Paper fundamentação teórica

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Acadêmicos¹ 
Tutor Externo² 
 
 
RESUMO 
 
 
 
O presente trabalho visa contribuir com as discussões na produção de válvulas de reposição para 
respiradores pelo processo de fabricação de impressão em 3D. Considera também a importância que 
a impressão em 3D vem obtendo em alguns países durante a pandemia do Covid-19 para cobrir a 
demanda das válvulas de respiradores em tratamento terapêutico. A coleta de dados foi dada através 
de pesquisas online. As analises evidenciaram uma demanda muito forte que a impressão em 3D 
vem suprindo, com um custo mais baixo e qualidade igual ou superior as que se encontram no 
mercado. 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A tecnologia de impressão em 3D com polímeros vem se estruturando e ganhando o mercado nos 
últimos anos, apesar de já existir desde 1984, criada por Chuck Hull, que funciona através da adição 
de camadas sobrepostas até obter-se o resultado final. 
Apesar desta tecnologia ser muito expressiva nas industrias, ela tem uma importância muito grande 
trabalhando lado a lado com a medicina, na construção de alguns órgãos de transplantes como: rim, 
coração, mandíbula e até próteses de pernas. 
Neste trabalho temos como objetivo explicar de forma sucinta a importância da tecnologia de 
impressão em 3D em peças para acompanhar a demanda na área da medicina durante a pandemia do 
Covid-19, exemplificando através de acontecimentos na Itália. 
Aplicando uma metodologia com embasamento em pesquisas online de especialistas e engenheiros 
em que pudemos obter uma pesquisa com a aplicação de uma didática simples e direta para melhor 
entendimento do leitor. 
Organizamos o nosso trabalho em 5 partes para melhor compreensão e organização, ficando assim a 
1° parte a introdução onde é feita uma apresentação do tema. Na 2° parte temos a fundamentação 
teórica onde é feito o desenvolvimento do tema. Na 3° parte que é a metodologia temos um 
exemplo em tabela do assunto. Na 4° parte se encontrará os resultados e discussões sobre o 
trabalho. E, por fim, a 5° parte que diz respeito à conclusão que tiramos desta pesquisa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 Nome dos acadêmicos 
2 Nome do Professor tutor externo 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Código da Turma) – Prática do Módulo I - 
dd/mm/aa 
2 
 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
 A elaboração referente à pesquisa consiste na produção de válvulas de reposição para 
respiradores para tratamento terapêutico pelo processo de fabricação de impressão em 3D. Em meio 
à pandemia do novo corona vírus um dos países mais afetados pela doença foi à Itália, onde a 
escassez de leitos, equipamentos e máscaras gerou a necessidade de produção de válvulas em larga 
escala pelo processo mais rápido para atender as necessidades hospitalares. Se as válvulas fossem 
produzidas pelo processo normal, segundo o Bioengenheiro Alexandro M. Hamke o tempo 
estimado seria elevado, motivo pelo qual muitos dos pacientes internados não sobreviveriam devido 
ao tempo de espera para a substituição das válvulas que estavam com desgaste e necessitavam 
serem substituídas a cada oito horas. Com essa demanda o fabricante original não atenderia a alta 
demanda e assim buscou-se a produção da válvula para reposição pelo processo de impressão em 
3D. 
As primeiras unidades das válvulas pelo processo de produção em impressora 3D foram 
realizadas em uma impressora de filamento, porém mesmo assim não era suficiente para atender as 
demandas hospitalares, pois as válvulas sofriam desgastes prematuros e o tempo de fabricação nesse 
tipo de impressora é de aproximadamente uma hora para cada unidade. Assim o design foi enviado 
à outra empresa especializada na reprodução de peças em impressão 3D, a LONATI que utiliza 
laser para fazer à sinterização (fusão) de um pó plástico a base de poliamida para ganhar tempo na 
confecção das válvulas e maior qualidade. Com esse processo as válvulas são produzidas com 
maior velocidade. Segundo a NASA (2014), “[...] a estação espacial internacional está desde o final 
de 2014, com uma impressora 3D em funcionamento para testar as propriedades mecânicas das 
peças criadas e a confiabilidade do equipamento em gravidade zero”. 
Na fabricação das válvulas foi utilizada uma impressora em 3D do modelo FDM derivado do 
inglês (Fuse Deposition Modeling) que significa fundição e modelagem por deposição, pois o custo 
do material em comparação com outros produtos não é tão elevado, em compensação permite que 
incorpore alguns detalhes na peça se for necessário. Essa técnica de fabricação consiste em uma 
técnica de filamentos de um material plástico normalmente de PLA, pois é o nome mais comum 
para o (Ácido Polilático) ou ABS que representa (Acrilonitrila Butadieno Estireno) até um estado 
semi sólido e uma deposição do material pelo bico extrusor, sendo que esse tipo de fabricação 
ocorre através dos movimentos dos eixos X, Y e Z formando assim camada por camada até que a 
válvula obtenha seu formato desejado. O diâmetro do bico extrusor é de 1,75 mm, levando em 
consideração que a espessura da parede da válvula é de 2,55 mm e do orifício de 0,8 mm. 
• TIPOS DE IMPRESSORAS 3D: 
 No mercado e no ramo industrial existem vários modelos de impressoras 3D onde podemos 
citar: A impressora FDM ou FFF (Fused Deposition Modeling) a extrusão nesse tipo de impressora 
ocorre através de um filamento termoplástico sólido é empurrado através de um bocal aquecido 
derretendo-o durante o processo de fusão, então a impressora deposita o material em uma 
plataforma aquecida a 50¹C onde durante a passagem pelo bico extrusor o plástico é resfriado e 
solidifica para formar a peça final. Para Volpato (2007), a impressão em 3D é basicamente o 
processo em maior crescimento industrial e em escala mundial, obtido a partir de adições de 
camadas de materiais utilizando o método digital criado por um sistema CAD3. 
✓ Tipos de impressão 3D: (Fused Deposition Modeling) e às vezes chamada de FFF 
(Fused Filament Fabrication). 
✓ Materiais filamento termoplástico (PLA, ABS, PETG, FLEXÍVEL, HIPS). 
✓ Precisão dimensional +/- 0,5% (limite inferior +/- 0,5 mm). 
✓ Aplicações comuns: todos os tipos de peças, sendo limitada pela área da peça. 
✓ Pontos fortes: melhor acabamento superficial. 
✓ Pontos fracos: tamanho da peça a ser impressa limitada pela área da impressão. 
 Impressora 3D (SLA OU DLP) são os tipos de impressora multifuncional em que uma resina 
de Fotopolimero é seletivamente curada por uma fonte de luz, as formas mais comuns desse tipo de 
polimerização são as impressões (SLA) (Estereolitografia) e (DLP) (digital light processing) a 
diferença entre esses tipos de tecnologias 3D são as fontes de luzes destinadas a cada aplicação. 
✓ Tipos de impressão 3D: Estereolitografia (SLA) processamento de luz direta na peça. 
✓ Materiais: resina de Fotopolimero ( padrão, transparente e de alta temperatura). 
✓ Precisão dimensional: 0,5% (limite inferior +/- 0,15 mm) 
✓ Pontos fortes: acabamento superficial suave sem formar ranhuras. 
✓ Pontos fracos: muito frágil não sendo aconselhada para peças robustas. 
 Impressoras (DMLS- Direct Metal Laser Sintering), (SLM-Selective Laser Melting), e (EBM-
Eléctron Beam Melting). A DMLS e a SLM produzem peças de maneira bem parecidas com o 
modelo SLS, no entanto a grande diferença e que esses tipos de impressoras são aplicado a 
reprodução de peças de metal. A impressora (SLM) é um dos tipos de impressora que utiliza laser 
para obter a reprodução da peça completa através da fusão completa do pó metálico (algo que não 
seja produzida por liga). Impressora (EMB) o material utilizado nesse processo é o pó metálico que 
derrete no formato de camada por auxilio do computador que controla os fleches de elétrons em alto 
vácuo emitido pela fonte. 
 
A reprodução de peças por impressão em 3D não é nem será um substituto para a produção 
industrial namaioria das industriais, mas uma solução de nichos de mercado. (JORGE 
VINCENTE LOPES SILVA, 2019) 
 
 Falando na utilização na indústria das impressoras 3D contabilizam os ganhos dessa aplicação 
como redução de custos, ganhos em tempo e redução em prazos, ganhos na eficiência produtiva. O 
resultado é reprodução de peças complexas totalmente densas sem desperdícios de matéria prima, já 
o benefício referente à área da saúde ganha destaque na modelagem de próteses com as dimensões 
especifica do cliente, além de imprimir exames baseadas em situações reais e também é possível a 
criação de estruturas personalizada para quem necessita. 
 
[...] Para muitas empresas, a lógica desta tecnologia já está clara. A primeira vantagem é a 
eficiência. Dado que as impressoras 3D constroem objetos por camadas, com plástico ou 
outro material, guiadas por um arquivo de desenho que elimina o desperdício da 
fabricação tradicional, na qual até 90% da matéria-prima acaba sendo descartada. As 
impressoras podem trabalhar durante todo o dia e noite sem vigilância. Podem imprimir 
peças interligadas, reduzindo ou eliminando a necessidade de montagem. Elas vão 
permitir que as empresas encurtem as cadeias de fornecimento, rapidamente distribuirão 
produtos para qualquer impressora e rapidamente farão peças de reposição. E podem criar 
objetos com geometrias e complexidades internas que as máquinas das fábricas 
tradicionais não conseguem igualar. (BLOOMBERG NEWS, 2013.p.140). 
 
 
4 
 
 
 
5 
 
 
 
FIGURA 1 - ESQUEMA GENÉRICO DA TECNOLOGIA 3D FDM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Volpato (2007). 
 
Conforme mostra a figura 1 esse modelo de impressora 3D FDM é simples o entendimento 
mecânico e o processo de automação, pois, é composto por menos componentes em comparação 
com outros tipos de impressora, mais na prática tem uma gama de vantagem, pois na reprodução 
de peças podemos escolher o modelo a ser impresso, configurar a impressão do arquivo, ajustar o 
soft da impressora, planejar a impressão, salvar os dados em um cartão de memória e reproduzir 
a peça sem uso do computador tornando fácil o processo operacional, na reprodução das 
válvulas. Na Itália uma impressora foi levada para um dos hospitais para reproduzir válvulas, 
pelos próprios técnicos e enfermeiros, pois o processo não exigia um elevado conhecimento 
técnico após a impressora estar configurada. Essa alternativa pode resolver problemas como 
ferramentas quebradas com muito mais rapidez e efetividade. Também acredita se que as 
impressoras 3D são responsáveis por uma grande revolução na pesquisa e tecnologia, as antigas 
opções não era capaz de solucionar dificuldades com essa velocidade. 
 
 
 
3. METODOLOGIA 
 
Desde então a empresa LONATI até então ainda nova no mercado fundada em 1984 
resolveu inovar 1991 no mercado de fabricação de peças por impressão em 3D ao inserir no 
mercado a modelagem e reprodução de componentes e peças pelo processo de fusão e deposição 
de material (FDM – Fused Deposition Modeling), uma tecnologia que até então prometia agilizar 
a fabricação de prototipagem e que é altamente utilizada nos dias atuais, se tornando referência no 
processo de fusão, na Itália a LONATI 3D é referência na reprodução de peças por impressões e 
pelo processo de fusão em pó, fusão em plástico, com destaque no ramo de fabricação de peças 
por impressões em 3D chamou a atenção dos engenheiros para reproduzir em grande escala as 
válvula Venturi para o tratamento contra o Covid-19 (como mencionado anteriormente) 
conseguindo atender a demanda de todos os hospitais da Itália como afirma o médico humanitário 
Tarek Loubani, sendo pioneira nesses tipos de matérias como mostra a tabela 1: 
 
 
TABELA 1 – MATERIAIS UTILIZADOS PELA TENOLOGIA 3D FDM (MA) 
 
 Tecnologia Materiais disponíveis 
 Estereolitografia Fotopolimero 
 Modelagem por fusão e deposição (FDM) Termoplástico e metais eutéticos 
 Sinterização seletiva a laser (SLS) Termoplástico e metais pulverizados 
Fonte: RAULINO (2011) 
 
 
As informações descritas na tabela 1 demonstram os materiais que esse tipo de impressora 
pode trabalhar na reprodução de peças pelo processo de impressão 3D a tecnologia FDM 
representada na figura 1 e uma tecnologia da empresa (LONATI) conforme já mencionado que 
fabricou as válvulas na Itália para atender a alta demanda contra a pandemia do covid 19, 
altamente recomendada pelo departamento de engenharia da LONATI pelo baixo custo tanto de 
manutenção como na fabricação de peças juntamente com as tecnologias 3DP. 
 
As partes que compõem a impressora FDM podem citar: 
 
Filamento 
Caixa de controle de temperatura para eliminar a umidade do 
filamento
Três motores de passo para controlar os eixos X,Y e Z 
Aquecedor térmico para aquecer o plástico a 200º C 
Bico extrusor 
Cooler 
Mesa de aquecimento (50ºC) 
Fontes e placas de controle de temperaturas 
Tubo de filamento 
Cabeçote extrusor 
Suprimento do filamento 
Plataforma de construção 
Estrutura do suporte 
Base de poliuretano 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2 - IMPRESSORA 3D FDM PARA REPRODUÇÃO DE PEÇAS PELO PROCESSO DE 
FUSÃO E DEPOSITAÇÃO POR CAMADAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(Fonte da imagem: Divulgação/MakerBot,2020) 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
A principal vantagem que os engenheiros encontraram para a produção dessa válvula com a 
impressora 3D FDM, foi o preço do material e a facilidade de acesso para a aquisição do plástico, 
onde a resistência do material fica muito próxima do modelo original, segundo Alessandro M. 
Hamke, além disso, é mais fácil para armazenamento e manuseio. Outra vantagem segundo os 
engenheiros está na facilidade de se trabalhar com o material para a realização de estudos e uma 
grande gama de impressoras no mercado com preços mais acessíveis. O preço final das válvulas 
ficou em torno de € 0,90 cerca de (R$5,00). Outro ponto em questão para a escolha desse tipo de 
impressora 3D FDM é que a peça não necessita de tratamento pós-impressão, não sendo necessária 
a realização de acabamento, tais como a retirada de ranhuras e rebarbas devido à temperatura 
sofrida pelo plástico durante o depósito das camadas e o resfriamento pós-camadas. 
Sem dúvida existem outros processos de fabricação de peças por impressões em 3D em 
desenvolvimento na engenharia mecânica, mas o grande desafio ainda é aumentar o número de 
peças produzidas com menor tempo possível e buscar reduzir ainda mais o custo de produção de 
uma peça pelo processo de fusão e deposição de material por camada. Conforme o departamento de 
engenharia da empresa LONATI que cedeu seu tempo e matéria prima para produção das válvulas 
para o combate a pandemia na Itália, o desafio maior é reproduzir vários tipos de peças e 
componentes sem fazer setup ou substituição do bico extrusor. 
Para Marques (2014), dentre as dezenas de tecnologias em desenvolvimento no mundo para 
elaboração de peças por impressão em 3D com menor tempo de produção existente, se destacam 
quatro: A FDM (Fused Depositin Modeling) com a utilização de filamentos como matéria prima 
principal. A SLA (Stereolithography Aparattus) que utiliza luz ultravioleta para curar a resina 
liquida durante o processo de injeção do material. O SLS (Selective Laser Sintering), que projeta a 
fabricação de peças por impressão em 3D com materiais granulados de plásticos, cerâmicos e até 
metais. Essas características construtivas das tecnologias são bastante estudadas na engenharia 
mecânica com o propósito de alcançar o objetivo desejado como foi o caso da produção das 
válvulas para o tratamento terapêutico contra a Coronavírus na Itália. 
 
O resultado foi alcançado com a produção das válvulas de reposição dos respiradores em larga 
escala, pois os pacientes que necessitavam foram atendidos conforme necessidade. Além da 
demanda suprida, o produto teve boa qualidade e baixo custo.
http://store.makerbot.com/replicator2.html3 
 
 
 
5. CONCLUSÃO 
 
 Nos tempos atuais a produção em larga escala de produtos, com qualidade e baixo custo, é o 
diferencial das empresas para se manterem competitivas no mercado. No trabalho apresentado, 
verificou-se que havia uma demanda das válvulas dos respiradores, para atender pacientes 
infectados pelo novo Coronavírus e graças à tecnologia de impressão em 3D esse atendimento foi 
possível, salvando milhares de vidas. 
 Atualmente a gama de processos e equipamentos na área da impressão 3D chama a atenção, pois 
conforme indicado neste trabalho, encontramos uma pequena amostragem, levando em 
consideração que abordamos um tipo de peça apenas. O processo em impressão 3D além de fabricar 
peças de reposição em compostos plásticos, também já é utilizado para confecção de peças de 
reposição em metais, a indústria automobilística é uma das áreas que está na ponta deste processo. 
 A agilidade de criação no novo processo também impressiona, pois conforme a pesquisa, em um 
curto espaço de tempo criou-se o protótipo da peça de reposição e se iniciou a produção em série. É 
uma tecnologia que está acessível em todas as partes do mundo, umas mais desenvolvidas e outras 
em aprimoramento. Outro fator que deve se destacar é que esta tecnologia está acessível aos mais 
diversos ramos da indústria, indiferente da capacidade produtiva das mesmas. A impressão 3D está 
em um ritmo acelerado e com certeza em um curto espaço de tempo será possível fabricar peças e 
componentes com maiores dimensões. Já existem estudos de fabricação de casas e carrocerias de 
automóveis. Uma certeza é que a tecnologia de impressão em 3D veio para ficar, pois com o estudo 
intensivo neste ramo em alguns anos, já tivemos uma evolução significativa e que ainda está longe 
do final. Para o curso de engenharia mecânica o trabalho foi de extrema importância, pois nos 
mostrou que cada vez o ramo da engenharia tem um amplo horizonte e é aplicado em todas as áreas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
BLOOMBERG NEWS. How 3-D Printing Could Disrupt the Economy of the Future. 
Bloomberg. 14 mai. 2013. Disponível em: . Acesso em: 22-06-2020 
 
EESC- Escola de Engenharia de São Carlos, USP-Universidade de São Paulo, 2014. 
 
FENNER DRIVES, I. Flexible 3D Printer Filament. 2015. Disponível em: . Acesso em: 05 
maio 2015 
 
MARQUES, K. Manufatura aditiva: o futuro do mercado industrial de fabricação e inovação. 
 
RAULINO, B. R. Manufatura Aditiva: Desenvolvimento de uma máquina de 
prototipagem rápida baseada na tecnologia FDM (modelagem por fusão e deposição). 
Trabalho de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, Publicação FT.TG-nº, 
Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 105p. 2011. 
 
VOLPATO, N. Ed. Prototipagem Rápida: tecnologias e aplicações. Edgard Blucher, 1 st. Ed. 
2007. 
 
https://casa.abril.com.br/news/empresa-italiana-cria-em-massa-valvula-usada-no-tratamento-de-
coronavirus/ 
 
http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/prototipagem.asp. Acesso em: dezembro de 2016 
 
https://olhardigital.com.br/coronavirus/noticia/valvula-impressa-em-3d-salva-vida-de-
pacientes-com-covid-19-na-italia/98127 
 
https://revistacasaejardim.globo.com/Curiosidades/noticia/2020/03/coronavirus-
engenheiros-italianos-usam-impressora-3d-para-produzir-valvulas-respiratorias.html 
 
https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2014/11/impressora-3d-e-
instalada-na-estacao-espacial.html 
 
https://revistapesquisa.fapesp.br/o-avanco-da-impressao-3d/vicente_2019 
 
https://summitsaude.estadao.com.br/covid-19-impressoras-3d-fabricam-equipamentos-de-
respiracao-na-italia/ 
 
https://www.uol.com.br/tilt/colunas/ricardo-cavallini/2020/03/16/covid-19-italiano-imprime-
peca-de-uti-em-3d-mas-empresa-emperra-producao.ht 
 
https://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/ 
 
https://3dlab.com.br/tipos-de-impressao-3d-e-beneficios/ 
 
 
 
https://olhardigital.com.br/coronavirus/noticia/valvula-impressa-em-3d-salva-vida-de-pacientes-com-covid-19-na-italia/98127
https://olhardigital.com.br/coronavirus/noticia/valvula-impressa-em-3d-salva-vida-de-pacientes-com-covid-19-na-italia/98127
https://olhardigital.com.br/coronavirus/noticia/valvula-impressa-em-3d-salva-vida-de-pacientes-com-covid-19-na-italia/98127
https://revistacasaejardim.globo.com/Curiosidades/noticia/2020/03/coronavirus-engenheiros-italianos-usam-impressora-3d-para-produzir-valvulas-respiratorias.html
https://revistacasaejardim.globo.com/Curiosidades/noticia/2020/03/coronavirus-engenheiros-italianos-usam-impressora-3d-para-produzir-valvulas-respiratorias.html
https://revistacasaejardim.globo.com/Curiosidades/noticia/2020/03/coronavirus-engenheiros-italianos-usam-impressora-3d-para-produzir-valvulas-respiratorias.html
https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2014/11/impressora-3d-e-instalada-na-estacao-espacial.html
https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2014/11/impressora-3d-e-instalada-na-estacao-espacial.html
https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2014/11/impressora-3d-e-instalada-na-estacao-espacial.html
https://summitsaude.estadao.com.br/covid-19-impressoras-3d-fabricam-equipamentos-de-respiracao-na-italia/
https://summitsaude.estadao.com.br/covid-19-impressoras-3d-fabricam-equipamentos-de-respiracao-na-italia/
https://summitsaude.estadao.com.br/covid-19-impressoras-3d-fabricam-equipamentos-de-respiracao-na-italia/
https://www.uol.com.br/tilt/colunas/ricardo-cavallini/2020/03/16/covid-19-italiano-imprime-peca-de-uti-em-3d-mas-empresa-emperra-producao.ht
https://www.uol.com.br/tilt/colunas/ricardo-cavallini/2020/03/16/covid-19-italiano-imprime-peca-de-uti-em-3d-mas-empresa-emperra-producao.ht
https://www.uol.com.br/tilt/colunas/ricardo-cavallini/2020/03/16/covid-19-italiano-imprime-peca-de-uti-em-3d-mas-empresa-emperra-producao.ht
https://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/
https://3dlab.com.br/tipos-de-impressao-3d-e-beneficios/