Impressão 3D: o que você precisa saber

Eles não são a impressora de margaridas do seu avô ou a matriz de pontos da sua mãe. De fato, eles têm pouca semelhança com as impressoras de documentos ou fotos atuais, que só podem ser impressas em duas dimensões antigas e chatas. Como o próprio nome sugere, as impressoras 3D podem criar objetos tridimensionais, com uma variedade de materiais. Eles vão se popularizar em lojas como Staples, Best Buy e Home Depot, e você pode comprar várias impressoras 3D e seus suprimentos na Amazon.com e em outros pontos de venda on-line. Embora ainda sejam encontradas principalmente nas lojas ou nos estúdios de design, nas escolas e nos centros comunitários, e nas mãos de entusiastas, as impressoras 3D estão sendo cada vez mais encontradas em bancadas de trabalho, salas de recreação e cozinhas - e talvez em uma casa perto de você, se não é seu.

O que é impressão 3D?

Na sua forma mais básica, a impressão 3D é um processo de fabricação no qual o material é depositado, camada por camada, para formar um objeto tridimensional. (Isso é considerado um processo aditivo porque o objeto é construído do zero, em oposição aos processos subtrativos nos quais o material é cortado, perfurado, fresado ou usinado.) Embora as impressoras 3D empregem uma variedade de materiais (como plástico ou metal) e técnicas (consulte "Como funciona a impressão 3D?" abaixo), eles compartilham a capacidade de transformar arquivos digitais contendo dados tridimensionais - criados em um programa de desenho auxiliado por computador (CAD) ou de fabricação auxiliada por computador (CAM), ou de um scanner 3D - em objetos físicos.

A impressão 3D é uniforme?

Sim, a impressão 3D pode ser considerada impressão, embora não como tradicionalmente definida. As definições relevantes de Webster de "impressão" centram-se na produção de material impresso, publicações ou fotografias, e produzindo por meio de impressão (a aplicação de pressão). Nenhuma definição realmente se encaixa na impressão 3D. Mas, do ponto de vista tecnológico, a impressão 3D é uma conseqüência da impressão tradicional, na qual uma camada de material (geralmente tinta) é aplicada. Geralmente é tão fino que não há altura perceptível (embora com impressoras de tinta sólida seja um pouco mais espessa). O que a impressão 3D faz é estender bastante essa altura através da aplicação de várias camadas. Portanto, faria sentido expandir a definição de impressão para incluir a fabricação de objetos tridimensionais dessa maneira.

Como funciona a impressão 3D?

Assim como as impressoras tradicionais, as impressoras 3D usam uma variedade de tecnologias. O mais conhecido é a modelagem por deposição por fusão (FDM), também conhecida como fabricação de filamentos fundidos (FFF). Nele, um filamento - composto de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), ácido polilático (PLA) ou outro termoplástico - é derretido e depositado através de um bico de extrusão aquecido em camadas. As primeiras impressoras 3D a chegar ao mercado, fabricadas em meados da década de 90 pela Stratasys com a ajuda da IBM, usaram o FDM (termo registrado pela Stratasys), assim como a maioria das impressoras 3D voltadas para consumidores, entusiastas e escolas.

Outra tecnologia usada na impressão 3D é a estereolitografia. Nele, um laser UV é inserido em uma cuba de fotopolímero sensível ao ultravioleta, traçando o objeto a ser criado em sua superfície. O polímero solidifica onde quer que o feixe o toque e "imprime" o objeto camada por camada, de acordo com as instruções no arquivo CAD ou CAM do qual está trabalhando.

Em uma variação disso, você também tem a impressão 3D do projetor digital de luz (DLP). Este método expõe um polímero líquido à luz de um projetor digital de processamento de luz. Isso endurece a camada de polímero por camada até que o objeto seja construído e o polímero líquido restante seja drenado.

A modelagem por jato múltiplo é um sistema de impressão 3D semelhante a jato de tinta que pulveriza um aglutinante colorido em forma de cola em camadas sucessivas de pó onde o objeto deve ser formado. Esse é um dos métodos mais rápidos e um dos poucos que suporta impressão multicolorida.

É possível modificar um jato de tinta padrão para imprimir com materiais que não sejam tinta. Os bricolage empreendedores construíram ou modificaram cabeças de impressão, geralmente cabeças piezoelétricas, para trabalhar com vários materiais - em alguns casos, imprimindo as próprias cabeças de impressão em outras impressoras 3D! Empresas como a MicroFab Technologies vendem cabeças de impressão compatíveis com 3D (assim como sistemas de impressão completos).

A sinterização seletiva a laser (SLS) usa um laser de alta potência para fundir partículas de plástico, metal, cerâmica ou vidro. No final do trabalho, o material restante é reciclado. A fusão por feixe de elétrons (EBM) usa - você adivinhou - um feixe de elétrons para derreter pó de metal, camada por camada. O titânio é frequentemente usado com EBM para sintetizar implantes médicos, bem como peças de aeronaves.

Dependendo da técnica, as impressoras 3D podem usar uma variedade de materiais, incluindo, entre outros, metais (aço inoxidável, solda, alumínio e titânio entre eles); plásticos e polímeros (incluindo compósitos que combinam plásticos com metais, madeira e outros materiais); cerâmica; gesso; vidro; e até alimentos como queijo, glacê e chocolate! (Veja nossa cartilha sobre os tipos de filamentos de impressoras 3D.)

Quem inventou a impressão 3D?

A primeira impressora 3D, que usou a técnica de estereolitografia, foi criada por Charles W. Hull em meados da década de 1980. A estereolitografia é em grande parte uma técnica comercial cara, com máquinas geralmente custando US $ 100.000 ou mais.

Em 1986, Hull fundou a 3D Systems, uma empresa que hoje vende impressoras 3D que usam uma variedade de tecnologias. Eles variam de kits básicos a sistemas comerciais avançados, e a 3D Systems também fornece serviços de peças sob demanda, principalmente para usuários corporativos.

Quais são os benefícios da impressão 3D?

Com a impressão 3D, os designers têm a capacidade de transformar conceitos rapidamente em modelos ou protótipos 3D (também conhecidos como "prototipagem rápida") e implementar mudanças rápidas no design. Permite que os fabricantes produzam produtos sob demanda, e não em grandes tiragens, melhorando o gerenciamento de estoque e reduzindo o espaço do armazém. Pessoas em locais remotos podem fabricar objetos que seriam inacessíveis a eles.

Do ponto de vista prático, a impressão 3D pode economizar dinheiro e material em comparação às técnicas subtrativas, pois muito pouca matéria-prima é desperdiçada. E promete mudar a natureza da fabricação, permitindo que os consumidores baixem arquivos para imprimir até objetos 3D complexos - incluindo, por exemplo, dispositivos eletrônicos - em suas próprias casas.

O que as impressoras 3D podem fazer?

Os designers usam impressoras 3D para criar rapidamente modelos e protótipos de produtos, mas também estão sendo cada vez mais usados ​​na produção de produtos finais. Entre os itens feitos com impressoras 3D estão os designs de calçados, móveis, peças fundidas com cera para fazer jóias, ferramentas, tripés, itens para presentes e novidades e brinquedos. As indústrias automotiva e de aviação usam impressoras 3D para fazer peças. Artistas podem criar esculturas e arquitetos podem fabricar modelos de seus projetos. Os arqueólogos estão usando impressoras 3D para reconstruir modelos de artefatos frágeis, incluindo algumas das antiguidades que nos últimos anos foram destruídas pelo ISIS. Da mesma forma, os paleontologistas e seus alunos podem duplicar esqueletos de dinossauros e outros fósseis. Confira nossa galeria de objetos de impressora 3D simples e práticos.

Médicos e técnicos podem usar a impressão 3D para fazer próteses, aparelhos auditivos, dentes artificiais e enxertos ósseos, além de replicar modelos de órgãos, tumores e outras estruturas corporais internas das tomografias computadorizadas, em preparação para a cirurgia. Um bom exemplo é o Projeto Daniel, que imprime em 3D próteses e braços e mãos para vítimas da violência no Sudão. Além disso, as impressoras 3D em desenvolvimento que podem estabelecer camadas de células para criar órgãos artificiais (como rins e vasos sanguíneos) já estão na fase de P&D. Existe até um lugar para a impressão 3D em forense, por exemplo, para replicar uma bala alojada dentro de uma vítima.

A eletrônica impressa é um conjunto de métodos de impressão que permitem que dispositivos ou circuitos eletrônicos sejam impressos em material flexível, como etiquetas, tecidos e papelão, pela aplicação de tintas eletrônicas ou ópticas. Ele fornece fabricação de baixo custo de dispositivos de baixo desempenho. A eletrônica impressa está começando a ser combinada com a impressão 3D, permitindo a impressão de circuitos ou dispositivos em camadas. Um resultado natural dessa combinação potente é que um dia você poderá imprimir gadgets a partir de planos 3D em vez de comprá-los.

A preparação de alimentos é outra maneira de usar as impressoras 3D. O French Culinary Institute utiliza uma impressora 3D de código aberto desenvolvida na Universidade de Cornell para preparar iguarias artísticas, e o MIT criou uma impressora 3D de alimentos chamada Cornucopia. Um pequeno número de restaurantes está testando protótipos de impressoras de alimentos. A pesquisa de impressão 3D da NASA incluiu impressão de alimentos, como pizza impressa em 3D.

Um punhado de impressoras 3D para alimentos está disponível comercialmente. Eles tendem a se concentrar em itens alimentares específicos, como chocolate, panquecas ou biscoitos.

O que são serviços de impressão 3D?

Você não precisa possuir uma impressora 3D para se beneficiar de uma. Muitos serviços de impressão 3D, como Shapeways e Sculpteo, imprimem presentes e outros itens pequenos sob pedido em suas próprias impressoras 3D e os enviam ao cliente. Os clientes podem enviar seus próprios arquivos de objetos 3D ou escolher itens, a maioria deles projetados por outros usuários do serviço, de um catálogo online.

Mas os serviços de impressão 3D não são mais apenas o domínio de especialistas. Grandes empresas como Staples e UPS introduziram serviços de impressão 3D, e algumas lojas de impressão tradicionais adicionaram a impressão 3D ao seu repertório.

Onde posso obter uma impressora 3D?

A maioria dos fabricantes de impressoras 3D vende seus produtos diretamente online. Muitos varejistas eletrônicos agora os estocam, incluindo empresas somente on-line como a Amazon.com e outras que também possuem lojas físicas. Alguns deles, como Walmart, Best Buy e Staples, os oferecem tanto em lojas quanto on-line, mas verifique a disponibilidade da loja em seus sites, pois nem todas as lojas os levam. Várias lojas de impressoras 3D foram abertas nas principais cidades. Por exemplo, o iMakr possui vitrines em Londres e na cidade de Nova York.

Alguns varejistas on-line são especializados em impressoras 3D, como o Dynamism, que vende uma variedade de impressoras 3D de diferentes marcas e também oferece suporte ao cliente.

Qual software eu preciso para impressão 3D?

Quase todas as impressoras 3D aceitam arquivos no formato STL (denominado estereolitografia). Esses tipos de arquivos podem ser produzidos pela maioria dos softwares CAD, desde pacotes comerciais caros como o AutoCAD a produtos gratuitos ou de código aberto, como Google SketchUp e Blender. Para aqueles que não desejam criar seus próprios arquivos 3D, os bancos de dados de objetos 3D, como o Thingiverse da MakerBot, oferecem vários arquivos de objetos 3D que podem ser baixados e impressos.

A maioria das impressoras 3D vem com um pacote de software, fornecido em disco ou disponível para download, que inclui tudo o que você precisa para obter impressão. As suítes geralmente fornecem um programa para controlar a impressora e um slicer, que, em preparação para a impressão, formata o arquivo de objeto em camadas com base na resolução selecionada e em outros fatores. Alguns pacotes incluem um programa para "reparar" o arquivo do objeto, corrigindo problemas que podem interferir na impressão suave. Os programas surgiram do movimento de código aberto RepRap, do qual a impressão 3D amadora se desenvolveu. Com algumas impressoras, você pode escolher os programas de componentes individuais para baixar, em vez de aceitar o que é fornecido no pacote.

O que o futuro reserva para a impressão 3D?

Está prontamente disponível uma variedade de impressoras 3D para residências e pequenas empresas - a PCMag analisou várias delas - mas elas ainda são frequentemente vistas como engenhocas exóticas e bastante caras. Espere que isso mude nos próximos anos, quando as impressoras 3D se tornarem mais comuns nas residências - em bancadas, estúdios, escritórios domésticos e até na cozinha. Você pode não encontrá-los em todos os lares, mas eles se tornarão indispensáveis ​​para as pessoas que os possuem. Na maioria das vezes, os itens feitos com impressoras 3D têm interiores homogêneos, mas começaremos a ver criações mais complexas combinando vários materiais e compostos, além de eletrônicos para impressão. Com as impressoras 3D atuais, se você perder a tampa da bateria do controle remoto da TV, poderá imprimir uma tampa de substituição. Com o de amanhã, se você perder o controle remoto, poderá imprimir um novo controle remoto.

Além disso, a impressão 3D está ganhando espaço no espaço sideral. A NASA está experimentando impressoras 3D a bordo da Estação Espacial Internacional. Eventualmente, impressoras 3D podem ser usadas para criar habitats em Marte e outros mundos. Para salvar os astronautas da Apollo 13 de morrer de asfixia por monóxido de carbono, a NASA precisou encontrar uma maneira de encaixar um pino quadrado em um buraco redondo. Se houvesse uma impressora 3D a bordo, eles poderiam ter sido capazes de resolver facilmente o problema projetando e imprimindo um conector.

Os astronautas não podem dar um giro na Home Depot se precisarem substituir uma válvula ou widget, mas uma impressora 3D pode fabricar uma conforme necessário. Da mesma forma, veremos impressoras 3D nas bases antárticas e em outros locais terrestres remotos, onde as pessoas não podem esperar seis meses pelo próximo reabastecimento para substituir peças ou ferramentas essenciais.

As aplicações médicas da impressão 3D não param com próteses, aparelhos auditivos e coroas dentárias. (Consulte "O que as impressoras 3D podem criar?" Acima para obter uma prévia do que está em andamento.) As peças de reposição não precisam ser restritas à mecânica.

Nos últimos anos, vimos uma explosão na variedade e no uso de impressoras 3D. É semelhante a onde a computação pessoal estava por volta de 1980. Embora seja fácil o suficiente ver algumas das áreas em que o campo da impressão 3D se ramificará, outras estão além da nossa capacidade de prever, assim como ninguém em 1980 poderia ter imaginado muito do que o computador pessoal se tornaria. É possível que a impressão 3D possa não ter o mesmo impacto que o PC, mas tem o potencial de revolucionar a fabricação e, talvez mais importante, trazê-la para as mãos dos consumidores comuns. Uma coisa é certa: a impressão 3D chegou para ficar.

Para obter mais informações, consulte nosso guia das 10 melhores impressoras 3D e algumas dicas de um dos primeiros a adotar.