Manufatura Aditiva e Indústria 4.0

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AULA 2 
TENDÊNCIAS EM PERSONALIZAÇÃO 
E MANUFATURA ADITIVA 
Prof. Roberson Cesar Alves de Araujo 
 
 
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INTRODUÇÃO 
Estamos vivenciando um cenário em que a manufatura aditiva vem se 
concretizando como uma tecnologia inserida no processo fabril, atuando em 
diferentes setores industriais. Este novo cenário industrial apresenta diversas 
inovações tecnológicas e se insere no conceito da indústria 4.0, destacando a 
tecnologia como um fator não apenas para o sucesso, mas também para a 
continuidade das organizações no novo modelo de mercado. 
A utilização do termo Industria 4.0 teve início na Alemanha em 2011, 
contando com o apoio e suporte tanto do governo quanto das indústrias, 
representando um conjunto de estratégias que instigam a indústria a efetuar um 
tipo de “revolução”, interligando todos seus processos com redes inteligentes, 
tornando-se, assim, mais eficientes, ampliando seu potencial competitivo, 
possibilitando que processos produtivos venham a ter a capacidade de se 
autogovernar. 
TEMA 1 – MANUFATURA ADITIVA COMO PRELÚDIO FABRIL 
A utilização de novas tecnologias como a integração de sensores, 
impressoras 3D e recursos de robótica estão à frente de um novo cenário 
industrial. A cadeia produtiva tem a possibilidade de uma maior flexibilidade com 
o potencial de gerar produtos de maneira personalizada, reduzindo perdas 
constantes de insumos por decorrência da utilização da manufatura aditiva. 
A manufatura aditiva, originada do termo em inglês “additive 
manufacturing” (AM), é conhecida popularmente como impressão 3D, em que 
ocorre um processo de fabricação por meio de inserções sucessivas de 
camadas de componente material oriundas do projeto geométrico desenvolvido 
em 3D, com a utilização de um software de computador que possibilita o 
desenvolvimento fabril de componentes físicos com diferentes insumos. Uma 
vez que se tenha um projeto, este servirá de modelo para um particionamento 
em 2D, sendo a etapa inicial, definindo as estruturas que proporcionarão suporte 
ao objeto e ao material a ser utilizado. A fabricação do objeto desejado e 
projetado só tem início após a execução dessa etapa inicial. 
O processo é finalizado somente na ocorrência do chamado pós-
processamento ou fase final do processo. Nessa fase, o objeto fabricado tem a 
 
 
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tratativa de um acabamento que opera de forma diferente para cada objeto, 
baseado no insumo ou material que for utilizado para impressão. 
 
Crédito: asharkyu/Shutterstock. 
1.1 Mercado da manufatura aditiva 
A manufatura aditiva (AM) vem se destacando como uma tecnologia 
adotada em todo mundo, sendo utilizada na produção de diversos produtos em 
uma escala que vem crescendo de maneira espantosa. A AM se utiliza de 
diferentes e variados materiais ou insumos para a composição de diferentes 
objetos. Por conta dos avanços proporcionados pelas tecnologias, vem 
ganhando aplicabilidade industrial que se destaca no setor automotivo, 
construção civil e aeroespacial, e possibilita até o desenvolvimento e fabricação 
de implantes odontológicos, procedimento utilizado em inúmeros países. 
De uma forma resumida, podemos simplificar a AM como um conjunto de 
tecnologias para produção de objetos originados de modelos digitais. Mesmo 
seguindo o mesmo princípio, a produção desses objetos utiliza características 
diferenciadas que se baseiam no insumo utilizado. Podemos citar o exemplo da 
impressão SLA que utiliza resina líquida como matéria-prima, enquanto que 3D 
FDM faz uso de polímero no formato de filamento nas impressoras. 
 
 
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TEMA 2 – PRINCÍPIOS DE PROCESSAMENTO DAS TECNOLOGIAS (AM-
ADDITIVE MANUFACTURING) 
O modelo de fabricação aditiva apresenta um conjunto de diferentes 
tecnologias de fabricação que se baseia na contribuição de material para sua 
formação. Diferentemente do que podemos encontrar na fabricação subtrativa, 
que contempla métodos tradicionais do padrão de usinagem (CNC), a AM tem 
seu princípio na construção de objetos por meio do fornecimento de materiais de 
forma seletiva para cada uma das diferentes camadas produzidas. 
 
Crédito: Phonlamai Photo/Shutterstock. 
Neste contexto, podem ser encontradas diferentes tecnologias que atuam 
de forma dissemelhante e apresentam vantagens ou mesmo desvantagens em 
sua utilização. Para uma escolha mais assertiva se faz necessário o 
entendimento dos fundamentos, bem como das limitações que cada uma 
proporciona, buscando a escolha mais adequada para sanar a necessidade que 
se tenha. 
2.1 Deposição de material fundido (FDM) 
A sigla FDM é derivada da língua inglesa e representa “Fused Deposition 
Modeling” que significa ser uma tecnologia que efetua o depósito em camadas 
 
 
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de um fio de material – como termoplásticos – para criação de um objeto 
impresso no modelo 3D. Enquanto ocorre o processo de impressão, esse 
filamento de plástico é sustentado por meio de uma extrusora quente que 
flexibiliza o plástico de forma suficiente para que ocorra a sua colocação pela 
cabeça de impressão de uma forma precisa. O processo utiliza dois tipos de 
materiais, sendo um para a modelagem do objeto e outro para o suporte, o qual 
serve de sustentação para o objeto a medida que está sendo impresso. Esse 
processo é efetuado de forma repetida em que o filamento derretido tem sua 
colocação em camadas individuais inseridas na área de impressão até a 
conclusão do objeto ou peça de trabalho. Depois de ter impresso um objeto em 
uma impressora FDM, é necessário remover os suportes (no caso de o objeto 
estar saliente) e o excesso de plástico, podendo ser feito com uso dos dedos ou 
mesmo com a utilização de uma ferramenta de corte. A utilização de uma lixa 
pode auxiliar na obtenção de superfícies mais lisas e polidas. 
 
Crédito: sadedesign/Shutterstock. 
As impressoras que utilizam a tecnologia 3D FDM variam de preço 
conforme características que apresentam. Existe no mercado uma variedade 
desse tipo de impressoras, o que torna possível a escolha tanto nos fatores 
técnicos como orçamentários. As impressoras FDM podem fazer uso de 
filamentos no formato padrão apresentando diâmetros de 1,75 ou 2,85 mm, 
contudo alguns fabricantes utilizam tamanhos proprietários, apresentando um 
custo mais elevado mas com maior qualidade. Apesar disso, os carretéis de 
 
 
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filamento plástico tem um custo relativamente baixo, sendo adquiridos por quilo. 
Esses fatores levam a uma popularização do uso de impressoras FDM tanto 
para o setor fabril como para os usuários domésticos. 
2.2 Fotopolimerização seletiva de resinas (SLA) 
A sigla SLA é uma abreviatura do inglês “Stereolithography Apparatus” 
ou, de forma resumida, “stereolithography”. Assim como no FDM, o SLA opera 
de maneira aditiva, em que os modelos têm sua construção efetuada 
singularmente, camada a camada. A diferença está na utilização de fotopolímero 
curável. Trata-se de uma resina líquida que sofre um processo denominado cura 
em que ocorre o endurecimento por meio da aplicação de uma luz focalizada ou 
luz UV. 
Diferentemente das impressoras FDM, as SLA efetuam a construção de 
um modelo de cima para baixo em que a plataforma ou base de construção 
efetua a elevação do modelo para cima, extraindo-o do banho de resina. Na 
sequência, é aplicada a tecnologia DLP (“Digital Light Processing) fazendo uso 
de um projetor digital ou um laser como fonte de luz. O processo funciona de 
forma que a fonte de luz desenha a camada (DLP) e uma camada inteira 
(bidimensional) do objeto, inserida no banho de resina, é produzida de uma 
única vez. 
 
 
Crédito: Sergey Privalov/Shutterstock. 
 
 
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As impressoras SLA oferecem um palete limitado de materiais de resina 
geralmente proprietários, ou seja, não sendo possível sua troca entre 
impressoras de outros fabricantes. Além disso, a escolha das cores sofre 
limitações também, sendo as mais comuns preta, branca e cinza. Contudo, além 
de seremmateriais de maior durabilidade, são melhores para uso industriais 
como é o caso de resinas dentárias ou que exijam resistência ao calor ou 
flexibilidade. 
 
Crédito: MarinaGrigorivna/Shutterstock. 
TEMA 3 – DESIGN DE PRODUTOS COM MANUFATURA ADITIVA 
 A concepção moderna de sustentabilidade reformula de maneira geral o 
conceito de design de produtos. O progresso nas abordagens dos programas de 
qualidade e produtividade fez com que surgisse uma nova definição para o 
conceito de melhoria contínua. Ao presenciarmos o surgimento da tecnologia de 
manufatura aditiva, vemos a consolidação desse fato e isso não ocorre há pouco 
tempo. Podemos buscar sua origem em tempos bem distantes, quando ocorreu 
o aparecimento dos seus princípios básicos. Esses princípios tem origem nos 
povos egípcios, os quais faziam uso de técnicas de construção já no modelo de 
sobreposição de camadas, utilizando-se de blocos que eram amontoados em 
progressivas camadas para a construção de pirâmides. 
 
 
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A tecnologia atual de manufatura aditiva teve como antecessoras a 
fotoescultura e também a topografia, avançando até 1982 quando Herbert da 
empresa 3M apresentou uma proposta de sistema de polimerização com base 
em um feixe de laser com ultravioleta, operado por computador. Este fato deu 
início a um processo de desenvolvimento de uma nova tecnologia que ficou 
conhecido no final da década de 80 como tecnologia de impressoras 3D. Porém, 
a função para sua utilização era mais limitada a produção de protótipos de 
produtos em 3D apenas, se apresentando como solução rápida e generalista. 
3.1 Histórico 
Com base no contexto desenvolvido desde o início dos anos 80, surge a 
Estereolitografia, se destacando como precursora tecnológica com patente 
registrada em 1986 por Charles W. Hull, ou simplesmente Chuck Hull, que foi 
sócio-fundador da 3D Systems, com destaque por ser a primeira empresa a 
utilizar esse tipo de tecnologia antes do final dos anos 80. 
Desde esse período até hoje surgiram diversos tipos de manufatura 
aditiva no que se refere a sua execução, tanto pela tecnologia utilizada como 
também pelos insumos na fabricação de peças que variam de líquida, sólida ou 
mesmo em pó. Existem atualmente mais de 20 opções de diferentes técnicas 
que podem ser utilizadas. As que se destacam são a Fabricação com Filamento 
Fundido e a Sintetização Seletiva à Laser. O objetivo a ser alcançado encaminha 
a opção de adoção por determinado material que impacta na escolha da melhor 
tecnologia atrelada a este fim. 
Inicialmente, como a exigência de precisão dimensional e o desempenho 
não eram requeridas, os protótipos criados com tecnologia AM ganharam muita 
adesão pela capacidade de proporcionar uma melhor visualização. A medida 
que foram ampliadas as percepções quanto a capacidade da utilização desse 
tipo de tecnologia, ocorreu também o aumento do nível de exigência na melhoria 
dos processos e componentes, impactando na qualidade dos materiais e nas 
diferentes funcionalidade proporcionadas. Esse fato possibilitou que fossem 
difundidas as tecnologias aos níveis que vemos hoje, tendo uma adesão não 
somente pelos grandes segmentos industriais, como também pequenas 
indústrias e utilizadores domésticos. 
 
 
 
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3.2 Atuação visual 
Por meio do processo de melhoria contínua da tecnologia em que a 
capacidade de precisão proporciona uma maior abrangência de uso, a AM tem 
seu uso cada vez maior e se destaca em vários setores. Este fato pode ser visto 
por meio de produtos que vão desde roupas e acessórios até a indústria 
automotiva, envolvendo moda e transporte, transpassando áreas como de 
construção civil e medicina, com capacidade para inúmeras outras. 
A inovação é tida como uma importante exigência que impacta 
diretamente na capacidade competitiva das organizações. Ao atingirmos a 
capacidade tecnológica de criarmos praticamente tudo, mantendo padrões de 
qualidade ou melhorando-os, vemos a queda das barreiras de novos produtos e 
negócios. A capacidade da fabricação de objetos como próteses dentárias, 
moda e vestuário, até órgãos para pacientes na área da saúde, se apresenta 
como a principal, mas não única fonte motivacional para a adoção dessa 
tecnologia. A efetividade na produção torna a fabricação mais rápida com 
redução nos custos pela redução do desperdício de insumos, impactando 
diretamente no tempo de entrega de produtos ao cliente, com a possibilidade de 
redução do preço final. 
TEMA 4 – MANUFATURA ADITIVA NO MUNDO 
As organizações têm muito a ganhar com a manufatura aditiva. Essa 
afirmação é no mínimo questionável pelo próprio ponto de vista otimista que 
apresenta. A redução de custos e o aumento da produtividade são questões que 
integram o cotidiano de diversas empresas, mais especificamente as empresas 
do setor industrial e impacta diretamente na visão dos gestores. Com um ritmo 
de economia interrompido por conta de uma pandemia de COVID-19, ocorreu 
um olhar ainda mais preocupante quanto a AM. 
O setor industrial de eletroeletrônica reduziu em abril de 2020 mais da 
metade de sua produção e, em julho do mesmo ano, os custos de diversos 
componentes e insumos teve um aumento expressivo no mercado. Com esses 
fatos, as pressões sofridas pelos gestores de organizações tem aumentado 
consideravelmente. 
Contudo, a AM apontou ainda mais como solução para as empresas, 
servindo de contraponto para os problemas gerados pela pandemia. Ela 
 
 
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desponta como um recurso que tem um futuro promissor, apresentando avanços 
diários, sendo uma questão de curto período de tempo para que seu uso venha 
a se expandir e se enraizar na indústria, conduzindo o setor produtivo a outro 
patamar mais elevado. 
4.1 Aplicações 
A aplicação inicial da AM estava focada no desenvolvimento de protótipos 
visuais e para teste de funcionalidade no desenvolvimento de produtos. A AM 
hoje pode ser utilizada de diversas maneiras, onde podemos destacar seu maior 
uso em algumas situações como: 
Elaboração de protótipos e desenvolvimento de produto: 
• Maquete; 
• Desenvolvimento de modelo Conceitual de apresentação (mockup); 
• Criação de protótipos operacionais. 
Desenvolvimento de ferramental (ferramental rápido – “rapid 
tooling”): 
• Dispositivos de fixação e encaixe; 
• Ferramentais ou Moldes de sacrifício; 
• Ferramentais ou Moldes permanentes; 
• Modelos guia para elaboração. 
Fabricação final (manufatura rápida – “rapid manufacturing”) 
• Componentes de manutenção e melhorias para máquinas de AM; 
• Setor automobilístico (veículos customizados); 
• Aeroespacial (peças e equipamentos); 
• Saúde (peças e órgãos); 
• Setores de artes e joalheria; 
• Museus; 
• Arquitetura; 
4.2 Benefícios do uso de AM 
A utilização de AM acarreta diferentes benefícios, com destaque para: 
• Ampliação da liberdade geométrica na fabricação; 
 
 
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o Formatos geométricos impossíveis de fabricar por processos 
tradicionais; 
o Elaboração de estruturas monolíticas com redução do número de 
peças nas montagens; 
o Otimização topológica ou do formato estrutural com a geração de 
estruturas; otimização de projetos implementando maior resistência e 
menor peso com redução de custos; 
• Fácil acesso à tecnologia (tecnologia em expansão) 
• Redução no desperdício de material; 
• Eliminação da exigência de dispositivos para fixação; 
• Não necessita troca de ferramenta durante a fabricação; 
• Um único equipamento é capaz de produzir um componente; 
• Eliminação da necessidade de serem efetuados cálculos complexos 
no percurso das ferramentas; 
• Agilidade na obtenção de menores quantidades de componentes; 
• Capacidade de elaboração de produtos finais; 
• Possibilita a mistura de diferentes materiais. 
4.3 Limitações do uso de AM 
Assim como em qualquer tecnologia, podemos encontrar algumas 
limitações que poderão ser minimizadas, mas que ainda requerem cuidados. 
Entre essas limitaçõesdestacamos: 
• As propriedades dos insumos requerem algumas adaptações, o que os 
torna diferentes dos utilizados nos processos tradicionais; 
• Existência de problemas de desvio e empenamento com alguns materiais; 
• Em alguns casos, tanto a precisão como o acabamento superficial, ainda 
se apresentam inferiores aos dos objetos obtidos por processos 
tradicionais; 
• A maioria das tecnologias ainda possui certas limitações quanto à seleção 
dos materiais a serem aplicados; 
• Em muitos casos, ainda é uma alternativa demorada e cara ao ser 
utilizada na produção de grandes lotes; 
• Algumas das tecnologias de aspecto industrial apresentam ainda um 
custo oneroso; 
 
 
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Crédito: Daveido/Shutterstock. 
TEMA 5 – TIPOS DE MODELOS DE REPRESENTAÇÃO FÍSICA NO DESIGN DE 
PRODUTOS 
Ao se pensar em um modelo, temos a visão de um protótipo para o 
visualizarmos antes de sua elaboração de fato. Um protótipo pode ser entendido 
como um modelo construído para que sejam efetuados testes em produtos ou 
serviços. Ao imaginarmos um protótipo, a primeira visão que temos é a 
reprodução de um objeto, só que menor escala e em papelão. Esse 
entendimento não está incorreto, contudo existem diversas outras formas de se 
prototipar a idealização de um objeto. 
Quando praticamos a ação de inovar não temos um caminho seguro 
preestabelecido, tornando importante o aprendizado. O fato de prototipar é 
considerado como uma maneira de aprendermos o máximo possível sobre um 
produto ou serviço, sendo uma forma segura e econômica para se testar uma 
ideia. Esse fato possibilita avaliar se um produto é viável para produção em 
série, em que investidores e diretores de empresas podem se tornar capazes de 
obter o fundamento e a natureza do seu produto antes que o produto seja 
realmente desenvolvido. 
 
 
 
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5.1 Tipos de prototipação 
Existem cinco tipos básicos para o processo de prototipação. São eles: 
 
 
Crédito: lucadp/Shutterstock. 
1) Os protótipos de viabilidade. Tiveram sua criação realizada por 
engenheiros com a finalidade de minimizar os riscos técnicos durante o 
período de desenvolvimento de um produto anteriormente a decisão de 
sua viabilidade. 
2) Protótipos de usuário de alta fidelidade. Esse tipo de protótipo ainda se 
apresenta como sendo uma simulação, contudo, mais próximo do real. 
O fato é que em diversos tipos desse protótipo de alta fidelidade, é 
necessária muita atenção para diferenciá-lo do real. As informações 
apresentadas se assemelham demais a informações reais, porém não 
são reais de fato, demonstrando que não são informações de tempo 
real. 
3) Protótipos de usuário de baixa fidelidade. O critério de fidelidade está 
relacionado com o nível de realismo e aparência de um protótipo. Ao se 
produzir um protótipo que apresente uma redução no nível de 
fidelidade, não se apresenta como real. O protótipo do usuário pode ter 
seu entendimento como sendo uma simulação e não algo real. Dessa 
forma, podemos efetuar a inserção das informações de um cartão de 
crédito quantas vezes quiser, mas não efetuar nenhuma compra. 
 
 
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4) Protótipos de dados em tempo real ou ao vivo. Esse tipo de protótipo 
tem um nível de dificuldade alta quanto à sua explicação, porém, são 
completamente críticos e seu custo de produção vem sendo reduzido 
rapidamente. O propósito principal de um protótipo desse tipo é de 
provar algo de fato, sendo utilizado usualmente para demonstrar se 
uma ideia como um recurso qualquer, um tipo de abordagem de design, 
ou mesmo um workflow (fluxo de trabalho) é de fato funcional. 
5) Híbridos. Esse tipo de protótipo combina aspectos de cada um de seus 
antecessores. Se destaca por assumir o principal princípio de uma 
descoberta de produtos, destacando a forma mais veloz e de baixo 
custo para validar uma ideia. 
 
Crédito: Phonlamai Photo/Shutterstock. 
5.2 Comparativo de tecnologias 3D – FDM x SLA 
A tecnologia FDM possui determinadas características que a torna 
vantajosa em alguns casos em relação a outras tecnologias. Podemos dizer que 
para casos em que seja necessário uma prototipagem rápida seria um exemplo, 
e ainda: 
• Construção de modelos de custo reduzido; 
• Necessidade de um menor grau de conhecimento técnico, se destacando 
como excelente opção para para usuários amadores e fabricantes 
iniciantes; 
https://www.shutterstock.com/pt/g/PhonlamaiPhoto
 
 
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• Utilização nos casos em que a precisão e o acabamento não são vitais 
para o modelo impresso. 
Da mesma forma que a FDM, a tecnologia SLA apresenta situações em 
que sua adoção é a melhor opção. São elas: 
• Quando houver a necessidade de detalhes enredados ou níveis de 
acabamento em alto padrão; 
• Em casos em que não é importante manter a robustez e durabilidade do 
modelo, pois os objetos elaborados a base de resina podem enfrentar 
deterioração quando submetidos ao sol por períodos prolongados; 
• Em situações de elaboração de moldes para fundição, possibilitando a 
produção em massa de objetos como os fornecidos em joalherias ou 
ainda pelos fabricantes de utensílios domésticos e brinquedos diversos. 
5.3 Opção de adoção de tecnologia 3D 
 
Crédito: luchschenF/Shutterstock. 
Mediante a possibilidade de utilização das tecnologias mais adotadas 
para AM, podemos dizer que existe uma necessidade de avaliar o cenário e o 
objetivo desejado. Quando se busca uma impressão com maior economia, a 
impressora do tipo FDM se destaca. Contudo, ao se buscar uma alta precisão 
com um melhor nível de acabamento, sem relutar quanto aos custos de 
impressão, a impressora do tipo SLA se destaca como melhor solução. 
https://www.shutterstock.com/pt/g/luchschen