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1 Nome dos acadêmicos: Cleber Barbosa Alexandre de Mello, Luciano R. Ehrlich, Cleiton de Miranda, Gilson Martins 2 Nome do Professor tutor externo: Ronei Backendorf Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI - Curso (Turma ENM 0017) – Prática do Módulo V 13/07/20. IMPRESSÃO 3D Acadêmicos¹ Cleber Barbosa Alexandre de Mello Luciano Roberto Ehrlich Cleiton de Miranda Gilson Martins Tutor Externo² Prof. Ronei Backendorf RESUMO Hoje em dia quando falamos de inovação não podemos deixar de falar sobre impressão 3D, ela foi criada no ano de 1980, e desde lá sua popularidade se expandiu para todo o mundo, inclusive no Brasil. Essa tecnologia veio para mudar vários segmentos, desde o setor da medicina até no setor aeroespacial. Podemos perceber que ao longo dos anos, a impressão 3D foi evoluindo num ritmo significativo, e hoje para algumas empresas, essa ferramenta se torna essencial. O mercado e amplo hoje para este tipo de equipamento, porém as impressoras industriais influenciam na estrutura básica e com isso reduz custos, encurta prazos, aprimora e modifica processos já existentes. A velocidade deste seguimento e expressiva e nos últimos 3 anos houve uma taxa de crescimento de 300%, a impressora 3d possui um padrão de difusão intimamente ligada a aprendizagem, dando origem a plataformas online de troca de informação e de compartilhamento de software. A combinação destes fatores gera um indício de formação de um novo sistema tecnológico, uma tendência importante para a indústria global para impressora 3D e apostar na eficiência, produtividade e competitividade. Palavras-chave: Impressão 3D. Tecnologia. 1. INTRODUÇÃO A Impressão 3D vem crescendo no mercado, essa inovação teve inicio em 1980 na cidade de Nogoya, no Japão, pelo Dr.Hideo Kodama, onde não obteve sucesso em sua patente. Desde então, vários pesquisadores se interessaram em seu projeto, mas nenhum obteve sucesso, pois não havia financiamento para a continuação das pesquisas, sendo obrigados a desistirem do projeto. Porém 2 anos mais tarde um Engenheiro Físico, chamado Charles Hull, construiu e registrou sua patente (SLA), e criou sua empresa, a 3D Systems. Com o passar do tempo, a impressão 3D já estava sendo usada em vários setores, hoje na atualidade ela é uma ferramenta essencial em vários ramos. Como por exemplo, as impressoras 3D podem ser utilizadas para criar peças que hoje em dia já estão fora de linha, podendo realizar a peça em seu formato final. Essa tecnologia veio para dar praticidade, e inovar. 2. DESENVOLVIMENTO 2.1 HISTORA E EVOLUÇÃO DA IMPRESSÃO 3D As primeiras impressoras 3D surgiram a partir década de 1980. Dr. Hideo Kodama, idealizador do projeto, não teve sucesso na obtenção de sua patente, por problemas de financiamento. Anos mais tarde, Charles Hull, em 1984, abriu a sua empresa 3D Systems, após obter o registro de sua patente. A primeira impressora 3D de sua empresa era a SLA-250, que tinha como processo a Estereolitografia (impressão de objetos físicos através de dados digitais). FIGURA 01- 3D System SLA-250 foi o primeiro modelo de impressora 3D a ser disponibilizada. FONTE: https://www.techtudo.com.br No mesmo período, surgiu um modelo de impressão, que tinha por objetivo a prototipagem (FDM- Fused Deposition Modeling), que é um método de fabricação onde são criadas camadas de material que são fundidas em pequenos filamentos dando forma a uma peça 3D, criado por Scott Scrump. No ano posterior ele abriu a sua empresa, a Stratasys, onde criou e lançou a 3D Modeler, que foi a primeira máquina baseada no modelo de impressão de Scrump. https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do-dispositivo-desde-sua-concepcao.html 3 FIGURA 02- D Modeler foi a primeira a chegar no mercado com a técnica FDM de impressão. FONTE: https://www.techtudo.com.br Mas foi no período de 1990, que realmente a impressão 3D começou a ganhar força, pois a tecnologia e as possibilidades que tal criação traria ao mercado começavam a animar as universidades e institutos. Nos anos seguintes (1993) a empresa Solidscape inovou e trouxe uma técnica chamada de ponto a ponto, a partir desta inovação os produtos fabricados por essa tecnologia ficaram ainda mais precisos. Com isso as demais empresas que visavam crescimento neste ramo aproveitaram essa criação para fabricar impressoras 3D para uso comercial. Um marco importante na evolução de impressão 3D, foi adentrar no setor da saúde, no ano de 1999, quando cientistas da Carolina do Norte, usaram desta tecnologia, para desenvolver uma estrutura sintética, para apoiar órgãos gerados a partir de células humanas. Foi nos anos 2000 que a impressão 3D se tornou ainda mais popular, pois ela se transformou não apenas em uma ferramenta empresarial, mas também se popularizou nas residências. Em 2001 a primeira impressora 3D para computador foi criada pela empresa Solidimension, sendo útil em vários lugares, por ter seu tamanho reduzido e de fácil portabilidade, era muito utilizada em escritórios, vendendo milhões até hoje. Mathilde Berchon e Bertier Luyt (2016), a popularidade das impressoras 3D está sendo mais evidenciada atualmente, por já estarem acessíveis as pessoas, mas essa tecnologia surgiu há muito tempo. https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do-dispositivo-desde-sua-concepcao.html 4 FIGURA 03- SD 300 da Solidimension apresentou uma grande redução de tamanho FONTE: https://www.techtudo.com.br Pulando para o ano 2004/2005, houve na Inglaterra a criação do projeto RepRap, por Adrian Bowyer, o objetivo deste projeto era tornar essa tecnologia de livre acesso para todos. O baixo custo e a facilidade em criar com tal impressora era impressionante, pois proporcionava o acesso total em código aberto e também a criação de outra impressora RepRap , ou seja auto replicável, com as inúmeras possibilidades a Comunidade Maker adotou essa tecnologia na criação e desenvolvimento de diversos produtos de seu interesse. O criador atingiu seu objetivo e proporcionou a criatividade livre para todos, com isso em 2017 recebeu o Prêmio de Contribuição Excepcional da Indústria da Impressão 3D. Em 2011, o primeiro carro foi criado através da impressão 3D, desenvolvido pela Kor Ecologic. O Projeto de fabricação deste carro durou aproximadamente 15 anos até a sua execução e a fabricação do carro, levou em torno de 2500 horas para ser concluída. https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do-dispositivo-desde-sua-concepcao.html 5 FIGURA 04- Primeiro carro impresso 3D FONTE: https://www.tecmundo.com.br Nos anos seguintes, com a evolução das impressoras 3D e sua utilização doméstica, alguns problemas de Segurança, quando começaram as impressões 3D de armas de fogo, mas por medida de segurança, um Juiz Federal de Seattle, proibiu a divulgação de instruções para impressão de armas de fogo nos Estados Unidos. FIGURA 05- Arma de fogo feito em impressora 3D FONTE: https://wwwdefesanet.com.br. Nos dias atuais, a impressão 3D já consolidada em diferentes setores, como na fabricação de próteses médicas, dentárias, peças automotivas, aeroespaciais, o mercado também atende peças que saíram de linha e tornaram para a indústria o custo benefício de reposição de peças mais rentáveis. Atualmente com uma rentabilidade anual de 25%, ou, U$7,3 bilhões, isso em 2017, a indústria estima que já em 2021 a expansão será ainda maior com uma movimentação igual ou superior a U$20 bilhões em negócios. Esse aumento também pode ser explicado devido à presença da https://wwwdefesanet.com.br/ 6 impressão 3D estar também na área de usinagem e fabricação substituindo o método de retirada de matérias para a produção de peças camada por camadaevitando o desperdício de material e também o retrabalho de peças. 2.2 IMPRESSORAS 3D NO MERCADO BRASILEIRO Muitos se perguntam sobre o mercado de impressão 3D, e como essa tecnologia pode mudar as empresas de diferentes seguimentos, a um interesse e curiosidade crescente no potencial da impressão 3D impulsionando ainda mais a inovação de vários seguimentos, as tecnologias de fabricação aditiva continuam a crescer e se adaptar, enquanto a demanda de engenheiros e consumidores aumenta que cada vez mais vem ganhando forças com tendências da impressão 3D na produção industrial com produtos acabados. "segundo o site (A voz da indústria): Até 2023, o mercado de impressão 3D vai movimentar US$ 32,78 bilhões por ano, com um crescimento médio anual de 25,76%, segundo levantamento da consultoria americana Markets and Markets”. O desenvolvimento de novos materiais continua a ser uma grande tendência, pois permitem aplicações que não podiam ser alcançados antes, a flexibilidade da tecnologia é o principal ponto forte, uma vez que a mesma máquina pode ser usada em setores diferentes como de indústria pesada, construção civil, saúde e educação, moda, alimentação, produtos domésticos. A impressora 3D pode criar as mais diversas peças, desde objetos personalizados ou exclusivos de decoração, até os acessórios para celular, esmagador para alho, entre outros. Em uma entrevista para o programa Bem da Terra da Band Guilherme Thiago de Souza relata: [...] que o mercado de impressão 3D começou em 1983 com protótipos e experimentos. Com o desenvolvimento tecnológico, tornou-se viável um redirecionamento quanto ao uso da impressão 3D. Hoje, o Brasil se destaca na tecnologia e gera grandes expectativas para o futuro. Com isso, as máquinas estão mais acessíveis ao público consumidor. O CEO diz que, além da popularização, é necessário desenvolver uma cultura de impressão 3D em nosso país. Ou seja, é necessário que o mercado aceite produto. (https://blog.hdstore.com.br/impressão-3d-brasil/). Tem se conquistando grandes avanços no setor da saúde com suas aplicações, como por exemplo, a fabricação de próteses, mas não para por ai, há grandes estudos que estão em desenvolvimento para a medicina, como criação de órgãos para transplante, reprodução de cartilagens e ossos, estudo do câncer, pele artificial entre outras. https://blog.hdstore.com.br/impressao-3d-brasil/ 7 Na construção civil além do grande auxílio na construção de maquetes arquitetônicas ou estruturais, tem ganhado grandes esforços no desenvolvimento de impressoras 3D de concreto, as impressoras 3D avançaram tanto nesses últimos anos, que hoje já são capazes até de construir casas e até prédios inteiros, embora nada ou quase nada tenha chegado ao mercado. Escolas e universidades vêm investindo em tecnologias, com inserção das novas tecnologias, vem incentivando estudantes e professores, fortalecendo o entrosamento com a ciência, tecnologia, engenharia e matemática, o processo de aprendizagem começou a mudar, com esses métodos de conhecimento na prática passa a ser mais valorizada, permitindo aprender fazendo na prática, e não se fundamentando apenas na teoria, com isso surgindo espaços escolares com oficinas e atividades participativas a fim de atiçar a curiosidade, desenvolver habilidades e inspirar iniciativas de aprendizado, gerando estudantes mais capacitados e qualificados para atuar na futura profissão, sendo as profissões mais beneficiadas que necessitam de maior detalhamento, como design, artes, engenharia, arquitetura, medicina, odontologia, dentre outras, que com o auxílio da impressão 3D tem grandes ganhos no potencial de aprendizagem. Uma tendência importante para a indústria global para impressoras 3D é apostar na eficiência, produtividade e competitividade, das possibilidades dessa tecnologia. No Brasil ainda gatinhamos na utilização da impressora 3D, nas indústrias abrangendo apenas algumas áreas como prototipagem, peças de reposição, este cenário está mudando e se consolidando, devido aos benefícios e conceitos da indústria 4.0.. Essas máquinas que estão transformando todos os setores industriais, trazendo junto consigo uma carência de mão de obra capacitada. Mas seu conceito cresce cada vez mais no mercado da indústria como mostram os números. Veja: 8 FIGURA 06- Projeções Fonte: https://3dlab.com.br/o-mercado-de-impressao-3d 3. METODOLOGIA 3.1 IMPRESSORA 3D ULTIMAKER S5 Foi confeccionado através da impressora 3D Ultimaker S5, uma peça de reposição para substituição de uma biela na qual sofreu desgaste no encaixe, a impressora 3D Ultimaker S5 possui impressão de extrusão dupla chegando a temperatura do bico de extrusão de 180 - 280 ° C, permitindo a impressão do suporte de sustentação da peça e a peça com matérias diferentes durante o processo de impressão, podendo ser utilizado materiais como o PVA solúvel em água ou o breakaway, a impressora possui nivelamento automática da base de impressão, que é aquecida em até 140º para melhor fixação do material. A Ultimaker S5 possui conectividade com várias impressoras juntas por Wi-Fi, servidor de Ethernet ou os arquivos de impressão podem ser inseridos através de um pendrive, além de poder monitorar o progresso através da câmera embutida para monitoramento remoto da impressão. Possui um monitor sensível ao toque de 4,7 polegadas tornando a operação da impressora mais simplificada, exibindo vários guias visuais com explicações perante as alterações nas configurações da impressora como manutenção, além de uma prévia visualização da peça que será impressa. https://3dlab.com.br/o-mercado-de-impressao-3d 9 FIGURA 07- Impressora 3D Ultimaker S5 FONTE: https://www.wishbox.net.br/impressora-3d/ultimaker-s5 A impressora utiliza polímeros à base de plástico e possui núcleos de impressão com a resolução de camadas de 0,8 mm: 600 - 20 mícrons, 0,4 mm 200 - 20 mícrons ou 0,25 mm 150 - 60 mícrons. FIGURA 08-Nucleos duplos de impressão FONTE: Autor Para desenvolvimento da peça, o desenho foi elabora através do programa SolidWorks, desenvolvendo o desenho da peça em 3D, permitindo uma melhor visualização das dimensões da peça, após a conclusão do desenho da peça o arquivo deverá ser salvo no formato UFP, o arquivo https://www.wishbox.net.br/impressora-3d/ultimaker-s5 10 em formato UFP permite a visualização da impressão por camadas, que será realizado o processo de impressão da peça. FIGURA 09- Desenho da biela no software solidworks e salva no formato UFP FONTE: Autor Através do software da impressora é possível realizar a simulação da impressão podendo visualizar possíveis erros no desenho na peça que será impressa, como realizar ajustes de impressões. FIGURA 08- Simulador de Impressão da Peça FONTE: Autor Para a impressão da biela foram utilizados: 0,3 g (0.38m ) de nylon breakaway para montagem da base de sustentação da peça e 0,3 g (0.43m ) de PLA para impressão da peça, o tempo de impressão da peça foi de 50 minutos. 11 FIGURA 10- Material para Impressão da base e da biela. FONTE: Autor A da base de impressão possui dimensões de 330 x 240 x 300 mm oferecendo mais agilidade para imprimir várias peças de uma só vez. FIGURA 11- Impressão da base e da biela Fonte: Autor Foi utilizado para a impressão da base da peça PVA solúvel em água, que em conjunto com a tecnologia de extrusão dupla utilizando dois materiais proporciona uma melhor qualidade na impressão da peça. 12 FIGURA 12-Peça original e impressa na impressora 3D Ultimaker S5 FONTE: Autor 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Com evolução da impressão 3D é possível a fabricação de componentes que não estão mais disponíveis no mercado, com as mesmas dimensões do item original, podendo ser fabricada com materiais mais resistentes. Durante o processo de fabricação da peça, foramutilizados 0,81m de PLA para impressão, levando 50 minutos para a conclusão da impressão da peça, a mesma peça se fosse injetada através de molde, levaria poucos minutos sendo injetadas 10 peças ao mesmo processo de injeção. TABELA 01 – Tabela de valores para a fabricação da peça. FONTE: Autor As impressoras 3D atualmente são utilizadas para fabricação de peças para reposição de difícil acesso no mercado e desenvolvimento de protótipos, podendo realizar a peça em seu formato final não sendo necessário o desenvolvimento de moldes para injeção da peça que geram custos elevados, além de poder ser confeccionado peças com diversos formatos permitem alteração da peça no desenho conforme necessidade, para produção das peças em massa as peças injetadas Peça Impressa Peça Injetada Custo material (Metro) R$ 4,35 Custo material (KG) R$ 8,50 Material utilizado 0,81 m Material utilizado 0,170 Kg Total R$ 3,52 Total R$ 1,45 13 tornam se mais viáveis em relação às peças impressas por serem mais baratas e produzidas em um menor tempo, as injetoras tem a capacidade de injetar varias peça em um único molde gerando a economia de tempo de preparação e quantidade final de peças ao longo do tempo. 5. CONCLUSÃO Após concluirmos nossa pesquisa, no qual o tema abordado foi Impressão 3D, podemos perceber que, o que essa ferramenta cria/produz, é de grande suporte para muitas pessoas. Ela passou por vários processos e obstáculos, e para chegar ao que é hoje, demandou muita pesquisa e estudo por meio dos criadores, que sempre tentam inovar e se diferenciar para o mercado. Ao observar suas vantagens e evolução, nos cativa, pois ela traz inúmeras possiblidades para vários setores, como o da indústria, medicina, construção civil, dentre muitos outros. No Brasil, ainda estamos no processo de adaptação dessa tecnologia, claro, que muitas empresas já fazem o uso dessa invenção, mas ao longo dos anos o uso dessa ferramenta será de mais procura, devidos as vantagens que ela esta proporcionando. REFERÊNCIAS https://avozdaindustria.com.br/ind-stria-40-totvs/uso-de-impress-o-3d-na-ind-stria https://3dlab.com.br/o-mercado-de-impressao-3d https://expressoengenharia.wordpress.com/2017/12/21/impressora-3d-o-projeto-reprap/ http://printwayy.com/blog/uma-historia-de-sucesso-descubra-como-surgiu-a-impressora-3d/ https://reprap.org/wiki/RepRap https://sigmaprototipos.com.br/historia-da-impressao-3d/ https://www.defesanet.com.br/armas/noticia/30060/Juiz-bloqueia-divulgacao-de-instrucoes-para- impressao-3d-de-armas-nos-EUA/ https://www.educamundo.com.br/blog/programas-cad https://www.tecmundo.com.br/impressora/6260-conheca-o-urbee-primeiro-carro-a-ser- fabrucado-com-uma-impressora-3d.htm https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do- dispositivo-desde-sua-concepcao.html https://www.wishbox.net.br/impressora-3d/ultimaker-s5 https://avozdaindustria.com.br/ind-stria-40-totvs/uso-de-impress-o-3d-na-ind-stria https://expressoengenharia.wordpress.com/2017/12/21/impressora-3d-o-projeto-reprap/ http://printwayy.com/blog/uma-historia-de-sucesso-descubra-como-surgiu-a-impressora-3d/ https://reprap.org/wiki/RepRap https://sigmaprototipos.com.br/historia-da-impressao-3d/ https://www.defesanet.com.br/armas/noticia/30060/Juiz-bloqueia-divulgacao-de-instrucoes-para-impressao-3d-de-armas-nos-EUA/ https://www.defesanet.com.br/armas/noticia/30060/Juiz-bloqueia-divulgacao-de-instrucoes-para-impressao-3d-de-armas-nos-EUA/ https://www.educamundo.com.br/blog/programas-cad https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do-dispositivo-desde-sua-concepcao.html https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2014/11/impressora-3d-confira-evolucao-do-dispositivo-desde-sua-concepcao.html
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