Impressoras para impressão tridimensional ou impressoras 3D são dispositivos para produção de modelos tridimensionais. Dispositivos de especialização restrita têm possibilidades ilimitadas e hoje são usados ​​em todas as áreas da vida de uma pessoa moderna. Há alguns anos, as impressoras 3D tornaram-se disponíveis para uso doméstico, atingindo simultaneamente algumas pequenas empresas.

A história da criação de tal tecnologia remonta a meados dos anos 80 do século passado, mas o fraco desenvolvimento da tecnologia informática “congelou” a introdução ativa da impressão tridimensional na vida quotidiana e na produção.

As impressoras 3D tiveram um início notável apenas em 2005, juntamente com a melhoria dos recursos do computador. Em seguida foi apresentada ao público a primeira impressora tridimensional, que impresso em cores. Posteriormente, a tecnologia passou por muitas mudanças e foi desenvolvido software moderno para controlar o processo de impressão. Com isso, os usuários têm acesso a uma unidade funcional capaz de “imprimir” capas de telefone ou novas impressoras 3D.

Primeira impressora 3D

Como funciona

O princípio geral de funcionamento de uma impressora tridimensional é simples e claro em teoria. Um objeto ou parte dele é criado em um programa de modelagem 3D (modelos grandes são divididos em vários elementos). O arquivo é então enviado para processamento por um programa especializado (para gerar código G), após o qual a tecnologia entra em ação. O código G divide o modelo digital em centenas de trilhas horizontais, definindo o caminho para o carro de impressão. O material fundido é aplicado camada por camada na base, criando um objeto completamente tangível.

Representação esquemática de uma impressora 3D

Existem sete tecnologias principais utilizadas para impressão 3D, mas a maioria delas é utilizada apenas para fins industriais. Dispositivos relativamente compactos e baratos foram desenvolvidos para “impressão plástica” amadora e pequenas empresas.

• Tecnologia FundidoDeposiçãoModelagem(também conhecidas como impressoras FDM) tornaram-se amplamente utilizadas para modelagem tridimensional e culinária. O material é aquecido e alimentado na plataforma através do bocal da cabeça de impressão. O objeto “cresce” no plano e suas dimensões são limitadas pelos parâmetros da plataforma.

• Tecnologia Polijato desenvolvido em 2000 e hoje propriedade da Stratasys. Objetos tridimensionais são criados pela polimerização de um fotopolímero sob a influência da radiação UV. O fotopolímero é um plástico caro e frágil, por isso essas impressoras praticamente não são utilizadas no dia a dia, mas graças ao detalhe preciso da modelagem, os dispositivos são utilizados na medicina e na indústria (para a criação de protótipos).

Você pode aprender tudo sobre como funcionam as impressoras modernas para “impressão plástica” 3D em um vídeo temático, por exemplo, este. Eles também demonstram frequentemente como a máquina trabalha com vários materiais para fazer um objeto.

Gerenciamento de processos de impressão

Normalmente, o usuário precisa fazer uma série de configurações imediatamente antes de imprimir.

1. O equipamento é conectado ao PC através de um cabo USB.
2. Calibrar o movimento do bocal em relação à plataforma.
3. Configuração e controle do aquecimento da plataforma e bico dispensador.
4. Monitoramento da relação de temperatura.
5. Controle do processo de impressão (extrusora) - ajuste da velocidade de alimentação do material, substituição de bobinas plásticas.

A impressão é controlada através de um PC. Para criar um objeto da ideia ao resultado, o usuário precisa de Programas de modelagem 3D e controle do dispositivo.

As tecnologias modernas ainda não permitem criar uma impressora onde todas as operações sejam realizadas pressionando algumas teclas, por isso é necessário dominar muitos programas específicos e os fundamentos da modelagem.

Antes de iniciar a impressão, o operador calibra a impressora, ajustando-a em relação à mesa da plataforma. O firmware básico da impressora fornece uma série de configurações padrão, com o usuário fazendo configurações mais precisas dependendo do material utilizado. Assim, para criar elementos tridimensionais baseados em ABS ou PLA, são definidas diferentes temperaturas de fusão. Durante o processo de impressão, o operador acompanha o trabalho através do software. Todo o processo de criação de um modelo pode levar de várias horas a um dia; o fator chave aqui é a precisão da execução: objetos precisos com desenhos detalhados demoram mais para serem produzidos do que objetos mais grosseiros.

Onde você pode usar uma impressora 3D?

O escopo das impressoras 3D é bastante amplo: do artesanato amador ao empresarial. Os empresários, juntamente com os estudantes de arquitetura, foram os primeiros a perceber o enorme potencial da “impressão plástica”.

Além disso, a modelagem volumétrica é utilizada na indústria joalheira e em todas as áreas de design e engenharia.

Se antes a impressão era feita em plástico, hoje a variedade de materiais impressiona. Os fabricantes fazem diversas bases, por exemplo, imitando madeira natural. Além disso, você pode escolher não apenas polímeros, mas também náilon como material de impressão. Essa ideia foi rapidamente adotada pelos designers e criada inteira coleções de roupas.

Os colecionadores de jogos de azar apreciarão plenamente o potencial da “impressão plástica”, pois agora é possível recriar qualquer objeto: maquetes de aviões, personagens famosos, objetos de arte. Colecionáveis ​​raros podem ser bastante caros, assim como uma impressora muito boa para uso doméstico, e aqui a escolha é clara.

Levar ou não levar: vantagens e desvantagens do equipamento

O uso da impressão 3D oferece aos usuários amplas opções. A principal vantagem da técnica é a reprodução de qualquer objeto tridimensional, e aqui praticamente não há exceções. Tudo o que pode ser feito de plástico pode ser “impresso”, seja um pára-choque original e caro de um carro estrangeiro ou um projeto para um futuro shopping center em uma exposição de arquitetos. O fator decisivo será o tamanho do equipamento, ou mais precisamente, o tamanho do seu desktop.

O potencial da 'impressão plástica' é complicado processo de preparação trabalhoso e gestão que exigem conhecimentos altamente especializados. Um usuário inexperiente nem sempre será capaz de projetar até mesmo uma simples figura geométrica em 3D-MAX, sem falar em seu próprio retrato. Para usar a tecnologia é preciso dominá-la, e isso levará algum tempo.

A segunda desvantagem de uma impressora 3D é a sua dimensões. Modelos compactos também estão disponíveis para venda, mas seus tamanhos máximos de impressão são muito modestos, embora sejam bastante adequados para a produção faseada de instalações ou projetos arquitetônicos.

Claro, é irracional comprar uma impressora 3D como brinquedo: o custo médio dos modelos do segmento de baixo custo ultrapassa 30.000 rublos. A compra será lucrativa se o equipamento cumprir uma tarefa específica: gerar lucro, desenvolver habilidades, estudar, ter criatividade, ajudar no trabalho.

Podemos esperar novos desenvolvimentos nesta área num futuro próximo. Hoje já é possível imprimir um edifício residencial real a partir de uma mistura de construção comum. Naturalmente, tais equipamentos não estão disponíveis para uso doméstico, mas o próprio fato de utilizar novos materiais de impressão promete uma ampliação metódica das possibilidades de impressão volumétrica em casa.

Desde o início do novo milénio, o conceito de “3D” tornou-se firmemente estabelecido na nossa vida quotidiana. Em primeiro lugar, associamo-lo ao cinema, à fotografia ou à animação. Mas dificilmente há uma pessoa que não tenha ouvido falar de um produto tão novo como a impressão 3D pelo menos uma vez na vida.

O que é e quais novas oportunidades em criatividade, ciência, tecnologia e vida cotidiana as tecnologias de impressão 3D nos trazem, tentaremos descobrir no artigo abaixo.

Mas primeiro, um pouco de história. Embora só se tenha falado muito sobre impressão 3D nos últimos anos, esta tecnologia já existe há algum tempo. Em 1984, Charles Hull desenvolveu a tecnologia de impressão 3D para reproduzir objetos usando dados digitais e, dois anos depois, nomeou e patenteou a técnica de estereolitografia.

Ao mesmo tempo, esta empresa desenvolveu e criou a primeira impressora 3D industrial. Posteriormente, a batuta foi assumida pela empresa 3D Systems, que em 1988 desenvolveu um modelo de impressora para impressão 3D em casa SLA - 250.

Nesse mesmo ano, a modelagem de deposição fundida foi inventada por Scott Grump. Após vários anos de relativa calma, em 1991 a Helisys desenvolve e comercializa tecnologia para a produção de objetos multicamadas e, um ano depois, em 1992, é lançado na DTM o primeiro sistema de soldagem seletiva a laser.

Então, em 1993, foi fundada a empresa Solidscape, que iniciou a produção em massa de impressoras a jato de tinta capazes de produzir peças pequenas com superfície ideal e com custo relativamente baixo.

Ao mesmo tempo, a Universidade de Massachusetts patenteou a tecnologia de impressão 3D, semelhante à tecnologia de jato de tinta das impressoras 2D convencionais. Mas, talvez, o pico de desenvolvimento e popularidade da impressão 3D ainda tenha ocorrido no novo século XXI.

Em 2005 surgiu a primeira capaz de imprimir em cores, ideia da empresa Z Corp chamada Spectrum Z510, e literalmente dois anos depois surgiu a primeira impressora capaz de reproduzir 50% de seus próprios componentes.

Atualmente, o leque de possibilidades e aplicações da impressão 3D está em constante crescimento. Tudo acabou sujeito a essas tecnologias - desde vasos sanguíneos até recifes de coral e móveis. Porém, falaremos sobre as áreas de aplicação dessas tecnologias um pouco mais tarde.

Então, o que é impressão 3D?

Em suma, trata-se da construção de um objeto real a partir de um modelo 3D criado em computador. Em seguida, o modelo tridimensional digital é salvo no formato de arquivo STL, após o qual a impressora 3D, que emite o arquivo para impressão, forma o produto real.

O próprio processo de impressão é uma série de ciclos repetidos associados à criação de modelos tridimensionais, aplicando uma camada de consumíveis à mesa de trabalho (elevador) da impressora, movendo a mesa de trabalho até o nível da camada acabada e removendo resíduos da superfície da mesa.

Os ciclos seguem continuamente um após o outro: a próxima camada de material é aplicada à primeira camada, o elevador é abaixado novamente e assim sucessivamente até que o produto acabado esteja na mesa de trabalho.

Como funciona uma impressora 3D?

O uso da impressão 3D é uma alternativa séria aos métodos tradicionais de prototipagem e produção em pequena escala. Uma impressora tridimensional ou 3D, ao contrário da convencional, que exibe desenhos bidimensionais, fotografias, etc. no papel, permite a saída de informações volumétricas, ou seja, a criação de objetos físicos tridimensionais.

Atualmente, equipamentos desta classe podem trabalhar com resinas fotopolíméricas, diversos tipos de fios plásticos, pó cerâmico e argila metálica.

O que é uma impressora 3D?

O princípio de funcionamento de uma impressora 3D baseia-se no princípio da criação gradual (camada por camada) de um modelo sólido, que é, por assim dizer, “crescido” a partir de um determinado material, que será discutido um pouco mais adiante. As vantagens da impressão 3D em relação aos métodos manuais convencionais de construção de modelos são a alta velocidade, a simplicidade e o custo relativamente baixo.

Por exemplo, criar uma peça manualmente pode levar muito tempo - de vários dias a meses. Afinal, isso inclui não só o processo de fabricação em si, mas também trabalhos preliminares - desenhos e diagramas do futuro produto, que ainda não dão uma visão completa do resultado final.

Como resultado, os custos de desenvolvimento aumentam significativamente e o tempo entre o desenvolvimento do produto e a produção em massa aumenta.

As tecnologias 3D permitem eliminar completamente o trabalho manual e a necessidade de fazer desenhos e cálculos no papel - afinal, o programa permite ver o modelo de todos os ângulos já na tela, e eliminar deficiências identificadas fora do processo de criação, como é o caso da produção manual, mas diretamente durante o desenvolvimento e criar um modelo em poucas horas.

Ao mesmo tempo, a possibilidade de erros inerentes ao trabalho manual é praticamente eliminada.

O que é uma impressora 3D: vídeo

Existem várias tecnologias de impressão 3D. A diferença entre eles está na forma de aplicação das camadas do produto. Vejamos os principais.

Os mais comuns são SLS (laminação seletiva a laser), NRM (deposição de camada fundida) e SLA (estereolitografia).

A tecnologia mais utilizada, devido à alta velocidade de construção de objetos, é a estereolitografia ou SLA.

Tecnologia SLA

A tecnologia funciona assim: um feixe de laser é direcionado a um fotopolímero, após o qual o material endurece.

Um material translúcido é utilizado como fotopolímero, que se deforma sob a influência da umidade atmosférica.

Após o endurecimento, pode ser facilmente colado, usinado e pintado. A mesa de trabalho (elevador) está localizada em um contêiner com fotopolímero. Depois que o feixe de laser passa pelo polímero e a camada endurece, a superfície de trabalho da mesa desce.

Tecnologia SLS

A sinterização de reagentes em pó sob a influência de um feixe de laser - também conhecida como SLS - é a única tecnologia de impressão 3D utilizada na fabricação de moldes para fundição de metal e plástico.

Os modelos de plástico possuem excelentes propriedades mecânicas, graças às quais podem ser utilizados para a fabricação de produtos totalmente funcionais. A tecnologia SLS utiliza materiais com propriedades semelhantes às marcas do produto final: cerâmica, plástico em pó, metal.

A estrutura de uma impressora 3D é a seguinte: substâncias em pó são aplicadas na superfície do elevador e sinterizadas sob a ação de um feixe de laser em uma camada sólida que corresponde aos parâmetros do modelo e determina sua forma.

Tecnologia DLP

A tecnologia DLP é uma novidade no mercado de impressão 3D. As máquinas de impressão estereolitográficas estão hoje posicionadas como a principal alternativa aos equipamentos FDM. Impressoras desse tipo usam tecnologia de processamento digital de luz. Muitas pessoas se perguntam com o que a impressora 3D desta amostra imprime?

Em vez de filamento de plástico e cabeça de aquecimento, resinas de fotopolímero e um projetor DLP são usados ​​para criar formas 3D.

Abaixo você pode ver como funciona a impressora 3D em vídeo:

Quando você ouviu falar pela primeira vez sobre uma impressora 3D DLP, o que é – uma pergunta completamente razoável. Apesar do nome complexo, o dispositivo quase não difere de outras máquinas de impressão de mesa. Aliás, seus desenvolvedores, representados pela empresa
A QSQM Technology Corporation já lançou as primeiras amostras de equipamentos de alta tecnologia. Se parece com isso:

Tecnologia EBM

Vale ressaltar que as tecnologias SLS/DMLS estão longe de ser as únicas na área. Atualmente, a fusão por feixe de elétrons é amplamente utilizada para criar objetos metálicos tridimensionais. Estudos de laboratório mostraram que o uso de fio metálico para deposição camada por camada na fabricação de peças de alta precisão é ineficaz, por isso os engenheiros desenvolveram um material especial - argila metálica.

A argila metálica usada como tinta durante a fusão por feixe de elétrons é feita de uma mistura de cola orgânica, aparas de metal e uma certa quantidade de água. Para transformar a tinta em um objeto sólido, ela deve ser aquecida a uma temperatura na qual a cola e a água queimarão e as aparas se fundirão formando um monólito.

Impressora 3D EBM: como funciona

Vale ressaltar que este princípio também é utilizado ao trabalhar com impressoras SLS. Mas, diferentemente deles, os dispositivos EBM geram pulsos eletrônicos direcionados em vez de um feixe de laser para derreter argila metálica. Deve-se dizer que este método proporciona impressão de alta qualidade e excelente renderização de pequenos detalhes.

Hoje, apenas são vendidas impressoras industriais que utilizam tecnologia EBM. Esta é a aparência de um deles:

O vídeo abaixo demonstra claramente as capacidades de uma impressora 3D adaptada para fusão por feixe de elétrons:

Tecnologia HPM (FDM) HPM

Permite criar não apenas modelos, mas também peças finais a partir de termoplásticos padronizados, estruturais e de alto desempenho. Esta é a única tecnologia que utiliza termoplásticos de nível de produção para fornecer resistência mecânica, térmica e química incomparável às peças.

A impressão HPM é limpa, fácil de usar e adequada para uso em escritório. As peças termoplásticas são resistentes a altas temperaturas, cargas mecânicas, diversos produtos químicos e ambientes úmidos ou secos.

Os materiais auxiliares solúveis tornam possível criar formas, cavidades e furos complexos em vários níveis que seriam problemáticos de conseguir usando métodos convencionais. As impressoras 3D que usam a tecnologia HPM criam peças camada por camada, aquecendo o material até um estado semilíquido e extrusando-o de acordo com caminhos gerados por computador.

Para a impressão com tecnologia HRM são utilizados dois materiais diferentes - um (o principal) será composto pela peça acabada e um auxiliar, que será utilizado como suporte. Os filamentos de ambos os materiais são alimentados das baias da impressora 3D para o cabeçote de impressão, que se move dependendo da mudança nas coordenadas X e Y, e funde o material, criando a camada atual, até que a base desça e a próxima camada comece. .

Quando a impressora 3D tiver concluído a criação da peça, resta separar mecanicamente o material auxiliar, ou dissolvê-lo com um detergente, após o que o produto estará pronto para uso.

Curiosamente, hoje em dia não apenas as impressoras HPM de mesa automáticas são populares, mas também os dispositivos para impressão manual. Além disso, seria correto chamá-los não de dispositivos de impressão, mas de canetas para desenhar objetos tridimensionais.

As canetas são feitas da mesma forma que as impressoras, usando tecnologia de fusão camada por camada. O fio de plástico é inserido no cabo, onde derrete até a consistência desejada e é imediatamente espremido através de um bico miniatura! Com habilidade adequada, você obtém as seguintes figuras decorativas originais:

E claro, assim como as tecnologias, as próprias impressoras diferem umas das outras. Se você possui uma impressora que funciona conforme SLA, será impossível utilizar a tecnologia SLS nela, ou seja, cada impressora é criada apenas para uma tecnologia de impressão específica.

Impressão 3D colorida

Esta tecnologia é a única do gênero que permite obter objetos em toda a gama de tonalidades disponíveis. Vale ressaltar que a coloração dos produtos ocorre diretamente durante sua fabricação. Com sua ajuda, são obtidos objetos fotorrealistas. É isso que desperta um interesse genuíno por parte dos designers.

Freqüentemente, o pó à base de gesso é usado como material de partida. Pincéis e rolos formam uma camada não muito espessa de consumíveis. A seguir, por meio de uma cabeça móvel, são aplicadas microgotas de uma substância adesiva nas áreas desejadas (antes é pintada na cor desejada). Assemelha-se ao cianoacrilato em sua composição. Um objeto multicolorido acabado é criado camada por camada. O tratamento final do produto com cianoacrilato confere brilho e rigidez.

Impressoras 3D coloridas industriais e de mesa

O mercado moderno oferece diversas impressoras 3D multicoloridas. Com a ajuda deles, são criados objetos coloridos em casa. A maioria das unidades destina-se ao uso profissional.

A impressão colorida profissional em uma impressora 3D é realizada usando:

1. Réguas Zprinter da famosa marca 3D Systems. Esses dispositivos podem criar objetos grandes e multicoloridos. Equipado com 5 cartuchos e sistema automático de carregamento de pó. A tecnologia é quase 100% automatizada, portanto não é necessário configurar ou controlar o processo de impressão. Os modelos pesam cerca de 340 quilos. O custo varia de 90 a 130 mil dólares.

2. Impressora 3D colorida Мсor Iris. Produtos multicoloridos são criados colando pedaços de papel individuais. Esta unidade da Mcor Technologies Ltd cria modelos fotorrealistas tridimensionais com bons indicadores de resistência. Pode gerar até um milhão de cores. Custa 15 mil dólares.

Modelos de desktop para uso doméstico:

1. Impressora 3D colorida 3D Touch. Esta unidade opera usando tecnologia FDM. O modelo pode ser equipado com uma, duas ou até três cabeças de extrusão. Funciona com plástico ABS ou PLA. Pesa nada menos que 38 quilos. Custo - cerca de 4 mil dólares.

2. Impressora 3D tricolor BFB 3000 RANTHER - a primeira impressora colorida lançada no mercado. Hoje seu valor gira em torno de 2,5 mil dólares. Um fio de plástico padrão é usado como material de trabalho. Para funcionar você precisará de um fio de três cores.

3. Um dos modelos mais baratos é o РroDesk3D. Um sistema de cinco cartuchos é usado para criar produtos. É possível trabalhar com plástico PLA ou ABS. A impressora está equipada com um sistema de ajuste automático. Custa apenas 2 mil dólares. Infelizmente, não pode se orgulhar de alta resolução de impressão.

Aplicações de impressão 3D

A impressão 3D abriu grandes oportunidades para experimentação em áreas como arquitetura, construção, medicina, educação, design de roupas, produção em pequena escala, joias e até mesmo na indústria alimentícia.

Na arquitetura, por exemplo, a impressão 3D permite criar modelos tridimensionais de edifícios, ou mesmo de bairros inteiros com toda a infraestrutura – praças, parques, estradas e iluminação pública.

Graças ao compósito de gesso barato utilizado neste caso, o custo dos modelos acabados é garantido. E mais de 390 mil tonalidades CMYK permitem realizar em cores qualquer imaginação, mesmo a mais ousada, de um arquiteto.

Impressora 3D: aplicação na área de construção

Na construção, há todos os motivos para supor que num futuro próximo o processo de construção de edifícios se tornará muito mais rápido e fácil. Engenheiros californianos criaram um sistema de impressão 3D para objetos de grande porte. Funciona segundo o princípio de um guindaste de construção, erguendo paredes a partir de camadas de concreto.

Essa impressora pode construir uma casa de dois andares em apenas 20 horas.

Depois disso, os trabalhadores só terão que realizar os trabalhos de acabamento. As impressoras 3D House 3D estão gradualmente ganhando uma posição forte na produção em pequena escala.

Estas tecnologias são utilizadas principalmente para produzir produtos exclusivos, como arte, figuras de jogos de RPG, modelos de protótipos de produtos futuros ou quaisquer peças de design.

Na medicina, graças às tecnologias de impressão 3D, os médicos têm a oportunidade de recriar cópias do esqueleto humano, o que lhes permite praticar com maior precisão técnicas que aumentam a garantia de operações bem-sucedidas.

As impressoras 3D são cada vez mais utilizadas na área de próteses em odontologia, pois essas tecnologias permitem a produção de próteses muito mais rápidas do que na fabricação tradicional.

Não faz muito tempo, cientistas alemães desenvolveram uma tecnologia para obter pele humana. Na sua produção é utilizado um gel obtido de células doadas. E em 2011, os cientistas conseguiram reproduzir um rim humano vivo.

Como você pode ver, as possibilidades que a impressão 3D abre em quase todas as áreas da atividade humana são verdadeiramente ilimitadas.

Impressoras que criam obras-primas culinárias, reproduzindo próteses e órgãos humanos, brinquedos e recursos visuais, roupas e sapatos não são mais fruto da imaginação dos escritores de ficção científica, mas da realidade da vida moderna.

E que outros horizontes se abrirão para a humanidade nos próximos anos, talvez isso só possa ser limitado pela imaginação da própria pessoa.

As tecnologias 3D inovadoras, que se tornaram uma sensação no passado recente, estão agora firmemente estabelecidas na nossa vida quotidiana. Filmes 3D, óculos especiais e tudo mais não são mais considerados algo tão bizarro. Uma imagem tridimensional chama a atenção, envolve e faz o espectador se sentir como se estivesse dentro dela - certamente mais interessante que o formato usual. Os fabricantes de dispositivos de impressão modernos também não ficam parados. Um exemplo notável disso são as impressoras 3D. Contaremos o que é e como funciona uma impressora 3D neste artigo.

A principal tarefa desses dispositivos é imprimir modelos tridimensionais de diversos materiais: papel, plástico ou mesmo ligas metálicas leves, cujas camadas são sobrepostas e coladas. A espessura de uma camada é de cerca de 0,1 mm. De acordo com as características técnicas de impressão, as impressoras 3D podem ser divididas em laser e jato de tinta, como as impressoras convencionais.

Impressão a laser 3D

A tecnologia laser é baseada na estereolitografia (SLA), que permite a impressão de modelos 3D a partir de desenhos CAD. O princípio é o seguinte: o fotopolímero aquoso é iluminado por um raio ultravioleta e a camada mais fina endurece quase instantaneamente. Um programa de computador especial divide o modelo tridimensional de um objeto em centenas de milhares dessas camadas, e elas são colocadas umas sobre as outras, coladas com cola especial, endurecidas e novamente a próxima camada de acordo com o dado parâmetros. É assim que o modelo acabado cresce camada por camada, ao final do processo é limpo do excesso de polímero, lavado e seco. A tecnologia de impressão a laser 3D permite reproduzir modelos tridimensionais de até 75 cm de altura.

Impressão 3D a jato de tinta

A tecnologia de impressão 3D a jato de tinta é semelhante ao princípio de funcionamento de uma impressora jato de tinta convencional. Em vez de tinta, utiliza-se um plástico especial, que primeiro é aquecido e derretido, depois aplicado na base em uma camada microscópica e endurece muito rapidamente. Este método de impressão é geralmente chamado de sinterização a laser (SLS) e, além de ser mais econômico que a tecnologia SLA, tem a vantagem de poder fazer modelos 3D a partir de metal. O princípio de funcionamento de uma impressora 3D baseada na tecnologia de sinterização permite a utilização de diversos materiais poliméricos, além de cerâmica ou vidro, como base em pó. Outra vantagem desse método é que alguns modelos de impressora permitem adicionar tinta à cola utilizada, o que permite criar modelos multicoloridos.

A inovação e o desenvolvimento constante da impressão 3D criam oportunidades adicionais não só para designers, mas também para vários campos da medicina, produção industrial e muitos outros. Afinal, com a ajuda de tal dispositivo, qualquer ideia pode ser traduzida em um modelo ou protótipo real.

Hoje podemos dizer com segurança: é impossível imaginar a civilização moderna sem a tecnologia de impressão 3D, e dificilmente é possível nomear outra tecnologia que esteja se desenvolvendo tão rapidamente.

Através das páginas da história

Segundo muitos especialistas em informática, o inglês Babbage tornou-se o fundador da impressão 3D e o desenvolvedor da primeira impressora convencional. Em 1822, ele começou a criar o chamado “motor de grandes diferenças”, projetado para realizar cálculos e imprimi-los. Como todas as grandes coisas, as ideias de Babbage estavam muito à frente do seu tempo e, passados ​​20 anos, o projeto nunca foi implementado e foi encerrado.

O Grande Motor Diferencial de Babbage

Mais de 100 anos se passaram antes que um segundo, desta vez, fosse feita uma tentativa mais bem-sucedida de criar uma impressora. A primeira impressora preto e branco foi lançada em 1953. Mais 23 anos se passaram e a IBM cria a primeira impressora colorida a jato de tinta. Hoje, o número de impressoras em escritórios e outras organizações perde apenas para o número de computadores.

Na segunda metade da década de 80 ocorreu outro avanço tecnológico. Em 1986, o americano Check Hull formulou o conceito de impressão tridimensional e, dois anos depois, seu compatriota Scot Crump, baseado nele, desenvolveu a tecnologia FDM - moldagem por decomposição de material fundido. Todas as impressoras tridimensionais em operação atualmente devem sua aparência a isso.

Como funciona uma impressora 3D?

Comparada a uma impressora impressa, que transfere texto eletrônico para papel plano, uma impressora 3D lida com informações tridimensionais. Em uma palavra, recria o objeto como ele é.

Como uma impressora 3D imprime? Primeiro, um modelo digital do objeto é criado em um computador usando um programa especial. Ele meio que “desmembra” o modelo em camadas, após as quais a impressora entra em ação. Assim como seu “irmão” de impressão, a impressora 3D possui tinta própria, embora seja constituída por um pó composto.

Há cerca de 10 anos, apenas um tipo de “tinta” era usado - plástico ABC. Hoje já são mais de uma centena deles - polipropileno, concreto, celulose, náilon, pós metálicos, gesso, chocolate e muitos outros.

Durante a operação, o material de partida é transformado em uma massa, que é aplicada camada por camada na superfície de trabalho por meio de um bico especial. Após a aplicação da próxima camada, pode-se aplicar um revestimento adesivo por cima e depois outra camada de “tinta”. E assim sucessivamente até que o objeto seja completamente reproduzido. Você pode assistir a impressora 3D em ação no vídeo.

Mas este é o princípio geral de funcionamento de uma impressora 3D, a chamada tecnologia de prototipagem rápida. Vários métodos foram desenvolvidos com base nele. Aqui estão apenas alguns deles.

Estereolitografia (SLA)

Uma das primeiras tecnologias de impressão 3D. O material de construção utilizado é uma mistura de polímero líquido com um agente endurecedor, algo semelhante à resina epóxi. A polimerização e posterior endurecimento da mistura ocorrem sob a influência de um laser ultravioleta.

O modelo é formado em camadas finas sobre um substrato móvel com furos fixados a um microelevador, que se move para cima ou para baixo até a profundidade de uma camada. Durante a imersão no polímero líquido, o feixe de laser é fixado nas áreas a serem curadas. Assim que uma camada for formada, a peça de trabalho subirá (cairá).

Esta tecnologia foi desenvolvida pela 3D Systems. Tem muito em comum com a tecnologia de impressão a jato de tinta. A peculiaridade do dispositivo e do princípio de funcionamento desta impressora 3D é que ela utiliza vários (até várias centenas) bicos dispostos em fileiras na cabeça de impressão.

A tinta torna-se líquida por aquecimento e, após aplicação camada por camada na superfície de trabalho, endurece à temperatura ambiente. O cabeçote se move em um plano horizontal, e o deslocamento vertical à medida que cada nova camada é formada é realizado abaixando a mesa de trabalho.

Sinterização seletiva a laser (SLS)

Um verdadeiro avanço foi a introdução de tecnologias de impressão 3D na metalurgia. Como funciona? Uma característica especial desta tecnologia é que a função do fluido de trabalho é desempenhada por um pó composto constituído por partículas com diâmetro de 50 a 100 mícrons. O pó é aplicado horizontalmente em camadas finas e uniformes e, na fase final, certas áreas são sinterizadas com feixe de laser.

Uma das principais vantagens da sinterização a laser é sua economia única e quase total ausência de desperdício em comparação aos métodos mecânicos tradicionais de processamento de metal - perfuração, fresamento, corte, fundição e outros, além de acabamento mínimo.

Uma condição necessária para a sinterização a laser é um ambiente de nitrogênio com teor mínimo de oxigênio, uma vez que o processo ocorre em altas temperaturas.

A lista de tecnologias de impressão 3D está longe de se limitar a isso. É complementado por colagem de filme camada por camada, fusão camada por camada, impressão camada por camada com fio de polímero fundido e irradiação ultravioleta através de máscara fotográfica.

O que mais devo imprimir?

Depois de descobrir como funciona uma impressora 3D, é hora de falar sobre o que pode ser feito com ela hoje. Assim como as roupas da moda e muito confortáveis, é “experimentada” por representantes de diversas áreas da ciência e da indústria. Acontece que você pode imprimir quase tudo, desde bens de consumo feitos de plástico até painéis solares, peças para motores a jato e próteses médicas.

Os militares e os construtores estão de olho na tecnologia de impressão 3D. Não faz muito tempo, foi entregue a bordo da ISS uma impressora 3D desenvolvida para a NASA, com a qual foram fabricadas diversas ferramentas necessárias em condições de gravidade zero. É bem possível que, desta forma, durante uma futura missão a Marte, peças sobressalentes individuais tenham de ser fabricadas directamente a bordo da nave espacial.

Também está sendo considerada a opção de construir casas marcianas por meio de impressão 3D, para as quais serão entregues impressoras especiais de construção da Terra. A base da “tinta” para eles será o solo marciano.

No início deste século, o 3D tornou-se parte integrante de nossas vidas. Inicialmente, evocou associações com o mundo do cinema, dos desenhos animados ou da fotografia. Mas duvidamos que em nossa época haja pelo menos uma pessoa que não tenha ouvido o que é impressão 3D.

Que tipo de termo novo é esse, como pode afetar a vida, a produção e a ciência de Budyonny, veremos neste artigo.

No início, oferecemos-lhe uma pequena excursão pela história. Embora a impressão 3D só tenha começado a ser amplamente comentada nos últimos anos, ela já existe há algum tempo. Em 1984, a empresa Charles Hull desenvolveu a impressão 3D, cuja fonte eram dados binários, e 2 anos depois recebeu a patente para uma invenção chamada estereolitografia. No mesmo ano, os engenheiros conseguiram produzir o primeiro dispositivo de impressão 3D industrial do mundo. Algum tempo depois, a empresa 3D Systems iniciou o desenvolvimento de uma área promissora: já em 1988, criou um modelo de impressora para impressão 3D em casa, nomeadamente a SLA - 250.

Dentro de um curto período de tempo, a marca Scott Grump foi capaz de implementar a modelagem de deposição fundida. Após alguns anos de silêncio, em 1991, a empresa Helisys inventa e apresenta ao público em geral a mais recente técnica de impressão multicamadas e, um ano depois, em 1992, um dos primeiros sistemas seletivos de soldagem a laser vê a luz do dia na DTM. Depois disso, em 1993, foi criada a organização Solidscape, que se dedica à produção em massa de impressoras jato de tinta, que têm a capacidade de recriar vários objetos com uma superfície quase ideal e, ao mesmo tempo, têm custos relativamente baixos. Ao mesmo tempo, o Instituto de Massachusetts mostrou sua tecnologia de impressão 3D, um tanto semelhante à usada em dispositivos padrão de impressão a jato de tinta. Mesmo assim, o maior pico no desenvolvimento da impressão 3D ocorre no século XXI.

Em 2005, foi lançada uma impressora 3D que não apenas criava peças, mas também as coloria. O produto Z Corp foi batizado de Spectrum Z510 e, quase alguns anos depois, apareceu uma impressora que podia recriar até 50% de todos os elementos com os quais era feito. Hoje, o ambiente para o uso da impressão 3D está em constante expansão, pois com sua ajuda, ao que parece, é possível criar quase tudo, desde órgãos internos de seres vivos até móveis banais. Mas mencionaremos as áreas de uso das impressoras 3D a seguir.

Impressão 3D como funciona

Essencialmente, a impressão 3D é a recriação exata de uma peça modelada por computador usando um dispositivo de impressão especial. Inicialmente, um modelo digital é um documento STL, e só então uma impressora 3D cria um objeto real a partir desse arquivo. O processo de impressão em si é uma aplicação repetida periodicamente de camadas sobre a mesa (elevador), com seu movimento gradativo para baixo, e posteriormente a retirada do excesso de mistura de impressão. Os ciclos de impressão se substituem monotonamente, e com cada um deles o elevador desce até uma determinada altura, e assim a própria peça é criada.

Como funciona uma impressora 3D?

Acontece que a impressão 3D pode substituir perfeitamente a prototipagem de peças em pequena escala. Ao contrário de uma impressora normal, que só pode recriar fotografias, uma máquina 3D cria objetos reais. Hoje, tais dispositivos são capazes de trabalhar com resinas fotopolíméricas, fios plásticos de diferentes espessuras, pó cerâmico e argila metálica.

O que é uma impressora 3D?

Este dispositivo baseia-se na reconstrução gradual de um objeto a partir de uma lima, com aplicação da substância camada por camada. Em essência, a peça parece crescer e, eventualmente, finalizando seu crescimento, se transforma em um produto acabado. As vantagens da impressão 3D incluem a simplicidade do processo, o seu baixo custo e, o mais importante, a alta velocidade. Por exemplo, para criar qualquer peça complexa manualmente, pode ser necessário muito esforço e tempo - até meses. Além disso, com o método tradicional, primeiro é necessário criar desenhos e verificá-los. Como resultado, o fabricante tem custos de desenvolvimento mais elevados e muito tempo para isso.

A tecnologia 3D é completamente desprovida das desvantagens descritas acima, especialmente ao utilizá-la, vários problemas e problemas que podem surgir são eliminados durante o processo de desenvolvimento, e não durante a fabricação, como acontece com o projeto manual. Além disso, ao modelar uma peça por computador, o engenheiro pode testá-la no primeiro estágio e examiná-la de todos os ângulos e, se forem encontradas deficiências, eliminá-las imediatamente. É por isso que a presença de erros nas peças impressas é totalmente excluída.

Hoje existem vários métodos diferentes de impressão 3D, e eles diferem justamente no método de aplicação das camadas. Vamos falar sobre os principais. As principais tecnologias de impressão 3D são SLS (entrelaçamento seletivo a laser), NRM (camadas de fusão) e SLA (estereolitografia). A tecnologia mais popular, devido à sua alta velocidade, é a tecnologia SLA.

O feixe de laser é direcionado ao fotopolímero, permitindo assim o endurecimento do material aplicado. Uma substância translúcida é usada como fotopolímero, capaz de se deformar sob a influência da umidade atmosférica. Após o endurecimento, esse material pode ser facilmente colado, processado e pintado. A própria mesa (elevador) chega em um contêiner cheio de fotopolímero. Após a aplicação da próxima camada, o feixe de laser passa por ela, endurecendo-a, e a mesa de trabalho desce.

Trata-se da chamada sinterização ou fusão de composições do tipo pó, o SLS é uma das poucas técnicas capazes de produzir moldes tanto para fundição de plástico quanto de metal. Objetos de plástico têm excelentes propriedades mecânicas, por isso podem ser facilmente usados ​​para criar peças de mecanismo completas. O SLS utiliza materiais com parâmetros próximos aos produtos acabados, como cerâmica, plástico ou metal.

A própria impressora é construída da seguinte forma: o pó é aplicado na superfície do elevador e, sob a ação de um laser, é sinterizado em uma camada sólida que atende aos requisitos necessários.

A tecnologia DLP está presente no mercado de impressão tridimensional há relativamente pouco tempo. Os dispositivos de impressão estereolitográfica estão agora posicionados como uma alternativa aos modelos FDM. Tais dispositivos utilizam técnicas de processamento de luz. Ao contrário dos análogos onde fios plásticos e elementos de aquecimento são usados ​​para impressão, aqui resinas fotopolímeras são usadas em conjunto com um projetor DLP. Apesar do nome complexo, a impressora 3D DLP praticamente não difere de nenhuma outra contraparte serial. Deve-se notar também que os desenvolvedores da QSQM Technology Corporation já começaram a criar os primeiros dispositivos desta série.

Deve-se notar que as técnicas SLS/DMLS não são as únicas capazes de imprimir em metal. Hoje, a fusão por feixe de elétrons também é usada para tais fins. Como mostraram testes de laboratório, a aplicação de camadas de metal por fusão de fio é ineficaz, por isso foi desenvolvido um material especial - argila metálica.

A argila metálica atua como tinta durante a superfície do feixe de elétrons; é feita de uma combinação de cola, aparas de metal e água. Para converter a tinta em um sólido, ela deve ser aquecida a uma temperatura na qual a água e a mistura adesiva evaporem e as aparas de metal se fundam.

Como funciona uma impressora 3D EBM?

Exatamente a mesma opção é usada ao trabalhar com impressoras SLS, com a única diferença de que os modelos EBM criam pulsos elétricos ordenados, em vez de um feixe de laser, para derreter argila metálica. Esta abordagem permite-nos alcançar uma excelente qualidade dos objetos fabricados e um excelente detalhamento. Hoje, apenas dispositivos industriais que utilizam tecnologia EBM estão à venda.

Tecnologia HPM (FDM) HPM

Essa tecnologia pode produzir não apenas modelos, mas peças totalmente acabadas em diversos tipos de plástico. Suas vantagens incluem a possibilidade de utilização de matérias-primas industriais, o que não é possível com outros dispositivos. As peças criadas com tecnologia HPM (FDM) possuem excelente resistência a qualquer tipo de impacto, além de alta resistência.

A impressão usando a tecnologia HPM apresenta boa suavidade de superfície, fácil operação e capacidade para trabalhar no escritório. Objetos feitos de termoplástico apresentam boa resistência a temperaturas elevadas, esforços mecânicos, diversos reagentes químicos, bem como ambientes úmidos e secos.

Os materiais solúveis que os acompanham permitem produzir formas multiníveis bastante complexas, bem como cavidades e furos muito difíceis de obter pelos meios convencionais. As impressoras HRM produzem peças depositando uma série de camadas, uma sobre a outra, enquanto o metal é aquecido até um estado semilíquido e extrudado através de um bico em locais específicos programados em um PC.

Para imprimir pela técnica NRM, são utilizados dois materiais diferentes ao mesmo tempo, o principal é necessário para criar a própria peça e o adicional é necessário para suporte. Fios de ambos os metais são alimentados na cabeça do aparelho, que movimenta e ajusta o metal, formando uma camada. Após completar a próxima camada, a plataforma é abaixada e a cabeça é colocada sobre a próxima camada. Quando a impressora 3D terminar de produzir a peça, é necessário separar o metal auxiliar, ou dissolvê-lo com um detergente. O produto está pronto para uso.

Hoje, não apenas os dispositivos HPM automáticos são muito populares, mas também suas versões manuais. Esses dispositivos são essencialmente canetas para criar objetos 3D. Essas canetas são feitas como impressoras automáticas, com a única diferença de que a pessoa segura a cabeça na mão e dispensa o material a ser depositado.

Naturalmente, assim como a tecnologia, os próprios dispositivos também diferem uns dos outros. Se você tiver um modelo do tipo SLA, ele não poderá funcionar pelo método SLS, ou seja, qualquer uma das impressoras é capaz de processar peças apenas com sua própria tecnologia individual.

Aplicações de impressão 3D

A impressão 3D abriu novos horizontes em indústrias como construção, medicina, educação, vestuário, manufatura, joias e até mesmo na indústria alimentícia.

Por exemplo, na arquitetura, a impressão 3D pode criar maquetes de casas, ou microdistritos inteiros, com todas as suas características. Para esse trabalho, utiliza-se uma mistura de gesso barata, o que torna o custo dos modelos muito baixo. A mais ampla gama de cores de 390 mil tons CMYK permite implementar facilmente absolutamente qualquer ideia, mesmo a mais inusitada, de um arquiteto.

Impressora 3D para arquitetura

Hoje podemos presumir com segurança que em breve ocorrerá um avanço gigantesco na indústria da construção. Engenheiros da Califórnia conseguiram criar um sistema único para impressão 3D de objetos em tamanho real. Funciona como um guindaste que constrói as paredes das casas. Por exemplo, para imprimir uma casa completa de dois andares, a impressora precisa de apenas 20 horas. Depois disso, os construtores só precisarão terminar as paredes. A Casa 3D está se tornando cada vez mais popular.

Outras aplicações

Já hoje, os principais profissionais da área médica são capazes de usar uma impressora 3D para recriar seções individuais do esqueleto humano, graças ao qual se tornou muito mais fácil realizar operações e os próprios implantes se enraizaram melhor. As tecnologias de impressão também são amplamente populares na área odontológica; os implantes produzidos dessa forma são de qualidade superior.

Há relativamente pouco tempo, cientistas da Alemanha conseguiram imprimir pele humana. A matéria-prima para sua criação é um gel feito a partir da pele do doador. Em 2011, especialistas tiveram a sorte de produzir um rim humano vivo usando uma impressora 3D.

Como pode ser visto acima, as capacidades das impressoras 3D têm um enorme potencial. Aparelhos que preparam pratos deliciosos, fazem próteses e órgãos internos de pessoas, brinquedos e manuais de instruções, sapatos e jaquetas - isso não é mais ficção científica - mas o nosso presente. E o que nos espera em um futuro próximo, apenas um escritor de ficção científica com boa imaginação provavelmente poderá responder a essa pergunta.

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