Não existe uma única maneira de realizar a impressão 3D. Atualmente existem sete processos de fabricação padrão reconhecidos pelo Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM). Todos esses processos são de natureza aditiva e diferem apenas na forma como as camadas são dispostas. Estão sendo feitos esforços para inovar novos processos além dos tipos aditivos, mas atualmente apenas os processos de fabricação aditiva são aplicáveis à impressão 3D. Vamos ver como o processo de extrusão de materiais implementa a impressão 3D.
Extrusão de Materiais
Extrusão é um termo usado para designar um processo de criação de objetos de perfil transversal fixo. No contexto da impressão 3D, o termo “Extrusão” tem um significado mais específico e refere-se ao envolvimento de uma “Extremidade Quente” e uma “Extremidade Fria” no processo. A extrusão de materiais é o processo de impressão 3D mais comumente usado. Modelagem de Deposição Fundida (FDM) é o processo de extrusão de materiais mais popular, além de seu equivalente de código aberto Fabricação de Filamento Fundido (FFF) que só difere na forma de ser legalmente irrestrito.
Modelagem de Deposição Fundida (FDM)
S. Scott Crump é o homem por trás do desenvolvimento da tecnologia FDM. A tecnologia foi desenvolvida e patenteada na década de 1980. Mais tarde, Crump fundou uma empresa – Stratasys em 1988, que registrou o termo “Fused Deposition Modelling”.
Sendo um processo de extrusão, o FDM envolve uma extremidade quente e uma extremidade fria. A extremidade quente é uma cabeça de extrusão à qual o material de fabricação é fornecido desenrolando um filamento de plástico ou fio de metal de uma bobina. O fio ou filamento é alimentado ao bico do cabeçote em uma rosca sem-fim a uma taxa controlada. À medida que o filamento ou fio entra no bocal de extrusão, ele é aquecido além da temperatura de transição vítrea e derrete.
Quando o filamento ou fio fundido sai do bico de extrusão exposto ao ar ou a uma câmara de gás inerte, ele solidifica imediatamente sobre uma base ou sobre uma camada anterior. O uso de câmaras de gás inerte está em alta, pois melhora a adesão das camadas devido à prevenção da oxidação e melhora as características mecânicas do objeto criado.
O bocal de extrusão é móvel horizontalmente e/ou verticalmente enquanto a plataforma de base pode mover-se ao longo do terceiro plano restante. O movimento vertical e/ou horizontal do bocal é controlado por um mecanismo numérico enquanto o seu movimento ao longo do terceiro plano é determinado por um percurso de ferramenta de acordo com um software de fabricação auxiliada por computador (CAM). O bico se move de baixo para cima, finalizando a deposição de cada camada, uma após a outra, ou permanece estacionário em relação à plataforma móvel. O movimento do bico é finalmente retilíneo em um plano XYZ guiado por motores de passo. Com inovações recentes, o deltabot foi testado com sucesso para mover a extremidade do bico.
Normalmente no FDM os modelos são construídos utilizando vários tipos de termoplásticos e suas estruturas de suporte são geradas simultaneamente. As estruturas de suporte são necessárias para manter o modelo em orientação fixa durante o processo. Os materiais utilizados para criar estruturas de suporte são os respectivos materiais solúveis. Existem dois tipos de termoplásticos que são comumente usados em FDM – Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) e Ácido Polilático (PLA). Vários outros polímeros como poliamida (PA), lignina, policarbonato (PC), poliestireno (PS), borracha, etc. e alguns materiais condutores também são usados.
Fabricação de Filamento Fundido (FFF)
Fused Filament Fabrication é um termo cunhado pelo projeto RepRap, que é um projeto de código aberto para o desenvolvimento de impressoras 3D de mesa de baixo custo e acessíveis. Este projeto conduzido pela comunidade fornece impressoras 3D de hardware gratuito e de código aberto (FOSH). É o resultado de tentativas bem-sucedidas do projeto RepRap que as impressoras 3D que custavam nada menos que US$ 20.000 agora podem ser montadas a um preço acessível de US$ 1.000 ou menos.
O processo de fabricação de filamentos fundidos é quase semelhante ao da modelagem por deposição fundida, exceto que os termos usados para reconhecer várias partes da impressora 3D e os nomes das especificações do processo são diferentes. O conjunto de extrusão onde a alimentação é fundida é referido como “Liquefeitor” e os caminhos das camadas depositados são chamados de “Estradas”. Na maioria das impressoras FFF, o ambiente térmico da câmara é especificamente mantido a uma temperatura apenas ligeiramente inferior à temperatura de transição vítrea do material.
As impressoras FFF vêm com diversas opções quanto à montagem mecânica da extrusora. Alguns dos arranjos mecânicos comuns de extrusoras em impressoras 3D FFF são –
Cartesiano-XY: O movimento do Liquefier e do bocal está vinculado ao eixo XY e a plataforma na qual o modelo é construído desce (eixo Z) como uma camada rasterizada com sucesso no plano XY. A primeira impressora 3D da RepRap – Darwin possui o tipo Cartesiano-XY.
Cartesiano-XZ: Nesta configuração, a cabeça da extrusora se move nos eixos X e Z enquanto a plataforma pode se mover para a esquerda e para a direita ao longo do eixo Y. Desta forma, a plataforma pode suportar mais carga. A Mendel é a primeira impressora 3D do tipo Cartesian-XZ do projeto RepRap e foi construída em Arduino. Outras impressoras Cartesian-XZ FFF populares são a impressora 3D RepRap Guru DIY Prusa I3 e a impressora 3D Original Prusa i3.
Delta: Esta também é uma configuração cartesiana, mas a cabeça da extrusora é sustentada por três braços suspensos numa configuração triangular. Este tipo de disposição permite maior precisão e impressão mais rápida. Algumas impressoras Delta 3D acessíveis são Afinibot Micro Delta Kit, Folger Tech Kossel Auto Leveling Delta 3D Printer Kit, He 3D – Mega Delta 3D Printer Kit, Rostock MAX v3 etc.
NúcleoXY: Este arranjo da cabeça da extrusora do tipo cartesiano é uma melhoria da configuração XY tradicional. Em vez do movimento sequencial no eixo XY, o arranjo CoreXY permite que a cabeça se mova por um efeito combinado de coordenadas xey que são manipuladas por um sistema paralelo. Alguns exemplos de impressoras 3D CoreXY são RepRap-XY de “jand”, C-bot, AluXY de “Zelogik”, Vulcanus, AXIOM 20 Direct Drive, VSlot-CoreXY e Voron.
ESCARA: SCARA é uma abreviatura de Selective Compliant Assembly/Articulated Robot Arm. A cabeça da extrusora se move em estilo cartesiano em todos os eixos (X, Y e Z)
As impressoras FFF de estilo cartesiano possuem três ou quatro motores de passo para mover o cabeçote nos eixos X, Y e Z, enquanto a impressora Polar possui apenas dois motores de passo montados.
A fotopolimerização Vat é outro processo de impressão 3D padrão reconhecido pela ASTM. Aprender mais sobre Fotopolimerização de cuba aqui.
