Processos de fabricação por impressão 3D

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Processos de fabricação por impressão 3D
Prof. Gustavo Simão Rodrigues
Descrição
Os princípios dos processos de fabricação por impressão 3D, suas aplicações, os arquivos utilizados de
interface entre os programas CAD e as máquinas de impressão 3D, os tipos de processos, suas
características e as estratégias de trajetórias usadas.
Propósito
A prototipagem rápida é fundamental para a etapa de desenvolvimento de novos produtos ou
aprimoramento de produtos já existentes. Por isso, é importante conhecer os arquivos gerados para uso nas
máquinas de impressão 3D, os tipos de processos, suas características e as estratégias de otimização dos
processos.
Objetivos
Módulo 1
Tecnologia do processo de fabricação por meio de impressão 3D
(PF3D)
Identificar as principais características e aplicações da tecnologia do PF3D.
Módulo 2
Geração de arquivos de dados do modelo 3D
Reconhecer a linguagem utilizada pelas máquinas do PF3D
Módulo 3
Processo de fabricação por meio de impressão 3D (PF3D)
Reconhecer as características dos principais processos de fabricação por meio de impressão 3D.
Módulo 4
Estratégias de geração de trajetória no PF3D
Aplicar as estratégias de geração de trajetória no PF3D.
Introdução
Assista ao vídeo a seguir para conhecer de forma ampla as principais características do processo de
fabricação por meio de impressão 3D.

1 - Tecnologia do processo de fabricação por meio de
impressão 3D (PF3D)
Ao �nal deste módulo, você irá identi�car as principais características e aplicações da
tecnologia do PF3D.
Vamos começar!
Tecnologia do processo de fabricação por meio de
impressão 3D
Assista ao vídeo a seguir e compreenda os principais conceitos da tecnologia do processo de fabricação
por meio de impressão 3D.

Tecnologia por impressão 3D
A prototipagem rápida evoluiu bastante nos últimos anos, principalmente devido ao desenvolvimento das
tecnologias de fabricação por impressão 3D. A redução de tempo e custo, a economia de matéria-prima,
mão de obra e recursos, em geral, tornam a prototipagem rápida fundamental para a etapa de
desenvolvimento inicial de novos produtos ou aprimoramento de produtos já existentes. Veja alguns marcos
importantes:
Como todo início de tecnologia, as primeiras máquinas de PF3D eram muito caras e o tempo de produção
extremamente elevado, além de haver pouca disponibilidade de material e as peças produzidas terem baixa
precisão. Tudo isso causou uma dificuldade na aceitação dos sistemas PF3D, o que implicou uma barreira
no emprego desse processo de fabricação, efetivamente, na indústria.
Essas dificuldades serviram de combustível para o aprimoramento dos sistemas PF3D e, em seguida,
geraram a criação de uma variação chamada Rapid Tooling (RT), do inglês, “ferramentaria rápida”, com o
intuito de suprir as demandas de mercado frente aos novos desafios no desenvolvimento de produtos.
Rapid tooling pode ser associado à fabricação rápida de ferramentas sem utilizar máquinas-operatrizes, ou
seja, a ferramenta é fabricada por meio da tecnologia PF3D.
Pode-se listar as seguintes características da tecnologia do PF3D:

1986
A primeira patente em
tecnologia por impressão 3D
é criada por Chuck Hull,
fundador da empresa norte-
americana 3D Systems.
1987
O processo de Fabricação por
meio da Impressão 3D (PF3D)
é implementado na prática.
1993
A evolução dessa tecnologia
atinge níveis consideráveis de
desenvolvimento.
O protótipo possui como princípio de construção a adição de material por meio de camadas sobrepostas
umas às outras.

Possíveis erros no projeto dos produtos são facilmente descobertos durante o processo de
desenvolvimento, permitindo ajustes ainda na fase inicial.

Os protótipos construídos na máquina do PF3D podem ter geometrias muito complexas geradas por meio
de modelagem tridimensional.

Alterações no projeto e previsão do tempo de construção, ainda na fase de desenvolvimento, permite
estipular o custo do produto, bem como o uso da construção, sem usar recursos, pessoal e equipamentos
para isso.

Atualmente, a tolerância dimensional da peça produzida por PF3D está na casa dos centésimos de
milímetro, com alto grau de detalhamento e excelente acabamento superficial.

Possibilita a previsão do envelope da peça, ou seja, a dimensão da área de trabalho necessária para a
construção do protótipo, bem como propriedades como resistência mecânica.
Essas características estimulam o emprego do processo de fabricação por meio da impressão 3D no
aprimoramento do processo de desenvolvimento de produtos. Entretanto, outros fatores devem ser
considerados para sua efetiva utilização como ferramenta para o desenvolvimento, por exemplo:
Disponibilidade de um software de modelagem tridimensional (CAD 3D);
Viabilidade econômica do processo do PF3D, de modo a atender às exigências de qualidade do projeto,
levando em consideração o tempo de fabricação;
Custos diretos e indiretos envolvidos no processo de fabricação;
Tempo e outros recursos utilizados na preparação da máquina;
Custos e características da matéria-prima a ser empregada na construção do protótipo;
Possível necessidade de retrabalho.
Esses fatores são fundamentais na escolha do sistema do processo de fabricação por meio da impressão
3D para o desenvolvimento de produtos.
Aplicação do PF3D
Conforme ilustrado na imagem a seguir, a utilização do PF3D no desenvolvimento de produtos pode ser
dividida em três grupos:
Gráfico de utilização de PF3D por grupos.
Conheça melhor cada um dos grupos:
O primeiro grupo está relacionado à construção de protótipos funcionais e geométricos, ou seja, para
análise de aplicabilidade. A partir dessa análise, são derivados mecanismos importantes para
quantificar a matéria-prima a ser utilizada e prever as dimensões e precisões envolvidas no produto.
O primeiro grupo totaliza 28% dos casos de utilização do PF3D.
Grupo 1 
O segundo grupo engloba as peças dos protótipos construídas como modelos físicos da aparência
externa de produtos e/ou mostruário, correspondendo a 41% dos casos de utilização do PF3D.
Nesse grupo, a facilidade e pouco tempo de fabricação do protótipo, além do custo, são fatores
decisivos, já que, nesses casos, o PF3D efetivamente facilita a etapa inicial de desenvolvimento de
produtos, justificando seu emprego.
O terceiro grupo utiliza o PF3D para atender às exigências de outros processos, como por exemplo, o
processo de fundição sob pressão, que necessita de moldes especiais. Nesses casos, o protótipo
obtido é um molde com alta precisão dimensional, excelente acabamento superficial, elevada dureza
e capacidade de resistir ao calor.
Na imagem a seguir, a distribuição é mostrada em função do emprego do processo de fabricação por meio
da impressão 3D em alguns segmentos do mercado, como por exemplo: automobilístico, bélico, médico,
entre outros, sendo no ramo automotivo onde há maior aplicação do PF3D.
Gráfico de aplicação do PF3D por segmento de mercado.
Visão geral da tecnologia do PF3D
O início de um PF3D é o desenho, ou seja, o modelo sólido representado geometricamente por meio de um
sistema de modelagem tridimensional CAD, onde é feita a concepção do modelo com a definição da forma
geométrica, geralmente armazenado no formato STL (Standard Triangle Language). Observe:
Grupo 2 
Grupo 3 
Etapas do PF3D.
O software de fatiamento “corta” o modelo em 3D do arquivo STL em fatias ou camadas, de acordo com a
especificação da máquina do PF3D. É feita uma verificação das camadas do modelo de modo a corrigir
eventuais erros provenientes da etapa de desenvolvimento do modelo sólido do protótipo no software CAD.
Nessa etapa, também é feita a correção de falhas quando não ocorre o “fechamento” dos planos de
superfície do modelo sólido do protótipo. Esse tratamento é fundamental para a construção da peça sem
erros.
Em seguida, a trajetória para processos que necessitam de deslocamentos no plano XY, ou somente no eixo
X, é definida. Nas fases finais desse processo,obtém-se o protótipo por meio de um dos processos
gerativos, que mais tarde pode precisar de operações de acabamento ou pós-processamento.
Curiosidade
Desde 1987, no início do PF3D com o lançamento da primeira máquina, até os dias atuais, foram
desenvolvidos novas máquinas e novos processos. Entretanto, as etapas gerais descritas aqui são mais
frequentemente utilizadas e encontradas.
Com base nas etapas de utilização do PF3D, tem-se a sequência de trabalho no sistema do PF3D para se
fabricar uma peça de um protótipo. Observe a sequência de produção:
A - Modelagem do protótipo no CAD
Etapa em que o modelo em 3D é gerado no software CAD (imagem A).
B - Arquivamento
Etapa em que o modelo em 3D é salvo no formato STL (imagem B), que é o formato mais
utilizado como entrada nas máquinas do PF3D.
C - Geração da estrutura de suporte
Etapa que tem a finalidade de evitar algum desnivelamento da plataforma. Assim, é possível:
assegurar que o modelo possa ser gerado com sucesso;
garantir a fácil remoção do modelo da base.
D - Fatiamento
Etapa em que, tanto a peça quanto a estrutura de suporte são fatiadas (imagem C). Nesse
momento:
o software de fatiamento secciona matematicamente a peça em camadas paralelas e
horizontais na direção do eixo Z (Figura D);
cada camada é armazenada, e suas coordenadas (X e Y) são transferidas para futura
elaboração da trajetória (Figura E).
E - Trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es)
Etapa em que a trajetória do material a ser depositado ou o foco do laser, que, deslocando-se
nos eixos X e Y ou somente no eixo X, descreverá o perfil da camada seccionada (Figura F).
Nesse momento, será feita a seleção da trajetória com valor de ajuste e do fator de
contração.
F - Interface da máquina do PF3D
Et t t d l d t t t tê d d t t d
Em seguida, a peça do protótipo será retirada do suporte e passa por uma etapa de acabamento.
Etapa em que tanto o modelo processado quanto a estrutura têm seus dados tratados em
formatos como STL, que é o mais comum, dentre outros, como por exemplo: SLC
(Stereolithography Contour, do inglês, contorno de estereolitografia), CLI (Common Layer
Interface, do inglês, interface de camada comum), RPI (Rapid Prototyping Interface, do inglês,
interface de prototipagem rápida), LEAF (Layer Exchange ASCII Format, do inglês, troca de
camada formato ASCII), LMI (Layer Manufacturing Interface, do inglês, interface de fabricação
de camadas), HPGL (Hewlett Packard Graphics Language, do inglês, linguagem gráfica da
Hewlett Packard).
G - Fabricação de uma peça do protótipo
Etapa em que a peça do protótipo é fabricada camada por camada (imagem G).
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O formato STL é o formato mais comum utilizado nas máquinas de PF3D. STL significa:
A Standard Topography Language
Parabéns! A alternativa C está correta.
STL é o acrônimo de STereoLithography, do inglês, “Estereolitografia”. Também é referido como
Standard Tesselation Language, ou Standard Triangle Language, traduzido literalmente como “linguagem
de mosaico padrão” ou “linguagem de triângulo padrão“ e trata-se de um formato de arquivo que gera
um número finitos triângulos, que representam toda a superfície do modelo, de modo que seja
reconhecido no software de fatiamento.
B Standard Triangle Layers
C Standard Triangle Language
D Special Triangle Language
E Special Triangle Layers
Questão 2
Com base nas etapas de utilização do PF3D, tem-se a sequência de trabalho no sistema do PF3D para
se fabricar uma peça de um protótipo. Assim, podemos afirmar que a sequência correta é:
A
Modelagem do protótipo no CAD; fatiamento; geração da estrutura de suporte;
arquivamento; trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es); fabricação de uma peça
do protótipo; operações posteriores.
B
Modelagem do protótipo no CAD; geração da estrutura de suporte; arquivamento;
fatiamento; trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es); fabricação de uma peça do
protótipo; operações posteriores.
C
Modelagem do protótipo no CAD; geração da estrutura de suporte; fatiamento;
arquivamento; trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es); fabricação de uma peça
Parabéns! A alternativa D está correta.
Com base nas etapas de utilização do PF3D, tem-se a sequência de trabalho no sistema do PF3D para
se fabricar uma peça de um protótipo, iniciando com a modelagem do protótipo no CAD e em seguida,
arquiva-se o modelo em 3D, salvando no formato STL, que é o formato mais utilizado como entrada nas
máquinas do PF3D. Só então é gerada a estrutura de suporte, responsável por evitar desnivelamento da
plataforma e garantir a remoção do modelo da base. Em seguida, ocorre o fatiamento e define-se a
trajetória do laser ou do(s) injetor(es). Só depois dessas etapas é que uma peça do protótipo será
fabricada. As operações posteriores são a retirada do suporte e o acabamento.
do protótipo; operações posteriores.
D
Modelagem do protótipo no CAD; arquivamento; geração da estrutura de suporte;
fatiamento; trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es); fabricação de uma peça do
protótipo; operações posteriores.
E
Modelagem do protótipo no CAD; fatiamento; arquivamento; geração da estrutura de
suporte; trajetória do foco do laser ou do(s) injetor(es); fabricação de uma peça do
protótipo; operações posteriores.
2 - Geração de arquivos de dados do modelo 3D
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer a linguagem utilizada pelas máquinas
do PF3D.
Vamos começar!
A manipulação de arquivos para o processo de
fabricação 3D
Os modelos da peça em 3D podem ser desenvolvidos ou alterados com o auxílio de vários softwares, sendo
possível armazenar os dados do modelo da peça em formatos específicos ou não. Como mencionado, o
formato de arquivo de dados amplamente utilizado para esse fim é o STL (Standard Tesselation Language).
A maioria dos softwares de modelagem CAD 3D é dotada de interface para trabalhar com dados no formato
STL.
Assista ao vídeo a seguir e compreenda os principais conceitos da manipulação de arquivos para o
processo de fabricação 3D.
Software para fatiamento
Agora vamos abordar a fase do desenvolvimento do modelo em 3D da peça em que ocorre o fatiamento do
seu modelo sólido e a geração das camadas do modelo em software apropriado.

Exemplo de Fatiamento.
Nas peças projetadas no software CAD, o detalhamento geométrico dos dados referentes ao contorno do
modelo sólido é especificado e os dados são utilizados para decompor o modelo em elementos de
camadas para então exportar para a fabricação da peça na máquina de PF3D. Nessa etapa, são geradas
formas livres e complexas da peça a partir do modelo 3D. O modelo sólido é trabalhado, no arquivo STL,
podendo apresentar alguma falha, ou seja, um não fechamento de superfície em função da falta de união de
vértices de um ou mais triângulos adjacentes, como mostrado na imagem a seguir.
Exemplo de modelo sólido no arquivo STL.
Atualmente, existem diversos tipos de softwares CAD no mercado. Todos eles permitem identificar e corrigir
problemas de falhas de superfícies, bem como trabalhar com características tecnológicas como
deslocamento, propriedades do material etc., que durante o processo de fabricação são ajustados,
prioritariamente no momento de comunicação entre o software e a máquina, para que seja possível
solucionar problemas de qualidade oriundos da etapa de desenvolvimento do modelo 3D pelo software CAD.
Interface padrão CAD
Para o mesmo modelo geométrico, a representação do modelo internamente no computador varia para os
diversos softwares CAD existentes. Sendo assim, a permuta direta de dados entre os softwares CAD é
complicada, uma vez que não há obrigatoriamente uma relação entre os elementos de 1:1, mas sim 1:n ou
até menos, nenhuma proporção possível. Por conta disso, diversos tipos de interfaces foram desenvolvidos
e todas elas inicialmente convertem o modelo CAD em um formato “padrão”, de formaque possa ser então
transformado para outro sistema. Veremos as principais interfaces a seguir.
Interface e formato STL
Interface STL
O formato STL foi criado pela empresa 3D Systems no mesmo ano da primeira máquina de PF3D, 1987, e
divide o modelo em um número finito de triângulos, os quais representam toda a superfície do modelo para
que o software de fatiamento reconheça o modelo e o corte em camadas de pequena espessura. Essa
maneira de manipular os dados no software CAD não atende à troca de dados com todas as máquinas de
PF3D, uma vez que nem todos os sistemas reconhecem o formato STL. É indicado então que a
padronização dos dados seja em uma interface com forma neutra, isto é, o arquivo STL deve ser convertido
em uma “interface especial” que contenha apenas dados geométricos sem quaisquer informações
adicionais, que usualmente estão contidos nos softwares de modelagem CAD.
Geralmente, o arquivo 3D é convertido no formato STL, já que essa extensão é
utilizada por quase todas as máquinas de PF3D para reconhecer os dados do
modelo. Há diversos processos empregados para fazer esse reconhecimento,
como será visto posteriormente.
O modelo, no formato STL, é representado por vários triângulos unidos, que são dispostos e alocados de
forma a gerar uma malha triangular do modelo. As coordenadas X, Y e Z são armazenadas no arquivo STL,
bem como um vetor normal para definir cada triângulo do modelo, como mostrado adiante.
O formato STL representa o modelo pela união de vários triângulos dispostos e endereçados que geram
uma malha triangular. O arquivo STL contém informações sobre as coordenadas X, Y e Z e o vetor normal
que define cada triângulo, conforme demonstrado na imagem a seguir:
Coordenadas X, Y e Z e o vetor normal no arquivo STL.
O cubo apresentado a seguir exemplifica a malha triangular que é gerada nos arquivos STL. Cada face do
cubo possui dois triângulos, e o vetor normal à superfície de cada triângulo é direcionado para a parte
interna do cubo, representando o cubo no formato STL.
Exemplo de malha triangular que é gerada nos arquivos STL.
Essa representação é válida para descrever superfícies planas. A representação de superfícies curvas
complexas, com precisão, gera uma quantidade muito grande de triângulos, fazendo com que o arquivo STL
seja grande comparado a outros formatos de arquivo 3D, implicando um tempo maior para processar os
dados de construção da peça nas máquinas de PF3D, gerando um processo de fabricação mais lento.
O acabamento superficial do modelo em 3D pode ser influenciado pela qualidade do arquivo STL, ou seja, a
quantidade de informações contidas no arquivo.
Formato STL
A partir das informações 3D do desenho provenientes do modelo CAD por meio de um arquivo STL, são
obtidas as informações e os dados necessários para o PF3D.
A obtenção e o tratamento dos dados para o PF3D são feitos com base nas informações tridimensionais do
desenho advindas do CAD (mostrado na imagem a seguir), que armazena e exporta dados STL.
Exemplo de desenho do CAD.
A descrição das faces que formam a superfície da peça é armazenada em um arquivo em formato STL. A
superfície do modelo sólido é descrita por uma sentença de dados do arquivo STL como sendo um conjunto
de semiplanos triangulares conectados por duas arestas, isto é, cada um dos três lados do triângulo está
conectado a outro triângulo por dois vértices em comum. Veja a imagem a seguir:
Conjunto de semiplanos triangulares conectados por duas arestas.
Existem dois formatos para exportar os arquivos STL:

STL-ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Trata-se de uma representação de caracteres em forma de código como, por exemplo, sinais de pontuação,
letras, dígitos, códigos de controle e outros símbolos. Também contempla o arquivo texto editado sem
recurso atrelado, como acentos, itálico, negrito etc.

STL-binário
Trata-se de uma representação de codificação feita por números com apenas dois dígitos. É amplamente
usada na linguagem interna das informações dos computadores como, por exemplo, arquivos de som,
imagem, planilha, arquivos de textos etc.
O formato STL-binário é usualmente utilizado, pois é a linguagem de máquina. Sendo assim, a necessidade
de memória é menor para armazenar os dados. Com esse formato, as informações de uma superfície são
descritas por meio dos endereços dos triângulos, ou seja, uma relação de triângulos na qual a união
caracteriza a forma da superfície da peça.
Já no formato STL-ASCII, o endereço de todo triângulo é feito por cada vértice e um vetor normal, como
visto na imagem Conjunto de semiplanos triangulares conectados por duas arestas, que são utilizados para
orientar a trajetória do injetor ou foco do laser em relação aos eixos X e Y. O sentido anti-horário é
empregado para a orientação dos vértices, o que é viável já que todo triangulo é unido por dois vértices com
outro triângulo vizinho, permitindo essa sequência (regra da mão direita).
Como mostrado na imagem a seguir (b), os dados armazenados no arquivo no formato STL-ASCII, como
dados dos vértices dos triângulos e vetor normal na face do triângulo, são em torno de cinco vezes maiores
do que no formato STL-binário, observe:
onjunto de semiplanos triangulares conectados por duas arestas
Armazenamento de dados em STL-ASCII
Todavia, para corrigir erros, o formato STL-ASCII é preferível, já que a análise pode ser visual, como
mostrado na imagem (a) anterior, apesar de ser pouco indicado na prática, pois a necessidade de memória
de armazenamento é maior.
Como visto na imagem (a) anterior, no formato STL-ASCII as informações são armazenadas por meio de
palavras-código (em negrito), pelos valores das normais nx, ny e nz e pelos pontos que representam os
vértices do triângulo (p1x, p1y, p1z, p2x, p2y, p2z, p3x, p3y e p3z). Já no formato binário, como pode ser visto
na imagem anterior (b), o armazenamento é feito em uma tabela em que os valores das colunas
correspondem ao número de bytes.
Formatos neutros
Uma alternativa de utilização de formatos neutros para a troca de dados é o STEP (Standard for the
Exchange of Product model data, traduzido do inglês como “padrão para a troca de dados do modelo de
produto”).
Dois cenários são possíveis quando há a troca de dados entre diferentes sistemas de computadores:

Utilizando de um software adequado de conversão, os dados são transferidos entre sistemas distintos.
Nesse caso, são necessários tradutores, ou seja, para fazer a conversão entre dois sistemas,
necessita-se de 2 tradutores; para 3 sistemas, 6 tradutores; para 4 sistemas, 12 tradutores, e assim
sucessivamente.

Utilizando de maneira intermediária um formato neutro, necessita-se de tradutores, ou seja, para
fazer a conversão entre dois sistemas, necessita-se de 4 tradutores; para 3 sistemas, 6 tradutores; para
4 sistemas, 8 tradutores, e assim sucessivamente. Assim, à medida que o número de sistemas
aumenta, os formatos neutros tornam-se mais viáveis e econômicos.
Os formatos neutros mais importantes são os seguintes:
IGES
Significa Initial Graphics Exchange Specification, traduzido do inglês como “especificação inicial de troca de
gráficos”.
É um formato utilizado em todo o mundo. Reconhece formas geométricas e realiza a comunicação com
máquinas do PF3D. Entretanto, a forma da geometria pode apresentar muitas variações e, por isso, a
modelagem deve ser especificada de maneira precisa para que o trabalho seja executado na máquina do
PF3D.
VDAIS
Significa Verband der Automobilindustrie - IGES Subset, traduzido do alemão/inglês (Subset) como
“Associação da Indústria de Automóvel - Subconjunto IGES”.
É uma extensão proposta pela Associação Alemã dos Fabricantes de Automóveis, trata-se de uma interface
com certa limitação quanto ao volume de elementos da superfície de uma geometria. Também apresentam
n(n − 1)

2n
variações como a IGES e requer que essa limitação seja analisada para que seja feita a troca de dados com
o sistemado PF3D.
VDAFS
Significa Verband der Automobilindustrie - Flächen-Schnittstelle, traduzido do alemão como “Associação da
Indústria de Automóvel - Interface da área”.
É a extensão também proposta pela Associação Alemã dos Fabricantes de Automóveis, direcionada para a
transmissão da forma da superfície geométrica de um objeto com grande aceitação na indústria
automobilística.
SET
Significa Standard d'échange et de Transfert, traduzido do francês como “padrão de troca e transferência”.
É o padrão oficial francês para troca de dados e arquivos de sistemas CAD desde 1985. Foi criado em 1983
para atender ao setor aeroespacial, com o intuito de ser uma alternativa mais confiável que a IGES.
STEP
Significa Standard for the Exchange of Product model data, traduzido do inglês como “padrão para a troca de
dados do modelo de produto”.
Adotou os formatos IGES, VDAFS e SET como padrão ISO para atender todos os aspectos do ciclo de
desenvolvimento do produto na indústria. Permite que dados sejam manipulados e o modelo seja
transmitido do CAD para a máquina do PF3D, verificando e transmitindo as informações geométricas de
cada elemento do objeto, bem como informações adicionais para a construção da peça.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O formato STL foi criado pela empresa 3D Systems no mesmo ano da primeira máquina de PF3D, 1987,
e divide o modelo em um número finito de elementos, os quais representam toda a superfície do
modelo para que o software de fatiamento reconheça o modelo e o corte em camadas de pequena
espessura. Esses elementos são:
Parabéns! A alternativa D está correta.
O formato STL faz uma representação do modelo por meio da união de vários triângulos por
coordenadas X,Y e Z que, entrelaçados, geram uma malha triangular.
A Quadrados
B Retângulos
C Círculos
D Triângulos
E Heptágonos
Questão 2
Com relação aos dois cenários possíveis de troca de dados entre diferentes sistemas de
computadores, caso sejam considerados 8 sistemas distintos, pode-se afirmar que:
A
por meio de um software adequado de conversão, são necessários 8 tradutores e,
utilizando um formato neutro de maneira intermediária, necessita-se de 64 tradutores.
B
por meio de um software adequado de conversão, são necessários 64 tradutores e,
utilizando um formato neutro de maneira intermediária, necessita-se de 8 tradutores.
C
por meio de um software adequado de conversão, são necessários 16 tradutores e,
utilizando um formato neutro de maneira intermediária, necessita-se de 56 tradutores.
por meio de um software adequado de conversão, são necessários 56 tradutores e,
3 - Processo de fabricação por meio da impressão 3D
(PF3D)
Parabéns! A alternativa D está correta.
Dois cenários são possíveis quando há a troca de dados entre diferentes sistemas de computadores:
1. Por meio de um software adequado de conversão, os dados são transferidos entre sistemas
distintos. Nesse caso, são necessários tradutores, ou seja, para fazer a conversão entre 8
sistemas, necessita-se de tradutores;
Utilizando de maneira intermediária um formato neutro, necessita-se de tradutores, ou seja, para
fazer a conversão entre 8 sistemas, necessita-se de tradutores.
D
por meio de um software adequado de conversão, são necessários 56 tradutores e,
utilizando um formato neutro de maneira intermediária, necessita-se de 16 tradutores.
E
utilizando tanto um software adequado quanto o formato neutro, serão usados 8
tradutores.
n(n − 1)
8 ⋅ 7 = 56
2n
2 ⋅ 8 = 16
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as características dos principais
processos de fabricação por meio da impressão 3D.
Vamos começar!
Os processos de fabricação por meio da impressão 3D
Assista ao vídeo a seguir e compreenda os principais aspectos dos processos de fabricação por meio da
impressão 3D.
PF3D via estereolitogra�a
Nesse processo, por meio do efeito da fotopolimerização, a área descrita pelo perfil da fatia do modelo em
3D e coberta pelo foco do laser, que incide sobre dada profundidade da superfície do material, é solidificada.
Ao finalizar a primeira fatia, o material fluidificado se move na direção do eixo Z (regra da mão direita) em
uma profundidade predefinida. O processo é repetido até o término do modelo fatiado.
Curiosidade
Os principais fabricantes são 3D-Systems, EOS, Fockele & Schwarze, Cubital e MicroTEC.
Estereolitogra�a
De acordo com a imagem a seguir, a região de trabalho possui uma plataforma, semelhante a um elevador,
que se desloca na direção vertical controladamente. No início do processo, a plataforma é mergulhada em
um tanque preenchido com resina, de forma que esteja revestida por apenas uma fina camada de resina
líquida (da ordem de décimos de milímetro). Em ato contínuo, o perfil da fatia do modelo em 3D é percorrido
pelo laser sobre a plataforma, solidificando essa porção de décimos de milímetro da resina, ou seja, essa
camada é curada pela ação do laser ultravioleta, imprimindo cada seção da fatia do modelo em fabricação.

Modelo de PF3D via estereolitografia.
A imagem a seguir exemplifica uma máquina de estereolitografia, veja:
Máquina de estereolitografia.
Solid ground curing
O Solid Ground Curing (SGC), traduzido do inglês como “cura em solo sólido”, também chamado de processo
de solidificação, foi criado pela empresa Cubital Inc., de Israel. É empregado o mesmo princípio da
estereolitografia, entretanto é utilizada uma máscara por onde os feixes do laser passam para solidificar
uma camada inteira. Ao final da confecção de uma camada, é realizada a etapa de fresamento, de modo a
garantir que a deposição da próxima camada em uma superfície nivelada. A imagem a seguir ilustra todas
as etapas desse processo, que possui dois ciclos, sendo o primeiro da geração da máscara e o segundo da
confecção da fatia. Os dois ciclos duram aproximadamente 2 minutos. Observe:
Etapas do Solid Ground Curing.
Acompanhe a descrição detalhada de cada etapa:
Um revestimento da resina fotopolímera (D) é aplicado, inicialmente, para fabricar a primeira
fatia do protótipo, ficando exposto à lâmpada (C).
Em função da transferência do toner (J), ocorre a geração eletrostática da máscara da seção
transversal da peça, de maneira que a forma da fatia sobre a máscara de vidro (B) é descrita
por um injetor de elétron.
Para fabricar a fatia do protótipo, placa de vidro (A) se move para a região abaixo da máscara
(B), de modo que a fatia da peça eletrofotografada não reflita sobre a camada sem que esteja
totalmente na região abaixo da lâmpada ultravioleta (UV) (C).
A luz da lâmpada UV passa pela abertura do obturador e atinge a máscara para curar a fatia,
isto é, a fotopolimerização de uma fatia do protótipo. Diferentemente da estereolitografia, que
precisa de uma segunda opção de cura, o laser UV que incide sobre toda a fatia promove a
total cura do material.
Em seguida, remove-se o toner da máscara de vidro, deixando-a em condições para uma nova
fatia ser gerada sobre a máscara fotograficamente, completando o ciclo.
O protótipo move-se então para que partes da resina que não foram solidificadas sejam
i d d t d (E)
Pós-operações são ainda necessárias para retirar a cera que ficou derretida. O protótipo é lixado ou acabado
de maneira diferente da estereolitografia. Além disso, diferentemente da estereolitografia, é desnecessário
criar uma estrutura extra de sustentação na matriz de cera.
PF3D via laser sinter
Os dois principais fabricantes de máquinas para o processo laser sinter são DTM e EOS, que utilizam a
estratégia de fabricação de peças, tais quais: ferramenta de construção de fatias; laser para pó plástico ou
metálico que se encontra armazenado em um depósito etc.
A fabricação ocorre da seguinte maneira:
aspiradas e descartadas (E).
Em seguida, aplica-se cera (F) no protótipo para preencher os espaços em que a resina não
endurecida foi removida.
A estação de resfriamento (G) é o local onde a cera é endurecida.Nesse local, uma placa fria
é pressionada contra o protótipo.
A última etapa é o fresamento (H), quando é removido o material sobressalente - tanto cera
quanto fotopolímero - até que a superfície desejada esteja totalmente formada no interior de
uma matriz de cera.
Um pó, com granulação em torno de 10μm, é distribuído por meio de um rolo sobre a
superfície por onde o foco do laser percorrerá sua trajetória.
A figura a seguir ilustra uma máquina do PF3D de laser sinter:
Máquina do PF3D de laser sinter.
São obtidas peças ou protótipos cujas propriedades mecânicas, como resistência mecânica, correspondem
a 95% das mesmas propriedades das peças injetadas.
PF3D via layer laminate manufacturing
Os principais fabricantes de LLM são: Helisys, Kinergy, Kyra, Schorff Development Corp, Zimmermann,
Sobre o pó é incidido o foco do laser, com certa profundidade, promovendo a fusão da região
abrangida, gerando uma pequena e nova região sólida.
De acordo com o deslocamento do laser sobre a camada de pó, outras pequenas regiões
sofrem solidificação até que toda a região da camada seja percorrida.
Em seguida, a mesa, contendo a fatia construída, é movimentada na direção Z, e uma nova
camada de pó é espalhada pelo rolo, repetindo-se o processo até que o protótipo seja todo
fabricado.
Charlybot e ERATZ.
O processo acontece da seguinte maneira:
Um exemplo do processo layer laminate manufacturing é da empresa norte-americana Helisys, em que o
laser, com um sistema de deslocamento em duas direções, recorta a seção do papel que está com material
colante impregnado, como na imagem a seguir. A espessura de cada camada do modelo 3D é a mesma do
material usado no processo. A camada de papel seguinte é colada na anterior e a seção transversal da
camada seguinte é recortada.
Máquina do PF3D de layer laminate manufacturing.
O protótipo construído sai da máquina em um bloco retangular, como pode ser visto na imagem a seguir, e o
Em uma folha de papel recortada de acordo com o perfil da fatia do protótipo e repleta de
material adesivo, o laser incide sobre a superfície atravessando-a com profundidade
predefinida.
A área externa ao contorno do papel é recortada pelo laser para posterior remoção.
A mesa move-se na direção Z para gerar a segunda camada, e o papel é posicionado por meio
de um sistema de alimentação por rolo no local onde será construída a fatia seguinte. O
procedimento se repete até que a última camada seja construída.
material excedente - que possui o formato de cubos, em função do corte transversal do laser - é removido.
Desmontagem de material excedente do protótipo.
A textura das peças produzidas por esse processo se assemelha à madeira. Adicionalmente, um
revestimento é aplicado para garantir a proteção das peças contra a umidade.
PF3D via fused layer modeling (FLM)
O processo fused layer modeling, do inglês “modelagem de camada fundida”, consiste em:
O material é confinado em um dispositivo que, quando aquecido, torna-o fluido.
Esse material é expelido de uma câmara por um bico injetor sobre uma base móvel, que se
desloca na direção Z.
O perfil da fatia do protótipo é construído pelo material depositado.
Em seguida, a base móvel se desloca na direção Z e o processo é repetido até a finalização
do protótipo.
Os principais fabricantes de máquinas do processo FLM são: Stratasys, ITP, Sanders, Prototype Inc., 3D
Systems e Mühlacker.
Exemplo de PF3D via fused layer modeling (FLM)
Um dos principais processos fused layer modeling é o fused deposition modeling (do inglês “modelagem de
deposição fundida”), da empresa americano-israelense Stratasys. Trata-se de um processo no qual o
material termoplástico fluidificado por aquecimento é extrudado camada sobre camada para a construção
de cada fatia do protótipo. Um dos materiais preferíveis para protótipos funcionais é o plástico ABS, em
função de suas características que combinam alta resistência à tração, tenacidade e durabilidade. Outros
materiais utilizados são nylon, elastômero ou cera. As peças fabricadas podem ser sólidas, alveoladas ou
vazadas. Em função disso, o processo FDM também é frequentemente empregado para a confecção de
gabaritos para fundição.
A imagem a seguir exemplifica uma máquina de FDM em que o material termoplástico adotado é
apresentado inicialmente na forma de fio e a injeção é feita por um bico injetor com diâmetro menor que
0,2mm. A partir de uma temperatura controlada, o material é aquecido no cabeçote extrusor até que o
estado pastoso seja alcançado. A extrusão e a deposição de material em camadas são feitas pelo cabeçote
sobre uma mesa de baixa aderência, isto é, o material suporte. À medida que o material é posicionado sobre
as camadas, ocorre a solidificação.
Máquina do PF3D de fused deposition modeling.
Multiphase Jet Solidi�cation (MJS)
Outro tipo de processo de fused layer modeling é o multiphase jet solidification (do inglês “solidificação a
jato multifásico”), que também injeta o material fundido por um bico. Entretanto, o objetivo inicial era
trabalhar com peças metálicas e cerâmicas de alta densidade. A matéria-prima utilizada é composta por
uma mistura de pó com um aglutinante, mas somente o aglutinante é fundido no processo. A mistura é
aquecida acima do ponto de fusão do aglutinante, e um pistão faz com que a mistura com baixa
viscosidade seja deslocada para o bico injetor, onde o fluxo de material é expelido controladamente de
acordo com o comprimento útil do pistão.
Solidificação a Jato Multifásico.
Extrusora Prototipadora (EP)
Na máquina Extrusora Prototipadora (EP), assim como na máquina de fused layer modeling, os protótipos
são construídos por deposição de camadas. O parafuso de movimento extruda o material termoplástico e o
deposita, camada sobre camada, sobre uma mesa por meio de um bico extrusor.
Extrusora Prototipadora (EP).
A imagem a seguir apresenta um modelo da máquina da empresa alemã Extrudex Kunststoffmaschinen,
situada na cidade de Mühlacker, próximo a Stuttgart. Pode-se observar as zonas de aquecimento do
parafuso extrusor, bem como a ferramenta do torpedo.
Extrudex Kunststoffmaschinen.
Three dimensional printing (3DP)
O processo Three Dimensional Printing (3DP), do inglês “impressão tridimensional”, transcorre com injeção
de material liquefeito sobre material em pó, que é absorvido e solidifica. A seguir, a mesa sofre
deslocamento na direção Z e o processo é repetido até o final da confecção do protótipo. Os principais
fabricantes desse processo são: Z-Corporation, ExtrudeHone, Soligen, 4D Concepts e Therics.
Desenvolvido pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), o processo de impressão tridimensional, ou
3D printing, foi segmentado em diversos ramos da indústria. Ele ocorre da seguinte maneira:
Por meio de um pistão que se desloca na direção Z, uma camada de pó é espalhada sobre a
superfície da mesa.
Um cabeçote tipo jato de tinta, que é o cabeçote de aquecimento, injeta um aglutinante que é
expelido em gotículas.
A camada de pó depositada absorve o jato aglutinante, formando a primeira camada.
As camadas que serão impressas uma sobre a outra são suportadas pelo pó não aglutinado.
Observe a imagem:
3D printing.
PF3D via laser-generation (LG)
O PF3D via laser-generation (do inglês “geração laser”) combina as características da estereolitografia e da
sinterização. O princípio baseia-se na fabricação por adição por meio da fusão de partículas de pó metálico,
que são borrifadas com um gás inerte sobre o foco de um feixe laser com alta potência. O aquecimento do
protótipo causa a solidificação das camadas, formando-as. Nessa etapa, a camada de pó não é utilizada
como na sinterização. A empresa norte-americana Optomec é a única fabricante do sistema LENS (Laser
Engineered Net Shaping, do inglês “modelagem de rede projetada a laser”).
Com o movimento do pistão na direção Z, uma nova camada de pó é espalhada sobre sua
plataforma, iniciando a formação da segunda camada e assim sucessivamente.O processo
se repete até que todas as camadas sejam dispostas e então o pistão é erguido e é retirado o
pó não absorvido.
A superfície da camada a ser gerada é percorrida pelo foco do laser e, no mesmo instante, a
fusão das partículas do pó metálico ocorre nesse trajeto, juntamente com o gás, causando a
união das partículas.
A tí l di t b t t fil d i i d t d
Observe a imagem:
PF3D via Laser-Generation.
Normalmente, o processo LENS produz peças que necessitam de operações de acabamento posteriores,
como fresamento e torneamento. Outras características do processo são a obrigatoriedade de haver uma
base para iniciar a construção do protótipo e a limitação geométrica para construir superfícies complexas.
As partículas dispostas em um substrato geram o perfil da primeira camada, tornando os
protótipos mais resistentes do que os fabricados pelos métodos tradicionais de extrusão e
usinagem. Uma vez que o processo é realizado em ambiente controlado, com baixo nível de
oxigênio, as camadas de metal depositadas não sofrem oxidação.
A próxima camada é criada a partir do deslocamento na direção Z e o processo se repete até
a última camada.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O processo de Modelagem de Camada Fundida, cujo objetivo inicial era trabalhar com peças metálicas
e cerâmicas de alta densidade, é o:
A SGC
B LS
Parabéns! A alternativa D está correta.
O Multiphase Jet Solidification, do inglês “solidificação a jato multifásico”, é um processo de modelagem
que funde camadas injetando o material fundido por um bico. Foi criado com o objetivo inicial de
trabalhar cerâmicas de alta densidade e peças metálicas.
C LLM
D MJS
E EP
Questão 2
Leia a descrição do processo a seguir:
Uma camada de pó é espalhada sobre a superfície da mesa, e um cabeçote de aquecimento tipo jato de
tinta injeta um aglutinante que é expelido em gotículas. A camada de pó depositada absorve o jato
aglutinante, formando a primeira camada. As camadas que serão impressas uma sobre a outra são
suportadas pelo pó não aglutinado. Com o movimento do pistão na direção Z, uma nova camada de pó
é espalhada sobre sua plataforma, iniciando a formação da segunda camada e assim sucessivamente.
O processo se repete até que todas as camadas sejam dispostas e então o pistão é erguido e é retirado
o pó não absorvido.
Essa é a definição de:
A Estereolitografia
B Solid ground curing
C Laser sinter
D Fused layer modeling
4 - Estratégias de geração de trajetória no PF3D
Ao �nal deste módulo, você será capaz de aplicar as estratégias de geração de trajetória no
PF3D.
Vamos começar!
Parabéns! A alternativa E está correta.
No processo de impressão tridimensional, ou 3D printing, um pistão injeta material aglutinante
liquefeito sobre material em pó espalhado sobre a superfície de uma mesa. O pó é absorvido e
solidifica. A mesa, então, é deslocada e novas camadas são aplicadas sucessivamente até que o
protótipo tenha reproduzido o modelo projetado.
E Three dimensional printing

As principais estratégias de geração de trajetória no
PF3D
Assista ao vídeo a seguir e compreenda as principais estratégias de geração de trajetória no PF3D.
Estratégias de geração de trajetória no PF3D
Antes da construção do protótipo, a última fase da preparação dos dados para o PF3D é a geração da
trajetória. Em função das diferentes naturezas dos sistemas de PF3D, não existe uma padronização para
gerar os códigos da trajetória, já que cada processo é baseado nas suas próprias características e
necessidades, o que implica que dados sejam gerados com informações específicas para a trajetória em
cada processo. A imagem a seguir, por exemplo, ilustra duas alternativas de geração da trajetória para
confeccionar um protótipo, observe:
Diagrama de geração de trajetória.
Observe, a seguir, os exemplos de etapas de trajetórias para confecção de protótipos:
É necessário definir os deslocamentos para os processos que utilizam deposição, como, por
exemplo, FDM, MJS e EP, em que o bico injetor não faz o mesmo deslocamento em determinada
camada para evitar o acúmulo de material. Por outro lado, processos como SLA, F&S, SLS, LS, LENS,
Trajetória por meio do deslocamento da mesa nas direções X e Y 
LOM e SAHP usam laser com foco sobre uma superfície e não há acúmulo de material, uma vez que
não existe depósito de material e é instantânea a interrupção da ação do laser sobre a superfície.
A trajetória do bico injetor é realizada somente na direção do eixo X. Nessas máquinas, o campo de
atuação da camada é coberto pelos bicos injetores, de tal forma que não é necessário deslocamento
no eixo Y. Por meio da interrupção dos injetores, é feito o controle de depósito do material ao
deslocar o injetor ao longo do eixo X e, dessa forma, não ocorre acúmulo de material na mesma
camada.
É realizada a confecção do protótipo por meio de lâmpadas sobre uma máscara, que foi inicialmente
gerada com o formato da camada, de maneira a não precisar de deslocamentos nem no eixo X nem
no eixo Y.
O protótipo na forma tridimensional do formato STL é descrito por meio da superfície obtida pela união dos
pequenos triângulos adjacentes. Um contorno do protótipo no plano X-Y é obtido por meio do fatiamento
desse volume. Dessa forma, a maneira como se preenche esse contorno utilizando determinado material
para confeccionar a camada do protótipo é o princípio básico dos processos do PF3D, assim como unir
essas camadas para construir o modelo do protótipo. A tática para definir a trajetória em X e Y abrange a
confecção de cada camada do protótipo com um material que é depositado por meio de bico(s) injetor(es)
ou foco do laser.
De acordo com as características do material, calcula-se a trajetória do injetor, dependendo se o material é:

Sólido

Fluidi�cado

Processos Multiphase Jet Solidification e Three Dimensional Printing 
Processo Solid Ground Curing 

Pó
A trajetória também é influenciada pela forma com que o processo de transformação física ocorre:

Fusão via laser

Resistência elétrica
Esses são alguns parâmetros que impactam na estratégia da trajetória nas direções X e Y do injetor no
processo de deposição de material, processo esse que pode ser em forma de:

Fio (EDM)

Pasta (MJS)

Grãos (EP)
Considerar uma fundição e solidificação do material de modo a assegurar a qualidade do protótipo é
fundamental.
A imagem a seguir ilustra a trajetória simples (a) que mostra um exemplo de uma trajetória não adequada
para depositar material, uma vez que é necessária a interrupção do fluxo de material depositado, implicando
uma estratégia não otimizada. Já na figura da trajetória ideal (b), o algoritmo identifica as fronteiras-limite
em que o material deve ser depositado, assegurando um fluxo contínuo de deposição do material.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Sobre o processo Solid Ground Curing (SGC), traduzido do inglês como “cura em solo sólido”, também
chamado de processo de solidificação, em que é utilizado o mesmo princípio da estereolitografia, pode-
se afirmar que:
Parabéns! A alternativa E está correta.
No processo Solid Ground Curing (SGC), a confecção do protótipo é realizada por meio de lâmpadas
sobre uma máscara, que foi inicialmente gerada com o formato da camada, de maneira a não precisar
de deslocamentos nem no eixo X nem no eixo Y.
A a estratégia de trajetória do processo é ao longo do eixo X.
B a estratégia de trajetória do processo é ao longo do eixo Y.
C a estratégia de trajetória do processo é ao longo do eixo Z.
D a estratégia de trajetória do processo é ao longo do eixo X e Y.
E não há deslocamento.
Questão 2
Sobre a estratégia de trajetória no PF3D, pode-se afirmar que:
Considerações �nais
O conteúdo abordado neste material teve por objetivo a apresentação e o estudo dos princípios dos
processos de fabricação por meio da impressão 3D, pontuando as principais característicasdesse
processo, bem como os arquivos utilizados, as classificações dos processos existentes e as características
da geração das trajetórias utilizadas.
No módulo 1, foi apresentada uma introdução à tecnologia do processo de fabricação por meio de
impressão 3D, com suas aplicações e uma visão geral do processo. Em seguida, o módulo 2 tratou da
Parabéns! A alternativa C está correta.
As alternativas A e B estão incorretas, pois no processo Solid Ground Curing (SGC) não há
deslocamentos em um eixo. A alternativa D está incorreta, pois os PF3D que utilizam dois ou mais
bicos injetores possuem deslocamento somente no eixo X. Por fim, a alternativa E também está
incorreta porque nenhum PF3D possui trajetória no eixo Z.
A todos os PF3D possuem, no mínimo, deslocamento em um eixo.
B
as estratégias de trajetórias otimizadas independem da interrupção do fluxo de material
depositado.
C a maior parte dos processos utiliza deslocamento da mesa nos eixos X e Y.
D
os PF3D que utilizam dois ou mais bicos injetores possuem deslocamento da mesa no
eixo X e Y.
E
PF3D que possuem trajetória no eixo Z resultam em protótipos com melhor acabamento
superficial.
geração de arquivos de dados do modelo 3D, do software de fatiamento, da interface com programas CAD e
os principais formatos utilizados para salvar os dados do modelo.
O módulo 3 discorreu sobre os principais PF3D, o maquinário utilizado por cada processo, bem como suas
características. Finalmente, no módulo 4, foram tratadas as estratégias de geração de trajetória no PF3D, as
principais trajetórias utilizadas pelos processos e as condições de contorno que definem qual melhor
estratégia para geração de trajetória deve ser utilizada.
Com isso, é possível perceber como o processo de fabricação por meio da impressão 3D é versátil e torna-
se uma ferramenta indispensável para a fabricação de peças complexas e o desenvolvimento de novos
produtos.
Podcast
Agora, ouça o podcast que trará os principais tópicos abordados.

Referências
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