Paper Impressora 3D, A Inovação Na Indústria

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IMPRESSORA 3D, A INOVAÇÃO NA INDÚSTRIA 
 
 
 
Adilson T.Freitas 
Alexandro Menezes 
Ederson Camejo Sezara 
Juliano Lopes 
Ribamar Luís Muller 
 
Icaro Quevedo 
 
 
RESUMO 
 
A impressora 3d é uma máquina capaz de imprimir peças através da adição de um material desejado em finas camadas uma em cima da outra, da sua base ao topo. Estes dados são gerados por projetos com o auxílio do computador. Suas primeiras aplicações foram datadas nos anos 80 por Chuck Hull, aonde as primeiras impressões 3d foram utilizadas para prototipagem. A impressora 3d pode ser utilizada para confeccionar desde objetos mais simples para enfeites, para peças que servirão com o protótipos até componentes com resistência mecânica que podem ser utilizados como componentes de máquinas ou peças de automóveis por exemplo. Nos dias de hoje, esta tecnologia está em constante evolução sendo cada vez mais utilizada dentro das indústrias, agilizando processos e fabricação de produtos. A impressão 3d possui 3 etapas, o pré processamento, a fabricação e o acabamento. As impressoras 3d são formadas pelos seguintes componentes: Rolo de filamentos, cabeça de impressão, bloco de aquecimento, cabeça e/ou tabuleiro. 
 
 
 
 
 
 
Palavras-chave: Impressora 3d, Camadas, Tecnologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alunos: Adilson T.Freitas, Alexandro Menezes, Éderson Camejo Sezara, Juliano Lopes, Ribamar Luis Müller. 
Tutor: Ícaro Quevedo 
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Eng. Mecânica - FLC5100ENM – Seminário V: Reposição de peças por impressão 3d. 
 07/12/2022 
1. INTRODUÇÃO 
 
As impressoras 3d embora possam parecer uma tecnologia nova, o que não é verdade, pois sua invenção e datada nos anos 80 por Chuck Hull, claro que de maneira mais simples, pois foi uma tecnologia que evoluiu muito com o passar dos anos, tanto a impressora em si mais também os materiais utilizados para fazer os filamentos. 
Impressão 3d, simplificando: seria a decomposição de material em camadas ao longo de um perfil, essas camadas são responsáveis pela qualidade da impressão, quanto mais fina as camadas mais resistentes o produto e melhor sua aparência estética. 
Segundo Gorni (2007) é um processo que fabrica peças com a adição de material em camadas planas diretamente a partir de fontes de dados, gerados por sistemas de projeto com o auxilio do computador. A tecnologia de manufatura aditiva, ou seja, a utilização da impressão 3D causará maior mudança nas estruturas produtivas convencionais é aquela com a finalidade da fabricação direta de produtos para o mercado. 
A metodologia será baseada na produção de uma peça utilizada na indústria, explicando com o máximo de detalhes como foi criada, desde a ideia até o final o que seria a peça em si impressa no material desejado. 
O tema sobre as impressoras 3d e muito abrangente, pois a cada dia está se popularizando sua utilização em todas as áreas possíveis também simplificando sua utilização. 
Os objetivos deste trabalho é mostrar conceitos sobre impressora 3d, contando um pouco de sua história, funcionamento básico, pecas principais que constituem uma impressora 3d, tipos de tecnologia de impressão 3d, tipos de filamentos utilizados. 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1- História da impressora 3D 
 
Com o passar dos anos, a exigência dos consumidores foi aumentando gradativamente, exigindo das empresas produtos com maior qualidade e complexibilidade. Em contra partida, para se manter a competividade, o tempo de desenvolvimento dos produtos tiveram que ser reduzidos. 
Pensando em suprir essa nova demanda do mercado, novas tecnologias foram desenvolvidas, fugindo um pouco dos métodos tradicionais que conhecíamos. 
Segundo CUNICO (2015, pág. 1): 
Essas tecnologias tem a adição de material e fabricação de objetos camada por camada como conceito fundamental e comum, sendo ao longo dos anos difundidos por diversos nomes. Entre os principais nomes destacam-se: Fabricação de formas livres (Free-form fabrication), prototipagem rápida (Rapid prototyping), Fabricação por camadas (Layer manufacturing) e impressora 3D (3D printing). 
 
 
As primeiras impressoras 3d surgiram nos anos 80. Sendo utilizadas para a criação de protótipos de maneira ágil, fugindo do conceito da construção de moldes e da necessidade de usinagem. 
Segundo DABAGUE, (2014, pág.10), “A primeira técnica de se produzir um protótipo a partir de um arquivo virtual foi descoberta por Chuck Hull em 1984”. 
A impressão 3D se dá através da impressão sucessiva de finas camadas do material UV, uma em cima da outra, fazendo o uso de resinas que tem como características de solidificar-se através dos raios ultravioletas. 
Sendo assim, a radiação UV é projetada nas camadas da resina fazendo com que a mesma se solidifique até formar o produto ou componente desejado. 
O uso desta tecnologia está cada vez mais em crescimento, fabricando produtos de alta qualidade e complexibilidade, com ou sem resistência mecânica. 
 
2.2- Funcionamento impressora 3D 
 
De acordo com Rocha (2017), a tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) de impressão 3D desenvolve peças através do aquecimento do bloco aquecedor e logo depois é feita a extrusão do polímero (filamento termoplástico) aquecido, que é despejado pelo bico, de baixo para cima camada por camada até a formação do objeto como mostrado na Figura 01. 
 
 Figura 01: Modelo de Extrusor FDM 
 
 Fonte: 3D Printing Systems (2014). 
 
Existem três etapas nas quais a tecnologia de impressão 3D FDM se baseia, que são o pré-processamento, a produção e o acabamento (ROCHA, 2017). 
A primeira etapa é o pré-processamento, onde são feitos as configurações e o fatiamento do modelo 3D, e é utilizado um software no qual se insere especificações da impressora 3D como o tamanho da área de impressão, espessura do bico, espessura do filamento e outras especificações que dependem do hardware. A partir dessas especificações é feito um cálculo que determina a quantidade do material utilizado, o método de fatiamento e o tempo de produção. 
A produção é a segunda etapa, que é a execução das configurações da etapa anterior, junto com o movimento dos eixos e a extrusão do polímero aquecido em camadas na formação da peça. 
O acabamento é a terceira e última etapa, que envolve finalização da peça, a retirada de suportes, o lixamento da peça caso necessário e pintura. Esses acabamentos podem depender do fatiamento e da qualidade de impressão. O funcionamento de uma impressora 3D pode ser observado na Figura 2, a qual mostra a direção que os eixos se movimentam e caminho que o filamento termoplástico percorre, como é descrito por Rocha et al. (2017, p. 26): 
 
Segundo Rocha et tal. ( 2017,p.26 ) 
 A tecnologia FDM funciona com um fio de plástico ou fio de metal que é desenrolado de uma bobina e fornece material para um bocal de extrusão podendo ligar e desligar o fluxo. O bico é aquecido para derreter o material e pode ser movido em direções horizontais e verticais por um mecanismo controlado numericamente, diretamente gerenciado por um pacote de software de fabricação assistida por computador (CAM). O objeto é produzido por extrusão de material derretido para formar camadas quando o material se endurece imediatamente após a extrusão do bico. 
 
Ainda de acordo com Rocha et al. (2017), a tecnologia de impressão 3D FDM utiliza muitos tipos de materiais de filamentos, que podem variar as suas propriedades, como materiais flexíveis e até materiais condutores. Porem os filamentos mais utilizados são dois do tipo plástico: PLA (ácido poliláctico) e o ABS (acrilonitrilo butadieno estireno). 
 
Figura 02: Estrutura de impressão FDM 
 
Fonte: Rocha (2017, p. 26) 
 
2.3- Principais componentes de uma impressora 3d ( FDM ) 
 
 Figura 03: Principais peças de uma impressora 3d ( FDM ) 
 
 Fonte: Moreira (2016). 
 
1-Rolo de filamentos 
2-Cabeca de impressão 
3-Bloco de aquecimento4-Mesa de impressão 
 
2.4- Conceito de impressora 3d 
 
A impressão 3D é uma tecnologia capaz de conceber objetos físicos, tendo por base as dimensões de altura, largura e profundidade de um modelo digital fornecido por um aplicativo de computador. De maneira mais técnica, a impressão tridimensional pode ser descrita como um sistema de impressão por manufatura aditiva, já que a matéria-prima usada no processo é adicionado gradualmente em várias camadas, até completar o formato do objeto final. Para Cosetti (2018), aliás, as impressoras 3D estão revolucionando a indústria justamente pela rápida capacidade de prototipagem, já que antes, para obter um protótipo, era necessário modelar peças manualmente e somente depois produzir uma matriz de produção. 
Por meio da impressão 3D, inúmeros objetos podem ser fabricados, sendo que a complexidade dos modelos varia de acordo com o sistema e os equipamentos utilizados. As possibilidades incluem desde objetos simples e menos detalhados, como pequenos moldes, até estruturas complexas, como peças para casas, carros, ou, ainda, partes do corpo humano (órteses, próteses, etc.). Nas palavras de Mello (2017, p. 18), a atuação desta tecnologia é tão vasta que já se encontra em “objetos fabricados com destino a educação, passando por peças para o setor automotivo e aeroespacial, até a atuação na área da saúde, revolucionando o atual mundo de diagnósticos e cirurgias, reproduzindo designs simples ou complexos e arrojados”. 
 
2.5- Tipos de tecnologia de impressão 3D 
· SLA (Estereolitografia) 
· DLP (Processo de luz digital) 
· SLS (Sinterização seletiva a laser) 
· DMLS (Sinterização a laser de metal direto) 
· SLM (derretimento seletivo a laser) 
· EBM (Derretimento de feixe de elétrons) 
· MJF (Multi Jet Fusion) 
· PolyJet (Injeção de resina em gota) 
· FDM (Modelagem de Deposição Fundida) 
 
O processo de impressão 3D correto para o seu aplicativo requer uma compreensão dos pontos fortes e fracos de cada processo e do mapeamento desses atributos para suas necessidades de desenvolvimento de produtos. Vamos primeiro discutir como a impressão 3D se encaixa no ciclo de desenvolvimento do produto e depois examinar os tipos comuns de tecnologias de impressão 3D e as vantagens de cada uma. 
2.6- Tipos de filamentos utilizados 
 
 Os materiais mais utilizados no processo de impressão FDM são Nylon,PLA, ABS, PETG (PET, PTT), quando se necessita de materiais com maior flexibilidade utiliza-se TPE, TPN e TPC e o PC. 
PLA - O ácido polilático (PLA), e muito utilizado em impressoras 3D pois sua temperatura de impressão e mais baixa que o acrilonitrilo butadieno estireno ( ABS), por isso não necessita de mesa aquecida para a impressão. 
Segundo Brito et al. “o poli (ácido lático) – PLA possui algumas características como: 
Biodegradável, semicristalino, termoplástico, amorfo e bi compatível. Sendo sintetizado a partir do ácido lático. 
O (PLA) e um pliéster alifático que e obtido através de fontes renováveis. 
Por não precisar de mesa aquecida esse material pode ser utilizado em impressoras mais simples. 
ABS – De acordo com Francisco (2016) o polímero ABS é um copolímero, sua obtenção ocorre através da reação entre três monômeros diferentes, sendo eles acrilonitrilo, butadieno e estireno, esse material e utilizado em impressoras com maior tecnologia por possuir mesa aquecida e também necessita mais habilidade por parte de quem vai operar a impressora. 
Muito popular e o segundo material mais utilizado para fazer filamentos utilizados em impressões. 
Esse material e utilizado em impressoras com maior tecnologia por possuir mesa aquecida e também necessita mais habilidade por parte de quem vai operar a impressora. 
PC - O policarbonato é um material termoplástico, recebe também o nome de PC, sua principal característica e sua forca comparado com os outros materiais mais comuns, utilizados na impressão 3D consegue suportar até 110°C, ampliando assim sua utilidade, possui alta durabilidade e resiste a impactos em suas características também destoa a sua transparência. 
Por causa da sua transparência o PC e muito semelhante ao vidro com uma tranparencia de aproximadamente de 90%. Possuída através da sua estrutura amorfa sua resistência ao impacto e a maior dentre os policarbonatos perdendo só para os elastômeros. (Diel, 2000). 
PET - O Polietileno Tereftalato (PET) e facilmente encontrado pois e muito utilizado na fabricação de garrafas, sendo assim um dos materiais com um bom custo benefício partindo do princípio que se pode utilizar garrafas já utilizadas transformando-as em filamentos para serem utilizadas na impressora, algumas destas características foram descritas por Lima (2001) possuindo como característica ser um poliéster, transparência, brilho, leve, também possui uma infinita capacidade de design e fácil moldagem, proporcionando uma alta resistência mecânica (impactos) e química além poder ser usado em barreiras para de gases e odores. 
NYLON - A poliamida mais usada e o Nylon por ser um polímero sintético e muito usado em várias ocasiões, tem como características: baixo custo, resistente, maleável e leve se comparado aos principais materiais. 
O que chama a atenção nesse material são suas características mecânicas estabilidade dimensional e resistência ao impacto e boa conformação dando um bom acabamento na impressão. (Bassani, Pessan, Júnior, 2002, pg. 102). 
TPE – E um Elastômero Termoplástico também (TPE) tem como base na sua produção um termoplástico rígido como PP, PBT ou PA também com a adição de um material suave de borracha, normalmente incorporando aditivos e.g. óleo e cargas, resumindo a mistura de polímeros para formar um material com uma certa ductibilidade e plasticidade alta (Resinex, 2017). 
O Poliuretano Termoplástico (TPU) possui uma variação o TPE, apresenta uma característica mais rígida e mais durável do que o TPE. 
3. METODOLOGIA 
 
3.1 Materiais utilizados: 
 
· Computador 
· Pen drive 
· Impressora 3D modelo Ultimaker 3 Extended 
· Spray De Fixação 
· 33g ( 4,05 m de filamento ) de PET G 
 
3.2 Processo de fabricação: 
 
1. Definir o projeto 
2. Fazer o modelamento 3D do projeto utilizando software Autodesk Fusion 360 no computador utilizando as medidas definidas no projeto 
 
 
Figura 04: Software Autodesk Fusion 360 Para Modelamento 3D 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
3. Salvar o arquivo do modelamento 3D como “ MESH “ 
 
Figura 05: Arquivo Do Modelamento 3D 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
4. Utilizar o software Ultimaker Cura para fatiamento da impressão, criando um arquivo com extensão “ .3MF “ 
5. Escolher o bico, sendo que o bico AA é o bico do material da peça, o bico BB é para material de suporte e o bico CC é para compósito, o bico definido para impressão foi o “ AA-0,8’’ 
 
Figura 06: Arquivo De Fatiamento Da Impressão 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
6. Escolher o bico, sendo que o bico AA é o bico do material da peça, o bico BB é para material de suporte e o bico CC é para compósito, o bico definido para impressão foi o “ AA-0,8 “ 
7. Selecionar o material da peça, utilizamos o PET G 
8. Estabelecer a espessura de linha, selecionamos a espessura de linha “ Fast 0,2 “ 
9. Escolher a espessura das paredes, que deve ser sempre múltipla do bico utilizado, como definimos o bico de 0,8, a espessura das paredes foi ajustada para 1,6 
10. Determinar a temperatura do bico, conforme tabela para o material PET G, designamos a temperatura de 230° 
11. Determinar a temperatura da mesa, designamos a temperatura de 80° 
12. Definir a velocidade de impressão, ajustamos para 60 mm/s 
13. Selecionar no software Ultimaker Cura “ Habilitar retração “, “ Habilitar refrigeração “ e “ Habilitar massa de purga “ 
14. Fatiar, onde fica definido o tempo de impressão, 1 hora e 24 minutos, e a quantidade de material, 33g ( 4,05 m de filamento ) de PET G 
15. Salvar no pen drive com extensão “ .Gcode “ 16. Colocar o pen drive na impressor. 
 
Figura 07: Inserção Do Pen Drive Na Impressora 
 
Fonte: Elaboradopelo autor (2022) 
 
17. Aplicar o spray de fixação sobre a mesa 
 
Figura 08: Aplicação Do Spray De Fixação Sobre A Mesa 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
18. Selecionar impressão e iniciar o processo de aquecimento da mesa e dos bicos 
 
Figura 09: Seleção Da Impressão E Aquecimento Da Mesa E Bico 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
19. Processo segue de forma automática até a conclusão da impressão pelo tempo informado no software Ultimaker Cura ( 1 hora e 24 minutos ), compreendido pelas seguintes etapas: 
 
Figura 10: Alinhamento Dos Bicos E Mesa 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
Figura 11: Injeção De Material Para Tirar Falhas Dos Bicos 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
Figura 12: Impressão Do Contorno Da Peça 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
Figura 13: Finalização Do Processo De Impressão 
 
Fonte: Elaborado pelo autor (2022) 
 
Após a atividade prática realizada, com a impressão de um rolamento, temos a evidência de que através da impressora 3d é possível fabricar desde peças simples, até peças complexas, e com a utilização do bico CC, que é utilizado para compósito, temos a oportunidade de produzir peças com resistência mecânica que podem ser utilizados na indústria. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
	Como vimos no desenvolvimento da peça através da impressão 3D na impressora, a capacidade
de conceber os objetos e peças físicas através do processo por manufatura aditiva e tão correto e mais simples do que qualquer outro processo como usinagem ou fundição, variando de acordo com o sistema e os equipamentos utilizados. 
	Em um mercado de trabalho, seja industrial, no ramo comercial, automobilístico, marítimo ou aéreo espacial, na fabricação de peças para linha de montagem ou peças para reposição, ficou evidente que a impressora 3D fará um grande diferencial no desenvolvimento de projetos de peças ou elementos de equipamentos, sejam simples ou complexas, que possam serem fabricadas, um grande exemplo disso são peças de carros antigos que tem uma grande procura quando esses são restaurados, tais peças podem ser confeccionada através desse processo. 
 
5. CONCLUSÃO 
 
A impressora 3D é uma ferramenta com grande capacidade exponencial, quanto aos projetos que ela pode atender, na área de engenharia em particular devido a grande quantidade de materiais que podem ser usados e muitos tipos de softwares existentes, na medicina e na área civil. Com a impressora 3D está sendo possível materializar quase qualquer objeto. 
 
Além da elaboração do objeto e das ferramentas necessárias para imprimi-lo, outro item indispensável para a impressão 3D são as matérias primas. Hoje é possível utilizar diversos materiais, como ferro, aço, ouro, diversos polímeros, vidro e chocolate. Em âmbito doméstico, são produzidos pequenos objetos, como capas para celulares, pequenos vasos de plantas, xícaras, entre outros. Já os produtos desenvolvidos por empresas e indústrias, que utilizam impressoras com maior capacidade e softwares mais avançados, podem ser desde peças para automóveis e roupas até próteses médicas de alta qualidade. 
 
Atualmente já é possível imprimir órgãos humanos com células vivas. Na medicina, próteses dentárias e aparelhos ortodônticos são feitos a partir de um molde da boca do paciente. Mandíbulas inteiras foram substituídas por próteses impressas em titânio. Objetos impressos são utilizados para prototipagem em praticamente todos os tipos de dispositivos. Nas áreas da arquitetura e engenharia civil, as impressoras estão sendo muito utilizadas para construir maquetes de casas e prédios. 
 
Pensando no futuro da impressão 3D, profissionais estudam meios para desenvolver uma impressora capaz de construir prédios de concreto, utilizando o mesmo princípio das impressoras atuais, mas em uma escala muito maior. Ao mesmo tempo, pesquisadores trabalham para desenvolver uma impressora 3D em nível molecular. A expectativa para o futuro dessas impressoras é que elas tragam mudanças revolucionárias equivalentes às mudanças ocorridas pelo surgimento da produção em massa. 
 
Acreditamos que a impressão 3D trará novas experiências para o consumidor final dos produtos, pois estes podem ser customizados quando esta tecnologia chegar ao ambiente doméstico. 
REFERÊNCIAS 
 
3D PRINTING SYSTEMS. How dows the UP 3D printer´s print head (Extruder) work?. 2014. Disponível em:< https://3dprintingsystems.freshdesk.com/support/solutions/articles/4000003132how-does-the-up-3d-printer-s-print-head-extruder-work->. Acesso em: 24 nov. 2022. 
 
BASSANI, Adriane; PESSAN, Luiz A. ; JÚNIOR, Elias Hage . Propriedades Mecânicas de 
Blendas de Nylon-6/ Acrilonitrila - EPDM-Estireno (AES) Compatibilizadas com Copolímero Acrílico Reativo (MMA-MA). Disponível em: 
<http://www.scielo.br/pdf/%0D/po/v12n2/11204.pdf>. Acesso em: 01 dez. 2017. 
 
BRITO*, G. F. et al. Biopolímeros, Polímeros Biodegradáveis e Polímeros Verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande – PB, p. 127-139, set. 2011. Disponível em: <http://file:///C:/Users/Marcos/Downloads/222-1014-1-PB.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017. 
 
COSETI, Melissa C. Como funciona uma impressão 3D. Tecno blog, 2018. Disponível em: < https://bit.ly/2ZmciZT > Acesso em: 20 maio 2020. 
 
CUNICO, Marlon Wesley Machado. Impressoras 3D: o novo meio produtivo. Concep3d Pesquisas Científicas, 2015. 
 
DABAGUE, Leonardo Augusto Moraes. O processo de inovação no segmento de impressoras 3D. 2014. 
 
DIEL, Jefferson Luís. Policarbonato: Características e principais informações na sua utilização como material de construção. 2000. 15 p. Dissertação (Graduação Engenharia Química)- ENGENHARIA QUÍMICA, UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL, Rio 
Grande do Sul, 2000. 
 
FRANCISCO, Beatriz Martins. Simulação no processo de injeção utilizando o software moldflow. 2016. 40 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Polímeros)- FACULDADE DE 
TECNOLOGIA DE SOROCABA, SOROCABA, 2016. Disponível em: 
<http://www.fatecsorocaba.edu.br/nucleos/naap/SIMULACAO-INJECAO-
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GORNI, A. Augusto. Introdução à prototipagem rápida e seus processos. Disponível em: http://www.gorni.eng.br/protrap.html. Acesso em maio 2018. 
 
LIMA, ÂNGELA MARIA FERREIRA. Estudo da Cadeia Produtiva do Polietileno Tereftalato (pet) na Região Metropolitana de Salvador como Subsídio para Análise do Ciclo de Vida. 2001. 94 p. Monografia (Especialização em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais na Indústria - UFBA)- UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA , Sal, 2001. 
 
MELLO, Silvia T. Influência do tipo e da técnica de aplicação de agente infiltrantes na resistência mecânica de componentes produzidos por manufatura aditiva (3DP). Dissertação de Mestrado. 
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