ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA

DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

IMPRESSÃO 3D

Celso Henrique Goulart RA 14002042

Leandro Matos de Lima RA 14000927

Patrícia Fernanda Santos RA 14000896

Renato Siqueira Fialho RA 14002067

Rhenderson Douglas Nunes e Silva RA 14002066

Taiane Evelyn dos Santos Freitas RA 14000940

Trabalho de Projeto Integrador em Eng. Elétrica, orientado pelo Prof. Giovanni José Rosa.

ETEP Faculdades

São José dos Campos

2014

Pg. 1

RESUMO

O presente artigo cientifico tem por objetivo apresentar alguns dos principais tipos de

tecnologias aplicadas na prototipagem rápida (SLA, FDM, SLS, e Polyjet) permitindo

a criação de objetos com diferentes cores e materiais; algumas de suas aplicações

nos dias de hoje como medicina, engenharia, arquitetura, alimentação e produtos

domésticos; os principais pontos positivos como velocidade de se preparar um

protótipo e o pouco desperdício de material na produção do objeto; os principais

pontos negativos como o preço elevado das maquinas, a dificuldade em se gerar os

modelos 3D dos objetos para a impressão e a baixa qualidade de acabamento em

alguns modelos, por fim apresentará alguns tipos de impressoras inusitadas

(impressora de panqueca, chocolate e construção civil) que surpreendem pela

criatividade e engenhosidade.

Palavras chave: prototipagem rápida, impressora 3D

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SUMARIO

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................... 3

INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 4

DESENVOLVIMENTO ......................................................................................................................... 5

Aplicações da impressora 3D ..................................................................................................... 5

1. Itens médicos e hospitalares .......................................................................................... 5

2. Produtos domésticos ........................................................................................................ 6

3. Arquitetura ........................................................................................................................... 6

4. Alimentação ......................................................................................................................... 7

5. Educação .............................................................................................................................. 8

6. Engenharia ........................................................................................................................... 8

TÉCNOLOGIAS UTILIZADAS NA IMPRESSÃO 3D ................................................................. 9

1. Estereolitografia (SLA) ...................................................................................................... 9

2. Modelagem por fusão e deposição (FDM) ................................................................. 10

3. Sintetização seletiva a Laser (SLS) ............................................................................. 10

4. PolyJet fotopolímero (jato de tinta) ............................................................................. 11

PONTOS POSITIVOS E NEGATIVOS ....................................................................................... 12

CURIOSIDADES ............................................................................................................................ 13

1. Impressora 3D de casa ................................................................................................... 13

2. Impressora 3D de chocolate .......................................................................................... 13

3. Impressora 3D de panquecas ....................................................................................... 13

CONCLUSÃO ..................................................................................................................................... 14

REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 15

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Implante de crânio impresso em 3D (Fonte: News.com.au, 2014) ........................................ 6

Figura 2 – Objetos domésticos impressos em 3D (Fonte: http://www.mtu.edu/, 2014) ....................... 6

Figura 3 – Casa sendo impressa em 3D (Fonte: www.google.com) ........................................................ 7

Figura 4 – Impressora 3D de comida (Fonte: http://www.cmarcelo.com/) ........................................... 8

Figura 5 - Cabeça de dinossauro impressa em 3D (Fonte: http://www.namisu.com/) .......................... 8

Figura 6 - Objeto de engenharia impresso em 3D(Fonte: bdxpert.com) ................................................ 9

Figura 7 – Técnica de estereolitografia (fonte:http://www.numa.org.br) ........................................... 10

Figura 8 – Técnica de modelagem por fusão (fonte: http://www.up3dbrasil.com.br) ........................ 10

Figura 9 – Técnica de sintetização a laser (Fonte: http://slideplayer.com.br) ..................................... 11

Figura 10 – Técnica a jato de tinta (fonte: http://www.stratasys.com/) .............................................. 11

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INTRODUÇÃO

De modo a diminuir os tempos de análise e teste dos protótipos e diminuir cada

vez mais o tempo entre o projeto inicial do produto e a sua disponibilidade foram

desenvolvidas as técnicas de prototipagem rápida, ou popularmente chamadas de

impressão 3D.

A primeira impressora 3d foi criada em 1984 no estado da Califórnia pelo norte-

Americano Chuck Hull utilizando a estereolitografia, tecnologia esta precursora da 3d,

ela também é conhecida como prototipagem rápida, uma forma de tecnologia de

fabricação aditiva.

Hull já havia desenvolvido um ano antes a tecnologia do que viria a ser a

máquina, quando ela tinha duas funções principais, sendo uma delas a criação de

lâmpadas para a solidificação de resinas, primeiro objeto criado pela ferramenta, a

principal criação foi partes de plástico de forma rápida.

Poucos anos depois, Chuck Hull fundou a 3D systems, patenteando sua criação

e diversas formas de impressão, assim como iniciando a comercialização da

tecnologia, para ser ter uma ideia do sucesso a empresa permanece como uma das

líderes do segmento até hoje

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DESENVOLVIMENTO

Aos poucos, a impressão 3D ganha espaço na mídia e entre o público em geral.

A tecnologia de impressão 3D tem sido utilizada por empresas do mundo todo

para agilizar e diminuir os custos dos processos de produção dos mais diversos

setores de indústria.

Aplicações da impressora 3D

Impressora 3D é um equipamento que permite a você imprimir qualquer coisa,

desde um simples brinquedo até partes de um equipamento industrial, tudo em

apenas algumas horas. Embora alguns desses produtos produzidos pela impressora

3D não passem de moldes para serem preenchidos por outros materiais, outros

podem ser usados como produto final, como brinquedos e acessórios para celulares.

A impressora 3D está sendo usada em algumas áreas:

1. Itens médicos e hospitalares

Ao pensar em itens médicos e hospitalares feitos por uma impressora 3D, logo

vem em mente de muitas pessoas, próteses para membros ou ossos. Inclusive teve

um caso em qual um paciente norte americano teve 75% de seu crânio substituído

por um implante produzido por uma impressora 3D, fig 1. O modelo foi montado

através de imagens da cabeça do paciente obtidas através de um scanner 3D. Outro

feito muito interessante foi a orelha biônica, que foi impressa utilizando células e

cartilagem cultivadas artificialmente.

Ainda no campo médico, há estudos de outros itens que poderiam ser

impressos por meio de impressão 3D, como órgãos internos, pele, membros e

implantes em geral.

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Figura 1 – Implante de crânio impresso em 3D (Fonte: News.com.au, 2014)

2. Produtos domésticos

Esta certamente é uma das áreas na qual a impressora 3D tem muita utilidade,

fazendo desde objetos básicos, como chaveiros, vasos decorativos e utensílios

domésticos, fig 2. Além disso, o custo de um objeto produzido por uma impressora

3D, em alguns casos poderia sair mais barato que o de um item comprado pronto no

mercado, e com um diferencial que poderia ser um item único e até personalizado.

Além disso, há também um exemplo interessante nos brinquedos e colecionáveis.

Hoje se você quiser um boneco de um jogo ou de uma animação, você teria que ir até

uma loja para comprar e pagar mais pela licença do que pelo próprio material. Em um

futuro não muito distante, tudo que você precisaria fazer, seria entrar no site do

fabricante e baixar o arquivo com modelo do produto e imprimi-lo, sem taxas e sem

custos de embalagem e de entrega.

Figura 2 – Objetos domésticos impressos em 3D (Fonte: http://www.mtu.edu/, 2014)

3. Arquitetura

Atualmente a construção de uma maquete física poderia ser facilitada utilizando

uma impressora 3D para a tarefa, que normalmente leva muito tempo para ser feita.

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Da mesma forma, objetos como outdoors decorativos poderiam ser inteiramente

impressos, fazendo com que eles pudessem ser mais flexíveis, além de adotar

materiais que poderiam ser reciclados posteriormente. Porem alguns arquitetos

acreditam que casas inteiras possam ser montadas a partir de impressão 3D.

Foi criada uma impressora 3D, com seis metros de altura que é uma das

maiores do mundo, sendo grande suficiente para imprimir um quarto inteiro. O material

atualmente utilizado para tarefa é plástico reciclado, porém no futuro outros materiais

poderão ser adotados para a função.

Figura 3 – Casa sendo impressa em 3D (Fonte: www.google.com)

4. Alimentação

A impressão 3D vem ganhando espaço também na área da alimentação. As ideias

são variadas, servindo tanto para confecção de esculturas de chocolate, de doces em

geral, e de enfeites a base açúcar. Porem já existem impressoras capazes de criar

macarrão, bolos, biscoitos e até hambúrgueres, trabalhando com materiais orgânicos

Fig 4.

Além disso, também há o apelo visual causado, pois um prato combinando texturas

e formas variadas pode se tornar mais atrativos mesmo para quem não aprecia o

sabor de alguns alimentos.

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Figura 4 – Impressora 3D de comida (Fonte: http://www.cmarcelo.com/)

5. Educação

Uma impressora 3D pode ser bem útil na educação, reproduzindo itens para

auxiliar nos estudos em escolas e universidades fig 5. A ideia é bem ampla, variando

de modelos topográficos de regiões à reprodução de animais ou itens na fauna

terrestre. Modelos de planetas e galáxias também poderiam ficar muito mais atrativos

se fossem montados em uma impressora 3D.

Figura 5 - Cabeça de dinossauro impressa em 3D (Fonte: http://www.namisu.com/)

6. Engenharia

O uso mais conhecido das impressoras 3D no campo da engenharia certamente

está na construção de protótipos, como nas indústrias de celulares. Os modelos feito

na impressora 3D para teste são mais baratos que o produto final. Assim fica mais

fácil definir por exemplo, a posição dos botões e a espessura adequada para não ficar

desconfortável nas mãos, entre outras funções.

O uso da impressão 3D na engenharia facilita o processo de criação e construção

de um protótipo. Com o processo convencional precisaria de uma equipe para

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construir um protótipo, devido à complexidade de manuseio dos materiais. Com a

impressão 3D apenas um engenheiro é necessário para construir um protótipo para

testes.

Figura 6 - Objeto de engenharia impresso em 3D(Fonte: bdxpert.com)

Essas foram apenas algumas ideias de uma gama de itens já existentes ou em

projetos. O fato que a impressão 3D é uma tecnologia ampla e que conta com diversas

aplicações práticas para as mais variadas áreas.

TÉCNOLOGIAS UTILIZADAS NA IMPRESSÃO 3D

Atualmente existem diferentes tipos de impressoras 3d no mercado, cada uma

com as suas particularidades e tecnologias. Apesar de utilizarem técnicas diferentes

para gerar o objeto todas tem uma coisa em comum, utilizam o processo chamado de

fabricação aditiva.

O objeto é formado por materiais que são adicionados até o objeto adquirir a

sua forma final, diferente da fabricação subtrativa, como um torno por exemplo, que

forma o objeto removendo material de uma peça maior até atingir a forma final.

A grande vantagem desse processo são os baixos níveis de resíduos gerados

e o melhor aproveitamento do material, gerando pouco desperdício.

Os métodos mais comuns de impressão 3D são:

1. Estereolitografia (SLA)

A primeira impressora 3d disponível comercialmente utilizava esse método,

basicamente era um tanque cheio de uma resina liquida fotossensível, quando em

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contato com um feixe de luz ultravioleta concentrado a resina endurece e uma

plataforma desce um pouco o fundo do tanque para que uma nova camada de resina

fique sobre o objeto para ser endurecida com o feixe de luz ultravioleta, fig7.

Figura 7 – Técnica de estereolitografia (fonte:http://www.numa.org.br)

2. Modelagem por fusão e deposição (FDM)

São as mais comuns nos dias de hoje, basicamente um fio de material plástico,

normalmente ABS, é derretido e depositado em uma superfície formando as camadas

dos objetos, tão logo o material plástico saí da máquina ele endurece rapidamente.

Um bom exemplo seria a de um confeiteiro enfeitando um bolo com o saco de

confeitar.

Figura 8 – Técnica de modelagem por fusão (fonte: http://www.up3dbrasil.com.br)

3. Sintetização seletiva a Laser (SLS)

Tem um funcionamento similar ao SLA, porem em vez da resina liquida utiliza

materiais em pó, como poliestireno, cerâmica, vidro, nylon, e metais, incluindo aço,

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titânio, alumínio e prata. No lugar do feixe concentrado de luz ultravioleta é usado um

laser bem potente que funde o material atingido por ele.

Figura 9 – Técnica de sintetização a laser (Fonte: http://slideplayer.com.br)

4. PolyJet fotopolímero (jato de tinta)

São impressoras que pulverizam uma tinta foto sensível em uma plataforma e

logo em seguida elas são curadas por luz ultravioleta, por ter uma estrutura

semelhante a de impressoras jato de tinta e utilizarem cabeçotes elas possibilitam o

uso de mais de uma cor e de diferentes tipos de materiais na mesma impressão,

gerando produtos bastante complexos.

Figura 10 – Técnica a jato de tinta (fonte: http://www.stratasys.com/)

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PONTOS POSITIVOS E NEGATIVOS

Uma das principais vantagens das impressoras 3D realmente é o tempo

reduzido para se gerar um objeto, apesar de parecer demorado levar horas ou até

dias para fazer um protótipo em certas impressoras, esse tempo não se compara ao

tempo de se gerar um protótipo pelos métodos normais utilizados pela indústria, pelo

método tradicional (usinagem, injeção plástica...) sem as impressoras 3D as empresas

levavam até meses para produzir e testar protótipos.

Outra grande vantagem é o pouco desperdício de material, como já

mencionando anteriormente a impressão 3D gera pouco ou quase nenhum

desperdício além de gerar os protótipos diretamente sem a necessidade de nenhum

molde.

Como principal desvantagem as impressoras 3D tem o preço, apesar da queda

de preço significativa que as maquinas tem sofrido nos últimos anos devido a

popularização e aumento do mercado elas continuam caras, uma boa impressora

profissional dificilmente sai por menos de R$ 10.000,00.

Outras desvantagens são a baixa qualidade de acabamento dos objetos

(muitos precisam de um acabamento extra depois de impressos), a dificuldade em se

gerar os modelos 3D dos objetos para a impressão para uso doméstico e a

resistências dos objetos, que pela característica de fabricação em camadas não tem

a mesma resistência de objetos fabricados pelas tecnologias tradicionais.

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CURIOSIDADES

Definição de impressão 3D: “Impressão 3D, também conhecida como prototipagem

rápida, é uma forma de tecnologia de fabricação aditiva onde um modelo

tridimensional é criado por sucessivas camadas de material” (pt.wikipedia.org)

Normalmente as pessoas associam impressão 3D a objetos plásticos e pequenos,

pois esse é a aplicação mais comum que se encontra por ai, mais o conceito de

impressora 3D pode ser aplicada a tudo que possa ser construído em camadas e que

seja solido ou tenha capacidade de sustentação. Utilizando esse conceito e pensando

um pouco “fora da caixa” o ser humano consegue encontrar as mais diferentes

aplicações para a impressão 3D.

Segue algumas das mais curiosas:

1. Impressora 3D de casa

Cientistas da California, nos EUA estão desenvolvendo uma impressora

gigante que utiliza braços robôs apoiados em trilhos colocados nas laterais do local

onde será construída a casa, esses braços seriam responsáveis por desenhar a casa

com concreto. Segundo os cientistas essa casa seriam construídas muito mais rápidas

e baratas do que se estivessem utilizando o método tradicional.

2. Impressora 3D de chocolate

Na CES 2014, maior feira de tecnologia do mundo, foi apresentado um protótipo

de impressora 3D para chocolate, apelidada de ChocaByte essa impressora é capaz

de imprimir barras de chocolates personalizadas em questão de minutos.

3. Impressora 3D de panquecas

Basicamente tem o mesmo funcionamento que a impressora de chocolate,

porem usa como tinta uma massa para panquecas e imprime sobre uma chapa quente

para assar a panqueca.

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CONCLUSÃO

Pode se concluir que essa é uma nova tecnologia que vem ganhando espaço

no mercado, empolgando pessoas e empresas pelo mundo.

Para empresas, a tecnologia é muito eficaz, pois agilizará e facilitará o

desenvolvimento de projetos que levariam meses para ser concluído.

Para a área da saúde, já está sendo utilizada também, gerando novas

revoluções na medicina.

Com as inúmeras melhorias na tecnologia 3D nos últimos anos, as impressoras

chegam trazendo muitas novidades e financeiramente mais acessíveis para pequenas

e médias empresas.

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REFERÊNCIAS

DUARTE, Henrique. Descubra como surgiu a impressora 3D. Disponível em:

<http://www.techtudo.com.br/dicas-e-tutoriais/noticia/2014/04/descubra-como-surgiu-

impressora-3d.html>. Acesso em 22 de maio de 2014.

DUBINA, Laila. Como as impressoras 3d podem ajudar no desenvolvimento da

África. Disponível em: <http://www.afreaka.com.br/notas/como-as-impressoras-3d-

podem-ajudar-no-desenvolvimento-da-africa/>. Acesso em 22 de maio de 2014.

MATHIAS, Letícia. Impressoras 3D geram novas oportunidades de negócio e

reduzem tempo e custo de produção. Disponível em:

<http://ndonline.com.br/florianopolis/noticias/135792-impressoras-3d-geram-novas-

oportunidades-de-negocio-e-reduzem-tempo-e-custo-de-producao.html>. Acesso em

22 de maio de 2014.

NICK, Allen. Os exageros sobre a impressão 3D, revelados por quem entende do

assunto. Disponível em: < http://gizmodo.uol.com.br/exageros-impressao-3d/>.

Acesso em 22 de maio de 2014.

Quase Tudonline. Impressora 3D. Como funciona? Para que serve? Disponível em:

<htpp://www.quasetudonline.com/noticias/impressora-3d-como-funciona-para-que-

serve>. Acesso em 22 de maio de2014.

Stratasys For A 3D World. Estudos de casos da indústria aeroespacial. As

grandes ideias pairam ainda mais alto com a impressão 3D. Disponível em: <

http://www.stratasys.com/br/resources/case-studies/aerospace/nasa-mars-

rover#sthash.s9vkCuJQ.dpuf>. Acesso em 22 de maio de 2014.

Stratasys For A 3D World. Estudos de casos da indústria automotiva A

prototipagem é a força motriz por trás dos grandes automóveis. Disponível em:

<http://www.stratasys.com/br/resources/case-

studies/automotive/lamborghini#sthash.hS2kd2dW.TksH9JOt.dpuf>. Acesso em 22

de maio de 2014.

Pg. 16

Stratasys For A 3D World. Estudos de casos de arquitetura. A impressão 3D ajuda

criar designs excepcionais. Disponível em:

<http://www.stratasys.com/br/resources/case-studies/architecture/rietveld-

architects#sthash.MrrvaVtC.dpuf>. Acesso em 22 de maio de 2014.

Stratasys For A 3D World. Estudos de casos de odontologia. A impressão 3D

produz mais sorrisos. Disponível em: <http://www.stratasys.com/br/resources/case-

studies/dental/apex-dental-milling-center#sthash.BBfkdY7Z.xSeVvHRa.dpuf>.

Acesso em 22 de maio de 2014.

Stratasys For A 3D World. Estudos de casos médicos A impressão 3D ajuda a

salvar vidas. Disponível em: <http://www.stratasys.com/br/resources/case-

studies/medical/biorep>. Acesso em 27 de maio de 2014.