Apresentação Prototipagem Rápida

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Sumário
• Introdução
• História como surgiu
• Aplicações
• Como é realizado
• Vantagens e desvantagens
• Tipos de prototipagem rápida
• PR líquidos
• Estereolitografia
• Peachy Printer
• Impressão à Jato de Tinta (IJP) – PolyJet
- Objet
• Impressão a jato de tinta (IJP) –
InVision - 3D Systems
• Curiosidades
• Conclusão
Ao decorrer dos anos é notório a
intensificação da concorrência, aliada à
crescente complexidade dos produtos
fabricados e o avanço da tecnologia tem
exigido das empresas alterações
substanciais no processo de
desenvolvimento de produtos (PDP) visando
melhor gestão no desenvolvimento. Estas
alterações envolvem tanto aspectos de
gestão do processo de desenvolvimento,
como também o emprego de novas
tecnologias, analise, simulação e otimização
dos componentes fabricados.
Dentre todas as atividades envolvidas no
PDP, a utilização de protótipo físico é
essencial para melhorar a comunicação
entre os envolvidos no processo, reduzir a
possibilidade de falhas e melhorar a
qualidade do produto.
Prototipagem Rápida
Os principais processos de fabricação
mecânicos possuem princípios
normalmente derivados da fusão e
posteriormente moldagem do material (ex.
vários tipos de fundição de metais em
moldes permanentes ou não, moldagem
por injeção de plásticos, etc) da remoção
de material, até se chegar à forma
desejada (torneamento, fresamento,
furação, retífica, eletro erosão, usinagem
química, eletroquímica, etc.) da
conformação, que são aqueles que geram
a geometria final da peça a partir da
deformação plástica do material inicial (ex.
forjamento, conformação e estampagem
de chapas, extrusão, laminação,
metalurgia do pó, entre outros) e da
adição de material ( soldagem, brasagem,
colagem, entre outros – que podem
promover a junção de partes mais simples
para compor uma peça mais complexa
Computer
No final da década de 80, um novo
processo foi desenvolvido baseado também
na adição de material, mas com a diferença
de esta ser em camadas planas. Um grande
diferencial deste em relação aos demais
processos de adição é a facilidade de sua
automatização, dispensando moldes e
ferramentas, minimizando
consideravelmente a intervenção do
operador durante o processo. Isto foi
alcançado, pois o mesmo utiliza as
informações geométricas da peça a ser
fabricada diretamente do sistema CAD
(Computer Aided Design)
Aided
Design
Devido ao fato de a concepção deste processo de
fabricação ter sido aplicada inicialmente na produção
rápida de peças visando uma primeira materialização de
ideia (protótipos), sem muitas exigências em termos de
resistência e precisão, o mesmo foi denominado de
.
Apesar de vários autores terem sugeridos outros nomes,
talvez tecnicamente mais apropriados, tais como:
Manufatura por Camadas (layer manufacturing)
Fabricação de Forma Livre (Solid Freeform Fabrication)
Manufatura de Bancada (Desktop Manufacturing)
Manufatura Acrescendo Material (Material Incress
Manufacturing)
No entanto mesmo depois dos processos terem sido
aprimorados a ponto de alguns poderem ser utilizados
para a fabricação de peças para uso em produtos finais a
denominação prototipagem rápida ainda persiste.
Devido a importância e a potencialidade,
que derivam da grande economia em
tempo de fabricação e capacidade para
fabricar geometrias complexas, o
aparecimento da RP pode ser considerado
um marco em termos de tecnologias de
manufatura.
O conceito de construção
de objetos físicos através
de camadas não é uma
ideia nova, sim, remonta
a aplicação bastante
antigas, como a
construção de pirâmides
egípcias, com a
sobreposição de blocos.
partir de duas grandes
áreas técnicas: a
topografia e a
fotoescultura.
Ana área da topografia, a primeira grande aplicação do método de construção atraves de
camadas deve-se a Blanther, que, por volta de 1890, desenvolveu um método para a
construção de moldes para mapas de relevo topográfico.
Diversos refinamentos do método proposto por Blanther foram desenvolvidos nos anos
seguintes com outros materiais como papel cartão por Perera em 1940, e placas
transparentes por Zang (1964) e Gaskin (1973),
Blanther desenvolveu 
um método para a 
construção de moldes 
para mapas de relevo 
topográfico
1890 1940 1964 1973
Perera variação com 
papel cartão
Zang variação com 
placas transparentes
Gaskin
Em 1972 Matsubara, da Mitsubishi Motors, propôs um método de construção a partir de
uma resina fotopolimerizável.
DiMatteo em 1974 verificou que a mesma técnica poderia ter grandes utilidade na
fabricação de superfícies de geometria complexa, difíceis de serem obtidas pelos
métodos tradicionais de fabricação.
Em 1979, o professor Takeo Nakagawa da universidade de Tóquio utilizou-se das
técnicas de construção por adição de camadas para fabricar moldes por injeção,
utilizando técnicas de laminação para a produção de ferramentas de estampagem.
Matsubara, construção 
a partir de resina 
fotopolimerizável
1972 1974 1979
DiMatteo, aplica a 
técnica para 
construção de 
geometria complexa
Takeo Nakagawa, 
utiliza a técnica para 
fabricar moldes por 
injeção.
especificamente em 1935, Morioka desenvolveu no Japão um processo combinando
técnicas de fotoescultura e topografia. O processo de Morioka consistia basicamente no
uso de uma luz estruturada (luz negra), para criar linhas de contorno do objeto a ser
reproduzido
Em 1951, Munz [apud beaman] propôs um sistema precursor da técnica atual de
estereolitografia. A técnica de Munz consistia de um sistema com exposição seletiva de
seções transversais do objeto a ser desenvolvido, sobre uma emulsão foto transparente.
Ao termino da produção de uma camada, um pistão era acionado abaixando a
plataforma e adicionando-se a quantidade apropriada de emulsão e do agente fixador
para o início da produção da próxima camada e assim sucessivamente
Fotoescultura é uma técnica desenvolvida no 
século XIX, com intuito de criar réplicas exatas de 
objetos, incluindo-se formas humanas. Uma das 
realizações de sucesso desta tecnologia foi 
desenvolvida por Frenchman François Willème.
1860... 1935 1951
Morioka, desenvolveu 
técnica de fotoescutra
e topografia, com luz 
estruturadas.
Munz, propõem 
sistema de 
posteriormente seria a 
estereolitografia.
Em 1968, Swainson propôs um processo para a fabricação direta de modelos de plástico
pela polimerização seletiva de um polímero fotossensível com a intersecção de dois
feixes de laser. O processo de formação do objeto ocorre devido a reação fotoquímicas
ou pela degradação do polímero pela isercção dos feixes de laser.
Um processo utilizando pós de diversos materiais com a propriedade de serem fundidos
da exposição a feixes de laser ou plasma, foi proposto por Ciraud em 1972.
1868 1972 1982
Swainson propôs um 
processo para a fabricação 
direta de modelos de 
plástico pela polimerização 
seletiva de um polímero 
fotossensível.
Ciraud, utilizando pó de 
materiais para fundir com 
exposição a feixes de laser.
Herbert, propõe 
sistema de 
polimerização de 
resina através da cura 
de raios UV.
Na área de fotopolimerização, em
1982, Herbert, da empresa 3M propôs
um sistema, no qual um feixe de laser
ultravioleta (UV) polimerizava uma
camada através de um sistema de prisma
em uma plotter X-Y. No processo proposto
por Hebert, um computador era utilizado
para comandar os movimento do feixe de
laser no plano X-Y. Após o termino da
polimerização da camada, esta era
abaixada aproximadamente em 1mm e
nova quantidade de líquido
fotopolimerizável era adicionada para a
construção da próxima camada.
Todos os trabalhos de pesquisas, técnicas
e processos desenvolvidos tanto nos
conceitos da fotoescultura quanto na
topografia, ou mesmo no desenvolvimento
de produtos, acabaram por dar origem às
atuaistécnicas de prototipagem rápidas.
Todavia, estas técnicas passaram a ser
empregadas comercialmente somente
após o aparecimento do primeiro
equipamento de RP, o SLA-1
(StereoLithography apparatus), pela
empresa americana 3D Systems, em
1987.
É coerente dizer que as raízes da
prototipagem rápida são derivadas
em grande parte de duas áreas,
são elas: A Topografia e a
Fotoescultura.
Em 1951, surgiu a máquina que
pode ser considerada a precursora
da atual técnica de
Estereolitografia.
Em 1982, a empresa 3M foi
inovador em propor um sistema no
qual o feixe de laser UV
polimerizava uma camadas de
produtos fotopolimerizável através
de um sistema de prismas em uma
plotter X-Y.
Em 1987 a empresa americana 3d
Systems revolucionou o mercado
com o equipamento que permitia a
prototipagem rápida através da
Estereolitografia.
A prototipagem rápida mostra-se útil nos mais diversos campos de
aplicação, desde setores diretamente ligados à fabricação de peças
mecânicas para automóveis, aviação, setores aeroespacial e militar
e até mesmo maquinário pesado como também áreas não
diretamente correlatas como design (desde peças decorativas até
embalagens de produtos), medicina dentre outros
A aplicação da prototipagem rápida apresenta 
aproximadamente a divisão (em percentual) do 
gráfico apresentado ao lado.32%
18%11%
9%
9%
8%
5%
8%
Aplicação da prototipagem
Motor Vehicles
Consumer products
Business machines
Medical
Academic
Aerospace
Government/Military
Others
40
20
5
40
40
15
20
20
80
DE 1996 EM DIANTE
DE 1991-1996
DE 1988-1991
Manufatura e Ferramental Engenharia, Análise e Planejamento Projeto
Existem diversas técnicas de criação de modelos a partir da prototipagem rápida. Em
geral cria-se um modelo 3D no CAD ou importa-se para o CAD um modelo previamente
scanneado de uma peça já existente, a qual se deseja recriar com programa adequado e
a partir daí escolhe-se uma técnica de prototipagem rápida para se reproduzir
fisicamente a peça.
1. Criar ou importar um modelo em 3D no computador utilizando o CAD
2. Converter o modelo feito no CAD para o formato STL (mais usado) ou outro qualquer
3. Fatiar o modelo de extensão STL em camadas de fina espessura
4. Construção do modelo a partir do empilhamento dessas camadas
5. Acabamento do modelo (seja este a cura do protótipo, ou posteriores tratamentos da
superfície do material)
Ao se comparar a prototipagem rápida à técnicas de fabricação, encontra-se as seguintes
vantagens e desvantagens:
1. Não é necessário ferramental especial para fixação da peça em plataformas de
construção, uma vez que os suportes são criados pela própria tecnologia.
2. A prototipagem rápida não apresenta tantas dificuldades na construção de peças
de geometria de alto grau de complexidade, quando comparada com outros processos.
3. Não há a necessidade de troca do ferramental de trabalho (como no caso de
troca de pastilhas na usinagem ao final de sua vida útil)
4. Em geral não é necessário mais de um equipamento para construção da peça
(somente no caso de necessidade de cura ao final do processo se necessitará outro
equipamento.
5. Por se tratar de construções em planos, essa técnica não demanda cálculos de
trajetória complexa no espaço.
6. Redução do tempo de construção de peças de geometrias complexas quando
comparado aos outros métodos.
1. Não existem regras e normalizações claras à nível internacional, principalmente
quanto ao arquivo numérico. O tipo mais usado atualmente é o STL, porém muito se
discute para uma possível mudança ao formato AMF.
2. A preparação do pó é decisiva. O tempo de secagem é de extrema importância pois a
humidade pode por em risco a qualidade da peça. Logo, de nada adianta investir no
maquinário sem o devido treinamento dos trabalhadores.
3. São necessárias etapas de acabamento ao final de fabricação de cada peça, dentre
elas , processos para aliviar tensões residuais devido à fusão da matéria.
4. Limitações na quantidade de protótipos fabricados por motivos econômicos.
5. O medo correlacionado à perda de dados confidenciais, uma vez que não se tem um
sistema altamente eficiente correlacionado aos arquivos eletrônicos deste tipo.
Existem diversos sistemas de prototipagem
rápida disponíveis no mercado, que
basicamente, se baseiam-se no mesmo
princípio de adição de camadas planas.
Estas tecnologias são agrupadas pelo
estado ou forma inicial da matéria-prima
utilizada na fabricação. Esta classificação é
flexível pois algumas técnicas são capazes
de utilizar suas matérias primas em
diferentes estados (caso da IJP). Esses
processos, portanto, são baseados em três
tipos distintos de matéria prima: Líquido,
Sólido e Pó.
RP baseada no estado inicial da matéria prima
Baseado em Líquidos Baseados em sólidos Baseados em pó
Estereolitografia - SL 
(StereoLithography)
Modelagem por Fusão e 
Deposição -FDM (Fused 
Deposition Modeling)
Sintetização Seletiva a 
Laser - SLS (Selective Laser 
Sintering)
Impressão a Jato de Tinta -
IJP (Ink jet printing) -
Polyjet
Manufatura Lminar de 
Objetos - LOM (laminated 
Objetct Manufacturing)
Sintetização a Laser (Laser 
Sintering) - EOSINT
IJP - InVision
Tencologia com Lâminas de 
Papel - PLT (Paper 
Lamination Technology)
Impressão Tridimensional -
3DP ( 3 Dimensional 
Printing)
IJP - ThermoJet
Fabricação da Forma Final a 
Laser - LENS (Laser 
Engineered Net Shaping)
IJP - Benchtop 3DP - ProMetal
Baseados em Líquido: A matéria prima
utilizada na fabricação da peça
encontrasse no estado líquido antes do
processamento. Nesta categoria
encontra-se tecnologias envolvendo a
polimerização de resina líquida por laser
UV, jateamento de resina líquida ( similar
a um processo de impressão à jato de
tinta) seguida de cura pela exposição à
luz UV dentre outros.
Estereolitografia (SL) – 3D Systems
Patenteado em 1986, a estereolitografia é considerada a técnica que iniciou a revolução
da prototipagem rápida, possibilitando a disponibilização comercial desta técnica.
Matéria-prima: resina fotocurável
A cura é obtida por meio de exposição desta
resina em geral a um laser de comprimento de
onda na faixa ultravioleta. Após preenchimento
do recipiente com a resina fotocurável inicia-se
a construção da peça.
O laser reproduz a geometria em 2D obtida
pelo fatiamento da peça em CAD. Ao se expor
ao feixe de laser a resina se polimeriza,
solidificando-se portanto e gerando uma
camada. A plataforma abaixa e o processo
anterior é repetido para a camada de cima.
Esta rotina é continuada até o final da
fabricação da peça. Caso as peças tenham
partes desconectadas um suporte do mesmo
material da peça é criado para que não ocorra
flutuação ou afundamento da parte solta.
A peça em estado “verde” necessita
limpeza 16 com solvente, seguida de
remoção cuidadosa do suporte, sendo
posteriormente levada à um forno UV
para sua cura completa. Pode ser
necessário subsequente acabamento
superficial manual .
https://www.youtube.com/watch?v=E
eiWtxi-mSw
Quais as vantagens?
É difundida mundialmente
Boa Precisão
Qualidade superficial alta, se comparada com outros métodos
Quais as desvantagens?
Necessidade de suporte para construção de regiões não conectadas
Em geral necessita de pós cura em forno UV
A matéria prima (resinas poliméricas), em geral, são danosas ao operador da máquina
A ciência básica da stereolitografia está lá:
lasers e resina. Entretanto, no lugar da
mecânica complicada que move a cabeça
do laser e controla a altura da plataforma,
ele desenvolveu uma técnica
completamente nova.
O percurso que o laser precisa fazer para
completar o objeto é calculado pelo
computador, através de um software
especial. Este percurso é então
transformado em um sinal analógico, queé
enviado à impressora pela placa de som,
através da saída de fone de ouvido do
computador. Com este sinal, a Peachy move
dois espelhos, que refletem o laser na
posição desejada.
Para subir a resina, em vez da plataforma
mecânica, ele simplesmente injeta água no
reservatório da máquina. A resina, menos
densa, se eleva à medida que o tanque
enche.O computador faz então o cálculo e
as correções necessárias.
Como não possui partes mecânicas, a
construção da máquina custa muito menos
e ainda consegue ser mais compacta e com
fiável.
http://blog.fazedores.com/estereolitografia-
outra-forma-de-imprimir-em-3d/
Matéria prima: resinas e materiais tipo
gel, ambos fotocuráveis.
Como funciona?
Tem como principio básico a deposição
de pequenas gotas de resina em uma
bandeja seguida da cura por luz UV,
lançada logo após a deposição da
resina . O processo de construção é
feito em camadas, porém neste caso o
suporte pode ser removido facilmente e
o operador não fica exposto à resina
uma vez que ela vem em cartuchos
segundo o fabricante.
https://www.youtube.com/watch?v=D4
Yq3glEyec
1:09 até 5:05
• Possui boa precisão
• Boa qualidade superficial.
• Não necessitando pós-cura
(A resina é totalmente
curada durante a
deposição)
• Não utiliza laser,
economizando-se assim
energia.
• Apresenta também fácil
remoção do suporte
(manual ou por
jateamento de água).
Também necessita de 
suportes para partes não 
conectadas.
Obs.: A impressão à jato de tinta também 
pode ser considerada uma técnica baseada 
em sólido, bastando para isso que a 
matéria prima seja derretida antes de sua 
utilização 
Impressão a jato de tinta (IJP) – InVision - 3D
Systems
Principio muito similar ao relatado anteriormente
Matéria prima: resina epóxi com 30% de cera,
sendo o suporte confeccionado com um material de
características semelhante à cera.
Como funciona?
Para retirada do suporte é necessária uma etapa de
pós processamento em forno sendo este tempo
proporcional à quantidade de suporte a ser
removida.
Vantagens e Desvantagens:
Apresenta as mesmas vantagens e desvantagens da
IJP da Polyjet salvo que esta precisa de pós
processamento para retirada de suportes
Base de Cura Sólida (SGC, Solid
Ground Curing) – Z Corporation
Este processo é de grande similaridade
com o método SL, uma vez que ambos
utilizam luz UV para fazer a cura de
resinas fotocuráveis. A diferença entre
esse e o processo anterior, é que o
SGC cura uma camada inteira de uma
vez.
O processo tem início
quando a resina foto-
sensível é aspergida sobre a
plataforma de construção.
Em seguida a maquina gera
uma foto-mascara
correspondente a camada a
ser construída, sendo essa
impressa sobre uma placa
de vidro em processo similar
ao das máquinas de
fotocópias. Esta máscara é
então exposta à radiação
UV, a qual passa através de
porções transparentes da
mascara, endurecendo
portanto seletivamente a
camada de construção atual.
Ocorrida a cura da resina, seu excesso é succionado por vácuo e em seguida, cera é
borrifada em seu lugar, servindo de suporte para construção da próxima camada ou de
partes desconexas da peça.
A superfície é planificada por meio de fresamento e em seguida é dado início à
construção da nova camada. Após finalização da peça a cera é removida por meio de
imersão num banho de solvente.
Essas máquinas são de grande porte, construindo também protótipos de grande porte.
• Referências
• Volpato, N., et al, 2007, Prototipagem Rápida – Tecnologias e
Aplicações. 1 ed. São Paulo, Edgard Blucher.
• ‘‘An Introduction to Rapid Prototyping’’. Disponível em:
http://www.efunda.com/processes/rapid_prototyping/intro.cfm
.Acesso em : 06/09/2016
• LESKO, Jim. Design industrial: materiais e processos defabricação. São
Paulo: E. Blucher,2004.