de pó a partir de cabeçotes de impressoras de jato de tinha.

O desenvolvimento das impressoras, dos softwares de CAD (desenho auxiliado por computador) e das tecnologias de manufatura aditiva permitiram a construção de diversos objetos como colecionáveis, carros e até casas. Essas técnicas continuam sendo estudadas e melhoradas, e a cada dia surgem novas ideias e projetos.

A Manufatura Aditiva também pode ser conhecida como impressão 3D, e na maioria dos casos o processo é realizado com matéria prima-polimérica. Porém, como veremos neste artigo, também foi possível a criação de métodos para deposição progressiva de metais.

Como funciona a Manufatura Aditiva

Funcionamento

O método funciona basicamente a partir de três etapas.

Primeiramente, é necessário realizar um projeto tridimensional em um software de CAD para definir os parâmetros de formatos e medidas da peça.

Em seguida, o arquivo em CAD deve ser exportado para um software de fatiamento, conhecido como slicer, em que o projeto tridimensional será dividido em camadas e transformado em arquivo G-code.

Por fim, o arquivo é enviado para a impressora 3D, que interpretará os parâmetros e fará a deposição de material de forma progressiva, até que o objeto seja finalizado.

Técnicas

Atualmente, existem quatro técnicas de manufatura aditiva:

• Estereolitografia (SLA): é a técnica em que a impressora 3D funde e solidifica seletivamente cada camada de resina polimérica através de feixes de laser ultravioleta (raios UV).
  
• Modelagem por Fusão e Deposição (FDM ou FFF): é o processo em que a impressora deposita por extrusão filamentos fundidos de matéria-prima polimérica, camada por camada.
  
• Sinterização Seletiva a Laser (SLS): é o método em que um feixe de laser de alta potência aglutina as camadas da peça de forma progressiva através da sinterização seletiva do pó polimérico ou, em alguns casos, até vítreo.
  
• Sinterização Direta de Metal a Laser (DMLS): é o procedimento em que o pó metálico é sinterizado, camada por camada, por um feixe de laser de alta potência, assim como no SLS.

Vantagens

Existem algumas vantagens da Manufatura Aditiva em relação a outros processos de fabricação de materiais, que fomentam as pesquisas e os projetos dessas técnicas, cada vez maiores e mais frequentes.

O principal benefício é projetar e fabricar produtos com geometrias complexas de forma simples, com menor geração de resíduos e consumo de energia.

Ademais, a impressão 3D permite a produção de protótipos e peças finais de forma simples e rápida, não necessitando de moldes e equipamentos caros e complexos. Além disso, é possível produzir em pequenas quantidades e de forma personalizada, em virtude do baixo custo.

Manufatura Aditiva de Metais

Atualmente, as técnicas de manufatura aditiva aplicáveis à Metais são o Powder Bed Fusion (PBF), Direct Energy Deposition (DED), Binder Jetting (BJ) e Sheet Lamination (SL).

Os maiores entraves para a indústria de impressão 3D de metais é a variedade de metais utilizáveis, e o aprofundamento de pesquisas para aços de ligas com alta resistência mecânica. As indústrias aeroespacial e aeronáutica poderão ser muito beneficiadas em virtude da alta complexidade e precisão das peças impressas.

Isso ocorre pois os componentes fabricados por impressão 3D, em virtude de sua novidade no mercado, geralmente apresentam poucos dados sobre suas propriedades e o impacto das intempéries e de ciclos de carregamento (fadiga) nos materiais.

Os laboratórios e os métodos de inspeção e certificação através de ensaios, análises e testes também devem se adaptar a essas novas tecnologias, a fim de se aprimorar cada vez mais as peças fabricadas aditivamente.

Ensaios de Tração, Ensaios de Dureza e Ensaios Não Destrutivos podem ser realizados a fim de determinar as propriedades mecânicas dos materiais manufaturados aditivamente. Acesse os 3 artigos e saiba mais sobre cada tipo de ensaio.

Ainda é muito mais barato produzir peças metálicas através de processos de fabricação tradicionais, subtrativos. Porém, com o estudo, as pesquisas e o desenvolvimento dessas tecnologias, é de se esperar uma simplificação dos processos, culminando em uma maior utilização no mercado de metais, assim como de polímeros.

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Manufatura Aditiva de Polímeros

Os materiais poliméricos mais utilizados no processo de Manufatura Aditiva são o ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno), Nylon e PLA (poli ácido lático). Além desses, o PC (policarbonato), PP (polipropileno), PS (poliestireno), PET (politereftalato de etileno) e o PEAD (polietileno de alta densidade) podem ser empregados.

São materiais interessantes para essa aplicação pois são termoplásticos. Assim, podem ser remoldados quando submetidos a aquecimento, devido às interações fracas em suas cadeias que se quebram sob aquecimento e se restabelecem sob resfriamento, em um processo que pode ser repetido várias vezes.

Entenda a Injeção de Polímeros e a diferença entre polímeros termoplásticos e termofixos: Clique aqui.

Além disso, os polímeros termoplásticos são constituídos por duas fases: a estrutura cristalina, que confere resistência mecânica, e a estrutura amorfa, a qual confere a elasticidade à peça.

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