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Impressão 3Do que é?

"This article is reproduced in translation from ExplainingTheFuture.com with the permission of the author, Christopher Barnatt"
Artigo criado em:18/02/2013 - traduzido a partir do artigo orginal com permissão do autor :Christopher Barnatt

Imagine um futuro no qual um dispositivo conectado a um computador pode imprimir um objeto sólido. Um futuro em que podemos ter bens tangíveis, bem como serviços intangíveis entregues em nossas mesas ou lojas virtuais através da Internet e um futuro em que a "atomização" de objetos virtuais em objetos reais transformou a pré-produção em massa e estoques de uma vasta gama de produtos e peças de reposição em não mais do que um legado histórico.

Tal futuro pode soar como saído de um episódio de Star Trek (Jornada Nas Estrelas) . No entanto, ainda que os dispositivos de tele-transporte, que instantaneamente nos transportam para locais remotos possam parecer uma fantasia, as impressoras 3D capazes de produzir objetos físicos têm estado em desenvolvimento por mais de duas décadas e estão começando a apresentar uma série de novas capacidades de produção digital. A Impressão 3D pode, portanto, em breve fazer para objetos físicos o que já é feito para a fabricação, criação, processamento e armazenamento de informações em Computadores de mesa e laptops. Essa possibilidade também está começando a receber atenção na mídia. A revista The Economist , por exemplo, recentemente publicou este ótimo artigo sobre O Mundo da Impressão .

A seguir fornece uma visão geral das tecnologias de impressão 3D e sua aplicação presente e o futuro provável. Para uma lista completa de fabricantes de impressoras 3D, bem como iniciativas e organizações pioneiras de sua aplicação, consulte o meu Diretório de impressão 3D . Ou para um panorama geral de seis minutos, basta ver o meu vídeo abaixo.

Tecnologias atuais

Impressão 3D é uma tecnologia em que os objetos são construídos em camadas em um processo que muitas vezes leva várias horas. A primeira impressora comercial 3D foi baseada em uma técnica chamada de estereolitografia . Este processo foi inventado por Charles Hull em 1984. As impressoras 3D estereolitográficas (conhecidas como SLAs ou Sstereo Lithography A pparatus) posicionam uma plataforma de perfuração imediatamente abaixo da superfície de uma cuba de polímero líquido fotocurável. Um feixe de laser UV, em seguida, localiza a primeira fatia de um objeto à superfície do líquido, fazendo com que uma camada muito fina de fotopolímero endureça. A plataforma de perfuração é então baixada muito ligeiramente e outra fatia é traçada e endurecido pelo laser. Outra fatia é então criada, e depois o outra, até que um objeto completo seja impresso e possa ser removido da cuba de fotopolímero, drenado do excesso de líquido, e curado. Impressoras estereolitográficas permanecem como um dos tipos mais precisos de aparelho para a fabricação de objeto em 3D, com um mínimo de espessura de camada de apenas 0,06 milímetros (0,0025 de polegada).

Outra tecnologia comum de impressão comercial 3D é Fused Deposition Modeling (FDM). Aqui, um material semi-líquido - e mais geralmente um material termoplástico quente - é extrudida a partir de uma cabeça de impressão com temperatura controlada para produzir objetos bastante robustos para um alto grau de precisão. Um dos principais benefícios desta técnica é que os objetos podem ser feitos com os mesmos materiais usados ​​em termoplásticos tradicionais de moldagem por injeção. A maioria das impressoras 3D FDM podem imprimir tanto o plastico ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno), assim como um chamado bioplástico biodegradável PLA (ácido poliláctico), que é produzido a partir de óleos alternativos orgânicos. Dentro de uma década, os desenvolvimentos em biologia sintética são susceptíveis de fazer a produção direta de PLA a partir de uma gama de materiais de biomassa bastante comuns, permitindo assim que os suprimentos de impressão em 3D possam ser cultivados até no quintal de casa.

Além de ser usado para produzir objetos de plástico, as impressoras FDM também têm a capacidade de imprimir outros materiais semi-líquidos. As aplicações já são bastante diversificadas, e vão desde as impressoras de alimentos que podem imprimir cobertura de bolo , queijo ou chocolate e até impressoras de concreto que podem, no futuro, permitir que prédios inteiros (ou grandes partes dos mesmos) sejam impressos em 3D.

Como uma alternativa à tecnologia FDM, uma companhia chamada Objet desenvolveu um processo chamado PolyJet Matrix . Este sistema emite jatos com dois polímeros líquidos fotocuráveis através de uma cabeça de impressão de 96 bicos. Cada camada do objeto é curada por uma luz UV imediatamente após a impressão. Uma das principais vantagens deste processo é a de que se permite que a impressão possa usar vários materiais, simplesmente variando a combinação dos polímeros fotocuráveis lançados pela cabeça de impressão. Você pode saber mais sobre essa tecnologia muito impressionante neste vídeo .


Nota: estaremos vendendo esta impressora Objet e muitas outras aqui na 3D Graf ou em nosso site associado 3D Pix.

Uma quarta tecnologia de impressão 3D muito bem estabelecida é a Selective Laser Sintering (SLS) ou sinterização seletiva a laser. Esta tecnologia constrói objetos, estabelecendo uma fina camada de pó e em seguida, usando um laser para fundir seletivamente alguns de seus grânulos juntos. Presentemente, as impressoras SLS 3D podem produzir objetos com uma vasta gama de materiais em pó. Estes incluem ceras, poliestireno, nylon, vidro, cerâmica, aço inoxidável, titânio, alumínio, ligas de cobalto-cromo e outros. Durante a impressão, os grânulos não-ligados (fundidos) servem para apoiar o objeto durante a construção (impressão). Uma vez que a impressão está completa, quase todo o excesso de energia é capaz de ser reciclado.

Quando a tecnologia SLS é usada para produzir objetos de metal, este processo também é chamado de direct metal laser sintering(DMLS) ou sinterização seletiva de metal a laser (LMG). Objetos metálicos criados por uma impressora 3D DMLS são cerca de 99,99 por cento densos e, portanto, podem ser usado no lugar das peças de metal tradicionais na maioria das aplicações. (Há algumas boas páginas sobre DMLS aqui ).

Enquanto o sistema DMLS 3D imprime diretamente objetos de metal, também é comum a utilização de sinterização a laser para produzir objetos de cera que são produzidos em um processo de fundição de molde de cera desperdiçada. Aqui, uma vez que o objeto de cera foi impresso em 3D, um molde de gesso é derramado em torno dele. Quando aquecida, a cera derrete e em seguida é removida deixando o molde de gesso pronto para receber um metal líquido e ma vez que este esfrie o gesso é removido, deixando um objeto de metal, que - pode ser até o chassi de uma nova impressora 3D .

A técnica de impressão intimamente relacionada a SLS é conhecida como selective laser melting (SLM) ou fusão seletiva a laser. Este sistema utiliza um laser para fundir completamente os grânulos de pó que formam um objeto final, em vez de apenas os aquecer o suficiente para fundi-los juntos. Uma outra variante, uma técnica chamada selective heat sintering (SHS) ou sinterização selectiva calor utiliza uma cabeça de impressão térmica - em vez de um laser - para aplicar o calor nas camadas sucessivas de um pó termoplástico, e esse processo é explicado em profundidade aqui .

Outra tecnologia de impressão 3D muito comum é multi-jet modelling (MJM) ou multi-jato de modelagem- embora este processo tenha um grande número de nomes. Esta tecnologia constrói objetos com sucessivas camadas de pó, com uma cabeça de impressão a jato de tinta usado para pulverizar em uma solução ligante que, seletivamente, cola apenas os grânulos que fazem parte da impressão. Algumas impressoras MJM - como a ZPrinter 650 da companhia ZCorp - podem pulverizar a solução ligante em quatro cores diferentes, o que permite-lhes criar objetos 3D a cores com até 600x540dpi de resolução. Você pode assistir um grande vídeo promocional esta impressora 650 ZCorp aqui .

Impressoras 3D comerciais e serviços on-line

Uma vasta gama de impressoras 3D comerciais para aplicação industrial estão agora disponíveis de empresas como a 3D Systems (que trabalha com a maioria das tecnologias e está rapidamente adquirindo muitos fabricantes menores), Stratasys (que inicialmente desenvolveu a tecnologia FDM), Fortus e Dimension Printing (que utilizam o sistema FDM da Stratasys), Solid Scape (que usa seu próprio processo FDM, mas que agora é propriedade da Stratasys), Objet (que desenvolveu o sistema Matrix PolyJet) e ZCorp (especializada em MJM como mencionado acima, e agora é também de propriedade da 3D Systems ) . Outra empresa importante é aenvisionTEC cuja impressora Perfactory trabalha projetando conjuntos de dados em um voxel fotopolímero. (Um vídeo que mostra como esse processo de "voxelization" difere das tecnologias mais "tradicionais" pode ser encontrado aqui ).

Todos os produtores acima de impressoras 3D construíram suas empresas a partir do zero no mercado de impressão 3D , devido a rápida expansão do mercado 3D. No entanto, os fabricantes de impressoras tradicionais em 2D estão agora também começa a molhar os pés nas águas 3D. Por exemplo, a Hewlet Packard (HP), agora vende sua HP Designjet série de impressoras 3D baseada em tecnologia FDM após ter feito um acordo com a Stratasys .

Preços para a maioria das impressoras 3D comerciais / industriais tendem a começar na faixa de dez a 20 mil dólares e sobem vertiginosamente. Embora alguns modelos de mesa (desktop) estão no mercado, as impressoras 3D industriais são muito maiores e pesadas. Mo entanto, já é possível para os designers solitários, profissionais e particulares obterem impressões de alta qualidade em 3D de qualidade de impressão comercial em 3D usando um bureau online. Por exemplo, no Brasil temos a 3D Graf, a 3D Pix e Imprima 3D. Nos EUA temos, Sculpteo , Shapeways , ProParts 3D e iMaterialize que permitem que qualquer um tenha seus projetos 3D impressos e comercializados online. As duas primeiras empresas ainda oferecem uma facilidade para fazer upload de duas fotos de si mesmo a partir do qual uma estatueta em cores serão criados! Serviços de impressão em 3D online pode também ser obtidos a partir destes fornecedores . O vídeo a seguir mostra como eu usei o serviço iMaterialize para fazer uma impressão 3D de um objeto de metal:

Impressão 3D pessoal

Para entusiastas caseiros e inventores solitários que querem começar a imprimir em 3D, uma gama crescente de iniciativas pessoais de impressão 3D, kits e impressoras também já estão disponíveis. Para aqueles que gostam de meter a mão na massa e construir sua própria impressora 3D, há duas iniciativas de código aberto de impressão 3D. Um chamado RepRap - que representa o Rapid-prototyper - e a Fab @ Home . Estas iniciativas são ambas baseadas em torno de comunidades on-line que usam a web para compartilhar todos os projetos e outras informações necessárias para construir uma impressora.

Para aqueles que não gosta ou é não quer construir do zero, várias empresas já vendem kits de impressora 3D, muitas vezes com base nos projetos RepRap acima. Por exemplo, BitsfromBytes.com vende seu kit de impressora 3D Rapman 3.1 a partir de £ 795 (R$2.450,00) e sua impressora pré-montada BFB-3000 a partir de menos de £ 2.000 (R$6.100,00). A RepRap Central também é um grande fornecedor de kits de impressora 3D que custam a partir de £ 599 (R$1.850,00). Outros modelos de RepRap diversos, incluem a famosa O-O-Matic MakerBot e Replicator .

Para aqueles que não querem construir sua própria impressora 3D, existem as impressoras 3D prontas para usar. Estas incluem a BotMill Glider 3.0 (que está também disponível como um kit), e a excelente UP! Mini Impressora portátil pessoal 3D . Esta última é uma impressora 3D FDM verdadeiramente "plug-and-play" que pode ser instalada e estar funcionando em menos de 30 minutos, e não necessita de qualquer calibração feito pelo seu usuário. Há um vídeo fantástico sobre a Impressora 3D Up! aqui . Mais recentemente, a Impressora 3D pessoal Cube X foi lançada pela empresa Cubify . Essa é vendida por US $ 1.299 e pode imprimir cerca de 10 modelos com cada rolo (R$225,00) de filamento plástico ABS (10 cores estão disponíveis!).

Atuais aplicações de impressão 3D

A maioria das impressoras 3D atuais não são utilizadas para criar produtos de consumo final. Em vez disso, elas são geralmente empregadas para prototipagem rápida de produto, ou para a produção de moldes ou "masters" de moldes que, por sua vez permitem a produção de artigos finais. Tal impressão de objetos em 3D já permite que os engenheiros testem o ajuste de peças diferentes, muito antes de se comprometer com uma produção cara em larga escala. Os arquitetos podem mostrar maquetes detalhadas e modelos de baixo custo de escala para seus clientes, e os profissionais médicos e arqueólogos podem lidar com cópias impresssas de ossos a partir de dados criados em programas 3D (Autocad, Autodesk, 3DMax e etc..) . Há também uma grande variedade de usos educacionais.

A gama de produtos que tem empregado impressoras 3D no seu processo de design ou para produzir moldes finais ou molde mestre está em constante crescimento. Até hoje esses produtos incluem automóveis, jóias, brinquedos de plástico, máquinas de café, e todos os tipos de garrafas de plástico, embalagens e recipientes. Você pode até mesmo agora comprar um boneco impresso em 3D do Keanu Reeves caso seja fã dele . Alguns laboratórios dentários, vem utilizando impressoras 3D há alguns anos para ajudar a criar aparelhos, aenvisionTEC vende sua Impressora Digital Perfactory dental para uso na criação de coroas, pontes e outros produtos usados por técnicos dentários. Usando esta tecnologia, até dentaduras podem ser criadas, o que significa que as impressoras 3D pode imprimir literalmente novos dentes! envisionTEC. As impressoras 3D estão agora também sendo utilizadas por muitos fabricantes de produtos importantes para audição e para produzir moldes auriculares e conchas para o consumidor final usar.


Fortus impressão 3D

Fabricação Digital Direta

Embora a maioria das impressoras 3D são atualmente utilizadas para criação de protótipos e em pré-produção de moldes, o uso da impressão 3D para a fabricação de peças de uso final também já está ocorrendo. Isso está se tornando conhecido como Direct Digital Manufacturing (DDM) ou fabricação digital direta. A Fortus explica que para baixo volume de fabricação, o sistema DDM é mais eficaz e mais simples do que ter que pagar e esperar por usinagem ou ferramentaria. Por exemplo seu cliente Klock Werks Kustom Cycles construiu peças de motocicleta usando uma impressora 3D Fortus.

Outra empresa com impressão 3D que criam produtos finais é aFreddom of Creation (e que foi recentemente adquirida pela 3D Systems). Sua gama de produtos incríveis inclui iluminação, móveis, bandejas, bolsas e jóias. Na mesma linha, duas empresas - Faça Óculos e Óculos Protos - estão agora usando óculos escuros de grife fabricados com impressoras 3D.

Muitos acreditam que as impressoras 3D têm um grande futuro na criação de artigos de moda, incluindo jóias e sapatos. Por exemplo, Forebes informou recentemente a produção de um tênis de impressora 3D que cheira como chiclete , fazendo com que a injeção de moldes deve dar lugar a impressão 3D para permitir produtos com maiores níveis de personalização. Você pode ver ainda sapatos impressos em 3D aqui .

Além disso, outros tipos de produtos estão sendo feitos através de uma impressora 3D. Por exemplo, os engenheiros da Universidade de Southampton recentemente Avião impresso em 3D (exceto o motor elétrico). A Rolls Royce também está com um projeto em execução chamado MERLIN com o objetivo de usar a impressão 3D na fabricação de motores de aeronaves civis. Um protótipo pilotável de um novo carro elétrico chamado Urbee também tem está aqui . Outras fábricas de automóvel já estão utilizando a DDM, por exemplo, a Audi agora produz peças com impressão 3D para seus carros usando impressoras 3D Objet PolyJet.

Alguns artistas estão usando também a DDM para criar suas obras-primas. Por exemplo, o escultor Bathsheba Grossman já usa impressoras 3D para criar suas obras. No futuro, os museus também poderão imprimir peças a partir de sua própria coleção digital - algo que o Smithsonian já está trabalhando - ou mesmo a partir de um arquivo global de obras de arte digitalizados. Você pode descobrir mais sobre obras de arte em 3D, incluindo um grande vídeo, no Singularity Hub .

Futuras aplicações de impressão 3D

As impressoras 3D têm muitas áreas promissoras de aplicação potencial no futuro. Elas podem, por exemplo, ser usadas para produzir peças de reposição para todos os tipos de produtos, e que não podiam ser mantidas e armazenadas nem nos maiores armazens. Assim, ao invés de jogar fora um item quebrado (algo improvável de ser justificado algumas décadas atrás devido à escassez de recursos e reciclagem), produtos com defeito poderão ser levados para uma assistencia técnica local que vai localizar o arquivo das peças de reposição adequadas digitalmente e simplesmente imprimi-las. A NASA já testou uma impressora 3D na Estação Espacial Internacional, e recentemente anunciou sua exigência de uma impressora de alta resolução em 3D para produzir peças de naves espaciais durante missões no espaço profundo. O Exército dos EUA também experimentou uma impressora 3D capaz de imprimir peças de reposição e outros componentes de veículos e tanques no campo de batalha.

Um Sólido Amanhã

Em uma época em que as notícias, livros, música, vídeo e até mesmo as nossas comunidades são baseadas na desmaterialização digital, o desenvolvimento e aplicação de impressão 3D nos lembra que os seres humanos têm uma necessidade psicológica e física de manter pelo menos um pé, no mundo real. A Impressão 3D tem um futuro brilhante, pelo menos não em prototipagem rápida (onde o seu impacto já é altamente significativo), mas também na fabricação de diversos tipos de objetos de plástico e metal, na medicina, nas artes e no espaço. As impressoras 3D para o lar já são uma realidade, e não deverão custar mais do que algumas centenas de dólares até 2015. Impressoras 3D capazes de produzir em materiais multi coloridos também existem e vão continuar a melhorar a um ponto em que os produtos funcionais serão produzidos inteiramente por impressão 3D. Estes são os dispositivos que irão proporcionar uma sólida ponte entre o ciberespaço eo mundo físico - e como uma importante manifestação da Segunda Revolução Digital - impressão 3D é, ​​portanto, susceptível de estar presente em grande parte de nossos futuros.

Para um vislumbre fascinante em uma ampla gama de impressoras surpreendentes e incomuns - incluindo impressoras de concreto, impressoras de vidro, bioprinters e impressoras que imprimem pão tostado! - Clique aqui . Você também pode achar interessante os grandes sites 3DPrinter.net , 3DPrinting.com e 3ders.org .

Finalmente (!), Consulte o meu Diretório de Impressão 3D para toda uma série de informações sobre os fabricantes de impressoras 3D, fornecedores, bureau, pioneiros e outras coisas! Mais informações sobre a impressão 3D também podem ser encontradas no meu livro 25 coisas que você precisa saber sobre o futuro . As referências de impressão 3D da web a partir deste livro também pode ser encontrado aqui .

"This article is reproduced in translation from ExplainingTheFuture.com with the permission of the author, Christopher Barnatt"
Artigo criado em:18/02/2013 - traduzido a partir do artigo orginal com permissão do autor :Christopher Barnatt