Imagine criar o que quiser, camada por camada, diretamente em sua mesa. Bem-vindo ao mundo da impressão 3D! Essa tecnologia revolucionária, também conhecida como manufatura aditiva, constrói objetos adicionando material camada por camada, ignorando os métodos tradicionais de corte a partir de um bloco sólido. Neste artigo, você explorará como funciona a impressão 3D, seus vários métodos e suas incríveis aplicações em campos como aeroespacial, medicina e manufatura. Prepare-se para descobrir como a impressão 3D está transformando o futuro da produção e do design.
A manufatura aditiva (AM), comumente conhecida como tecnologia de impressão 3D, é uma tecnologia de prototipagem rápida diferente da manufatura tradicional de redução de material.
Por meio da digitalização tridimensional digital e do processamento em camadas do modelo, com a ajuda de equipamentos de fabricação digital semelhantes a impressoras, os materiais são continuamente sobrepostos para formar o modelo sólido necessário.
Fluxograma de manufatura aditiva:
A tecnologia de impressão 3D foi desenvolvida pela primeira vez por Charles Hull em 1986 em um processo chamado estereolitografia (SLA) e, em seguida, desenvolveu tecnologias como sinterização seletiva a laser (SLS), fusão seletiva a laser (SLM) e tecnologia de microfusão a jato (3DP).
Desde que entrou no século 21, a tecnologia de impressão 3D fez novos avanços e desenvolvimentos, e muitas tecnologias pequenas que atendem às necessidades de setores específicos nasceram sob a subdivisão de grandes tecnologias.
Por exemplo, a tecnologia SLA: processamento digital de luz (DLP), tecnologia de jato múltiplo (Ployjet), tecnologia SLM: processamento direto de luz (DLP), tecnologia de jato múltiplo (Ployjet), tecnologia de jato múltiplo (Ployjet), tecnologia de jato múltiplo (Ployjet). laser de metal sinterização (DMLS).
Atualmente, ele tem sido amplamente utilizado nos setores aeroespacial, de equipamentos médicos, construção, automotivo, energia, design de joias e outros.
A revista Time listou a manufatura aditiva como "os 10 setores de crescimento mais rápido nos Estados Unidos".
A revista The Economist, do Reino Unido, acredita que ela "promoverá a realização da terceira revolução industrial juntamente com outros modos de produção digital", mudará os modos de produção e de vida no futuro, mudará a forma de fabricar produtos, mudará o padrão econômico mundial e, em seguida, mudará a vida humana.
Análise do sistema técnico das revoluções industriais anteriores
| Revolução industrial | Recursos | Base teórica | Unidade de energia / potência | Paradigma de fabricação | Paradigma de fabricação |
| A primeira revolução industrial (1750-1850) | Mecanização | Motor a vapor | Fabricação de material original igual e fabricação de material reduzido | Produção em uma única máquina | |
| A segunda revolução industrial (1850-1950) | Eletrificação | Teoria de redução mecânica baseada em certeza e padronização | Petroquímica Energia / motor de combustão interna, motor | Fabricação moderna de materiais reduzidos e iguais | Produção em massa com base na linha de montagem |
| A terceira revolução industrial (1950-2020) | Digitalização | Cibernética + teoria do sistema | Energia a jato, energia nuclear | Fabricação moderna de materiais reduzidos e iguais | Produção automática baseada em computador |
| A quarta revolução industrial (2020-2080?) | Intelectualização | Sistema + cibernética + teoria da informação | Usina de energia renovável baseada em fusão nuclear controlada | Integração de processos com base na manufatura aditiva | Fábrica inteligente baseada na Internet industrial |
Em comparação com a tecnologia de fabricação tradicional (fabricação de material reduzido), a impressão 3D não precisa fazer moldes com antecedência, remover uma grande quantidade de materiais no processo de fabricação e obter o produto final sem um processo complexo de forjamento.
Ele tem as características de "remoção de moldes, redução de resíduos de materiais e redução de estoque".
Na produção, ele pode otimizar a estrutura, economizar materiais e energia e melhorar muito a eficiência da fabricação.
Essa tecnologia é aplicável ao desenvolvimento de novos produtos, peças únicas rápidas e peças de pequenos lotes fabricação, fabricação de peças de formato complexo, projeto e fabricação de moldes, etc.
Ao mesmo tempo, também é aplicável à fabricação de materiais de difícil processamento, inspeção de design de formas, inspeção de montagem e engenharia reversa rápida.
Tempo de invenção das tecnologias de impressão 3D e principais empresas
| SLA | Inventor: Charles Hull (1984) Empresa dominante: America 3D systems, Liantai Technology |
| LOM | Inventor: Michael Feygin(1986) Empresa dominante: America Helisys |
| FDM | Inventor: Scott Crump(1988) Empresa dominante: América Stratasys/3Dsystems |
| SLS | Inventor: C.R. Dechard (1989) Empresa dominante: America 3DSystems, Huashu high tech |
| 3DP | Inventor: Emanual Sachs (1993) Empresa dominante: America Zcorporation |
| SLM | Inventor: Dieter Schwarze(1995) Empresa dominante: Solução SLM alemã, bolite |
| EBM | Inventor: Arcam AB (1997) Empresa dominante: Suécia Arcam AB |
| Polyjet3D | Inventor: Objet(2000) Empresa dominante: Israel3D systems |
O processo de manufatura aditiva inclui principalmente dois processos: design tridimensional e impressão camada por camada.
Primeiro, o software de modelagem por computador é usado para modelagem e, em seguida, o modelo tridimensional construído é dividido em seções de camada por camada para orientar a impressora a imprimir camada por camada.
O formato de arquivo padrão para a cooperação entre o software de design e a impressora é o formato de arquivo STL.
Um arquivo STL usa superfícies triangulares para aproximar a superfície de um objeto.
Quanto menor for a superfície triangular, maior será a resolução da superfície gerada.
O PLY é um scanner que digitaliza arquivos tridimensionais gerados por digitalização.
Os arquivos VRML ou WRL gerados pelo PLY são frequentemente usados como arquivos de entrada para impressão em cores.
A impressora lê as informações de seção transversal no documento, imprime essas seções transversais camada por camada com materiais líquidos, em pó ou em forma de folha e, em seguida, une as seções transversais de cada camada de várias maneiras para criar uma entidade, que pode criar artigos de qualquer formato.
Diagrama de trabalho de impressão da máquina de manufatura aditiva:
O princípio de funcionamento da máquina de manufatura aditiva é basicamente o mesmo de uma impressora comum, mas os materiais de impressão são bem diferentes.
Os materiais de impressão das impressoras comuns são tinta e papel, enquanto a máquina de manufatura aditiva contém diferentes "materiais de impressão", como metal, cerâmica, plástico e areia.
Depois que a impressora é conectada ao computador, os materiais podem ser empilhados camada por camada por meio do controle do computador (o processo de processamento em camadas é muito semelhante ao da impressão a jato de tinta) e, por fim, o projeto no computador pode ser transformado em um objeto físico.
A máquina de manufatura aditiva é um tipo de equipamento que pode "imprimir" objetos 3D reais.
A norma ISO / ASTM 52900:2015 emitida pelo comitê de tecnologia de manufatura aditiva da organização internacional de padronização classifica a tecnologia aditiva em sete categorias, a saber: estereolitografia (SLA)
O princípio é que o pó sólido é sinterizado seletivamente camada por camada por laser (além do pó metálico principal, uma certa proporção de pó aglutinante com baixo ponto de fusão precisa ser adicionada, e o pó aglutinante é geralmente um pó metálico com baixo ponto de fusão ou uma resina orgânica, etc.), e o pó sinterizado é sobreposto à camada de pó solidificado para finalmente formar uma peça com o formato desejado.
O dispositivo principal no qual essa tecnologia se baseia é um laser infravermelho, e o ambiente de trabalho de energia é a atmosfera de argônio ou nitrogênio.
Ele tem as vantagens de um processo de fabricação simples, alta eficiência de produção, muitos tipos de materiais de moldagem, alta taxa de utilização de material, amplo uso de produtos acabados e nenhuma necessidade de considerar sistemas de suporte.
A desvantagem é que, devido à ação do adesivo, a entidade tem poros, propriedades mecânicas ruins e precisa de refusão e reprocessamento em alta temperatura.
Além disso, quando o produto é armazenado por um longo período, ele se deforma devido à liberação de estresse internoe a qualidade da superfície é média. O custo de operação é alto e o custo do equipamento é caro.
A principal diferença entre essa tecnologia e a tecnologia SLS é que a SLM aquece diretamente o pó metálico por meio do laser e não depende do pó aglutinante.
O pó metálico alcança o efeito de ligação metalúrgica por meio de fusão e solidificação e, por fim, obtém as peças metálicas com a estrutura projetada.
Para derreter melhor os metais, a tecnologia SLM precisa usar feixes de laser com alta capacidade de absorção de metais.
Portanto, geralmente são usados feixes de laser com comprimentos de onda mais curtos, como o laser Nd YAG (1,064 μm) e o laser de fibra (1,09 μm).
A vantagem é que a tecnologia SLM usa pó de metal puro, e a densidade das peças metálicas formadas pode chegar a quase 100%;
As propriedades mecânicas, como a resistência à tração, são melhores do que as dos fundidos, chegando até mesmo ao nível dos forjados;
A densidade, as propriedades mecânicas e a precisão de formação são melhores do que as do SLS.
Outra tecnologia, a fusão seletiva por feixe de elétrons (EBM), é semelhante à tecnologia SLM, exceto pelo fato de que a EBM usa a energia cinética do feixe de elétrons de alta velocidade para converter em energia térmica como fonte de calor para a fusão de metais, e o ambiente de trabalho é o vácuo.
O uso do feixe de elétrons como fonte de calor pode atingir uma temperatura de fusão mais alta do que a do laser, e a potência do forno e a velocidade de aquecimento podem ser ajustadas.
Ele pode derreter metais refratários e fundir diferentes metais.
No entanto, também há desvantagens, como baixo rendimento de metal, alto consumo específico de energia e requisitos rigorosos de vácuo.
O princípio de funcionamento dessa tecnologia é semelhante ao da SLM.
A poça de fusão é gerada na área de deposição por laser ou outras fontes de energia e se move em alta velocidade.
O material é pulverizado diretamente no foco do laser de alta potência por meio do bocal na forma de pó ou fio.
Após a fusão, ele é depositado camada por camada para formar as peças necessárias.
Em comparação com a tecnologia SLM, essa tecnologia tem as seguintes vantagens:
Primeiro, ele permite que o cabeçote do laser e a peça de trabalho se movam com mais flexibilidade, aumentando assim a liberdade de projeto.
Em segundo lugar, na operação do equipamento DED, o gás inerte flui diretamente para fora do cabeçote do laser e envolve o fluxo de pó e a poça de fusão.
Ele não depende da câmara de pressão preenchida com gás inerte.
O processo de impressão 3D pode começar imediatamente, reduzindo muito o tempo de preparação da produção.
Terceiro, ele pode produzir peças grandes sem nenhuma estrutura de suporte.
A desvantagem é que o processo de fusão não é tão preciso quanto o SLM, e as peças acabadas geralmente precisam ser retrabalhadas.
A tecnologia 3DP é semelhante ao processo SLS e é formada por cerâmica e pó de gesso.
A diferença é que o material em pó não é conectado por sinterização a laser de pó sólido, mas por pulverização de adesivo transparente ou colorido ao longo do caminho da seção transversal da peça por meio do cabeçote de impressão adesiva e solidificação do pó.
O pó em outras posições é usado como suporte e, em seguida, uma camada de pó é colocada.
O processo é reciclado até que a impressão seja concluída.
O dispositivo central no qual a tecnologia 3DP se baseia principalmente é o cabeçote de impressão adesivo, que tem as vantagens de uma ampla variedade de materiais de moldagem, baixo consumo de energia e pequeno volume de equipamento.
Entretanto, as desvantagens também são óbvias.
As partes coladas pelo adesivo têm baixa resistência, exigem pós-tratamento e os produtos são soltos e porosos.
A tecnologia polyjet3D desenvolvida pela empresa israelense objet é semelhante à 3DP, mas não é adesiva, e sim um material de moldagem de polímero fotossensível que é pulverizado.
Atualmente, a tecnologia polyjet3D se tornou o destaque da STRATASYS.
Em primeiro lugar, vários materiais básicos podem ser misturados fora da máquina, e novos materiais com melhor desempenho podem ser obtidos por meio da combinação.
Em segundo lugar, a precisão do produto pode atingir uma resolução de 16 mícrons, e é possível obter componentes e modelos suaves e muito finos.
Por fim, a tecnologia é amplamente utilizada e pode ser aplicada à impressão de peças com diferentes geometrias, propriedades mecânicas e cores.
Por exemplo, a tecnologia de matriz de jato de tinta também suporta a pulverização simultânea de materiais de vários modelos e cores.
Seu princípio de funcionamento é enviar as matérias-primas filamentosas (geralmente materiais termoplásticos) para o bocal de fusão a quente por meio do alimentador de arame e, em seguida, aquecê-las e derretê-las no bocal.
Os filamentos de material termoplástico derretido são extrudados pelo bocal, e o cabeçote de extrusão se move com precisão ao longo do contorno de cada seção da peça.
O material termoplástico extrudado de fluxo contínuo é depositado e solidificado em uma camada fina e precisa de peças reais, cobrindo as peças construídas.
Dessa forma, um modelo ou peça sólida é empilhado camada por camada, de baixo para cima.
Essa tecnologia se baseia principalmente em microbicos (geralmente de 0,2 a 0,6 mm de diâmetro) e aquecedores (para manter a temperatura dos materiais de moldagem de semifluxo apenas 1 °C acima do ponto de fusão).
Suas vantagens são:
1. Não há necessidade de componentes caros, como lasers, baixo custo e velocidade rápida.
2. Não há restrições quanto ao ambiente de uso. Ele pode ser usado no escritório ou em casa.
É simples de manter, pequeno em tamanho e livre de poluição.
3. O material é fácil de trocar e tem alta resistência e tenacidade, o que reduz bastante o ciclo de desenvolvimento do produto, de modo que ele possa responder rapidamente às mudanças do mercado e atender às necessidades personalizadas dos clientes.
Mas também há defeitos, como baixa precisão das peças e dificuldade em formar componentes complexos e peças grandes.
Esse método usa folhas (como papel ou filme plástico) como matéria-prima.
De acordo com a seção transversal da peça obtida por escaneamento computadorizado, a folha revestida com adesivo hot melt no verso é cortada por corte a laser de acordo com o contorno da peça.
Depois disso, a folha cortada é sobreposta à folha cortada, unida por um dispositivo de prensagem a quente e, em seguida, a seção transversal da próxima camada da peça é cortada e unida para formar uma peça sólida.
A tecnologia LOM se baseia principalmente no desempenho do adesivo hot melt, que tem as vantagens de um bom suporte de modelo, fácil remoção de resíduos, peças de grande porte, baixo custo e alta eficiência.
A desvantagem é que a resistência à tração e a elasticidade são ruins, e não é possível fabricar peças ocas;
Sujeitas à influência dos materiais, as peças impressas pela tecnologia LOM são fáceis de absorver umidade e expandir, e a superfície apresenta linhas de degrau.
O princípio da tecnologia SLA é que, sob o controle do computador, a superfície da resina fotossensível líquida é escaneada ponto a ponto por laser ultravioleta de acordo com os dados seccionais de cada camada da peça, de modo que a fina camada de resina na área escaneada é curada pela reação de fotopolimerização, formando uma fina camada da peça, que é curada camada a camada até que toda a peça seja fabricada.
Essa tecnologia depende principalmente do laser UV e de materiais fotossensíveis adequados.
Por um lado, o material de resina líquida é moldado e curado de ponto a linha e de linha a superfície, resultando em maior precisão e melhor qualidade de superfície.
Por outro lado, os próprios materiais de resina têm alguns defeitos, como força, rigidez e resistência ao calor limitadas, o que não favorece o armazenamento de longo prazo.
A retração ocorre durante o processo de cura da resina, o que inevitavelmente gera estresse ou deformação.
Embora a tecnologia de SLA tenha se desenvolvido mais cedo e esteja relativamente madura no momento, os custos dos equipamentos de SLA ainda são altos, os custos de manutenção e uso são altos e a estrutura de suporte da peça de trabalho precisa ser projetada.
De acordo com o resumo acima dos métodos de impressão 3D comuns no mercado, as diferentes tecnologias de manufatura aditiva geralmente apresentam diferenças em materiais, fontes de energia e métodos de moldagem.
A escolha da tecnologia de manufatura aditiva depende do uso das peças nos setores de downstream.
A tecnologia de manufatura aditiva metálica é geralmente usada no campo aeroespacial, enquanto a tecnologia de manufatura aditiva não metálica é mais amplamente usada, principalmente em outros campos do design de processos industriais, como eletrodomésticos automotivos, dispositivos médicos, bens culturais e criativos, etc.
Comparação entre a produção de material reduzido e a produção de material aumentado
| Contraste | Processo de fabricação tradicional | Impressão 3D |
| Princípio de processamento | Fixe as matérias-primas no equipamento e use ferramentas para reduzir ou remover as matérias-primas para dar forma. Por exemplo: torneamento e corte de ferro. Ou projetar moldes e fundir materiais. | Digitalize o modelo impresso, corte o modelo e empilhe os materiais camada por camada. Por exemplo, as opções são sinterização a laser e fusão seletiva a laser. |
| Material | O processo de corte gera muitos materiais residuais, o valor dos materiais excedentes incompletos é prejudicado e a taxa de utilização do material é baixa. | Adicione materiais camada por camada de acordo com o formato da fatia do modelo. Consumíveis sob demanda, economizando materiais. |
| Molde | O projeto do molde leva muito tempo, e há o risco de falha do molde e de um reprojeto demorado | Não há necessidade de ferramentas tradicionais, acessórios, máquinas-ferramentas ou qualquer molde e estrutura de suporte, economizando tempo |
| Estrutura da peça | O processo tradicional de fabricação integral adota conexão de parafuso e rebitagem. A estrutura de emenda tem muitas juntas, muitas peças e montagem complexa. | A estrutura geral é montada diretamente, reduzindo o número de peças, reduzindo o peso da estrutura, com menos juntas e boa vedação. A montagem é simples e a eficiência da produção é aprimorada. |
| Desempenho da peça | As peças podem se deformar e dobrar facilmente após serem removidas da ferramenta. | Moldagem direta, sem deformação por flexão das peças |
| Design do produto | Projeto de orientação de fabricação, projeto de produto de acordo com a viabilidade do processo de corte e criação de modelos. | A manufatura guiada por projeto permite um design arrojado da superfície e da cavidade sem considerar a dificuldade do processo de corte e criação de modelos |
| Reparo de peças | Medir novamente a dimensão do encaixe, fabricar novas peças e substituí-las | Adicionar materiais às peças danificadas para reparo |
Na década de 1980, a tecnologia de manufatura aditiva começou a crescer de forma explosiva na Europa e nos Estados Unidos.
A aplicação da tecnologia de impressão 3D pode ser rastreada até a tecnologia de cura por luz tridimensional (SLA) desenvolvida por Charles Hull, dos Estados Unidos, em 1986.
Nos 20 anos seguintes, várias patentes de tecnologia de impressão 3D, como a manufatura sólida em camadas (LOM) e a moldagem por deposição por fusão (FDM), foram lançadas uma após a outra.
Enquanto isso, várias empresas inovadoras de impressão 3D, como a 3D Systems, a STRATASYS e a SLM Solution, foram gradualmente formadas na Europa e nos Estados Unidos.
Como a tecnologia de impressão 3D começou cedo na Europa e nos Estados Unidos, após mais de 30 anos de desenvolvimento, a SLA (cura por luz estereoscópica), a SLS (sinterização seletiva a laser) e outras tecnologias estão relativamente maduras.
Ela é relativamente perfeita em P&D e fabricação de equipamentos e materiais metálicos de alta temperatura.
Desde o século XXI, a tecnologia de manufatura aditiva vem sendo desenvolvida em vários subcampos, como o processamento digital de luz (DLP) e a tecnologia de jato múltiplo (Ployjet).
Materiais especiais de impressão 3D e equipamentos de impressão 3D também surgiram.
Atualmente, o setor de impressão 3D em todo o mundo formou basicamente uma cadeia industrial completa que abrange matérias-primas, peças, processos, equipamentos e serviços.
Algumas empresas importantes passaram de um único fabricante de equipamentos para um fornecedor de soluções abrangentes, desde o projeto até a fabricação da peça final.
Em 1986, Charles hull, um cientista americano, desenvolveu a primeira máquina de impressão 3D comercial.
Em 1993, o MIT obteve a patente da tecnologia de impressão 3D.
Em 1995, a Zcorp obteve a única autorização do MIT e começou a desenvolver uma máquina de manufatura aditiva.
Em 2005, a Spectrum Z510, a primeira máquina de manufatura aditiva colorida de alta definição do mercado, foi desenvolvida com sucesso pela zcorp.
Em 2010, a equipe americana Jim Kor criou a primeira urbe automotiva do mundo impressa por uma máquina de manufatura aditiva.
Em 2011, pesquisadores britânicos desenvolveram a primeira impressora 3D de chocolate do mundo.
Em 2011, engenheiros da Universidade de Southampton desenvolveram a primeira aeronave do mundo feita de materiais aditivos.
Em 2012, cientistas escoceses usaram células humanas para imprimir tecido hepático artificial usando uma máquina de manufatura aditiva pela primeira vez.
Em 2013, a Solid Concepts, uma empresa de manufatura aditiva em Austin, Texas, projetou e fabricou uma pistola de metal de manufatura aditiva.
Em 2018, os astronautas russos usaram a impressora biológica 3D na estação espacial internacional para tentar imprimir a glândula tireoide de ratos experimentais sob gravidade zero.
Em 2019, a Universidade da Califórnia, em San Diego, usou a tecnologia de manufatura aditiva rápida pela primeira vez para fabricar um andaime de medula espinhal que imita a estrutura do sistema nervoso central.
Depois de carregar células-tronco neurais, ele foi implantado na coluna vertebral de ratos com sérios danos na medula espinhal, ajudando-os a recuperar sua função motora.
Pequenas peças complexas de precisão de metal, coroas de metal, implantes médicos.
Componentes metálicos complexos de grande porte para aeronaves
Componentes metálicos complexos do setor aeroespacial, implantes médicos;
Componentes metálicos grandes do setor aeroespacial
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Projeto e desenvolvimento de produtos industriais, produção de produtos inovadores e criativos, molde de cera para fundição de precisão.
Projeto e desenvolvimento de produtos industriais e produção de produtos inovadores e criativos.
Peças plásticas de engenharia para o setor aeroespacial, núcleos de areia para fundição de automóveis e eletrodomésticos, guias cirúrgicos médicos e implantes ortopédicos
Design e desenvolvimento de produtos industriais, núcleos de areia para fundição, implantes médicos, modelos médicos, produtos inovadores e criativos, arquitetura.
Projeto e desenvolvimento de produtos industriais, implantes médicos, produção de produtos inovadores e criativos, moldes de cera para fundição.
Os materiais de impressão 3D são a base material importante para o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D, e os materiais são uma restrição importante para o desenvolvimento da impressão 3D.
De acordo com as estatísticas do setor de aplicativos downstream de impressão 3D divulgadas pela wohlersAssociates Inc. em 2019, o setor automotivo foi responsável pela maior proporção, 16,4%;
Os setores de eletrônicos de consumo e aeroespacial ocupam o segundo e o terceiro lugares, com 15,4% e 14,7%.
De acordo com as características dos produtos no campo downstream, há uma grande demanda por materiais metálicos e compostos, que devem se tornar o "ponto de inflexão" dos materiais de impressão 3D.
As matérias-primas usadas na impressão 3D em geral são especialmente desenvolvidas para equipamentos e processos de impressão 3D, que são diferentes dos comuns. materiais metálicosplásticos, gesso, resinas, etc. Suas formas são geralmente em pó, filiformes, em camadas, líquidas, etc.
A tecnologia de manufatura aditiva pode ser classificada sob a perspectiva de propriedades do material:
Por exemplo, o material de resina fotossensível líquida é usado para estereolitografia (SLA);
A manufatura sólida em camadas (LOM) requer materiais em folha, como papel e filme plástico, enquanto a sinterização seletiva a laser (SLS) e a fusão seletiva a laser (SLM) são principalmente materiais em pó de metal e cerâmica.
| Material de moldagem | Tecnologia de impressão e modelagem 3D |
| Termoplástico Papel, filme metálico, filme plástico Gesso, pó de cerâmica Resina fotossensível líquida Pós metálicos, de ligas, termoplásticos e cerâmicos | FDM LOM 3DP SLA\DLP\Ploy Jet SLS\DMLS\SLM\EBM |
Os produtos industriais pesados geralmente dependem de alta temperatura e resistência à corrosão materiais metálicos.
Para atender às necessidades de produtos industriais pesados, a impressão 3D foi desenvolvida pela primeira vez e investiu mais em pó metálico.
O pó metálico geralmente requer alta pureza, boa esfericidade, distribuição estreita do tamanho das partículas e baixo teor de oxigênio.
No momento, os materiais de pó metálico usados para impressão 3D incluem principalmente liga de titânio, liga de cobalto-cromo, aço inoxidável aço e liga de alumínio além de ouro, prata e outros materiais em pó de metais preciosos usados para imprimir joias.
Liga de titânio é amplamente utilizado em peças de compressores de extremidade fria de motores de aeronaves e em várias peças estruturais de foguetes, mísseis e aeronaves, devido à sua alta resistência, boa resistência à corrosão e alta resistência ao calor.
Além disso, o pó de aço inoxidável é amplamente utilizado por sua resistência à corrosão. Os modelos de aço inoxidável impressos em 3D têm alta resistência e são adequados para a impressão de itens em grande escala.
Atualmente, a Europa e os Estados Unidos realizaram a conformação direta a laser de aço inoxidável de pequeno porte, superligas e outras peças.
No futuro, a formação rápida a laser de componentes metálicos em grande escala feitos de superligas e ligas de titânio será a principal direção técnica.
Os plásticos de engenharia referem-se a plásticos industriais usados como peças industriais ou materiais de revestimento, que são excelentes em termos de força, resistência ao impacto, resistência ao calor, dureza e resistência ao envelhecimento.
Os plásticos de engenharia são atualmente os materiais de impressão 3D mais usados, incluindo materiais ABS, materiais PC, materiais de náilon, etc.
O PC-ABS é um dos plásticos de engenharia termoplásticos mais amplamente utilizados.
Ele tem a dureza do ABS e a alta força e resistência ao calor dos materiais de PC, e é usado principalmente nos setores automotivo, de eletrodomésticos e de comunicação.
A resistência da amostra feita com esse material é cerca de 60% maior do que a das peças tradicionais.
Na indústria, os materiais PC-ABS são normalmente usados para imprimir peças termoplásticas, como modelos conceituais, protótipos funcionais, ferramentas de fabricação e peças finais.
O PC-ISO é um material termoplástico branco que foi aprovado na certificação médica e de saúde.
Possui alta resistência e é amplamente utilizado nos setores farmacêutico e de dispositivos médicos, como simulação cirúrgica, reparo do crânio, odontologia e outros campos profissionais.
A resina fotossensível é geralmente líquida, o que pode causar imediatamente a reação de polimerização para completar a cura sob determinado comprimento de onda de luz ultravioleta, e pode ser usada para produzir materiais de alta resistência, resistentes a altas temperaturas e à prova d'água.
O material Somos 19120 é rosa, que é um material de fundição especial.
Após a moldagem, ele pode substituir diretamente o protótipo de filme de cera da fundição de precisão, evitar o risco de desenvolvimento do molde e ter as características de baixa taxa de retenção de cinzas e alta precisão.
O próximo material da Somos é um material branco. É um novo tipo de material de PC com muito boa resistência. Ele pode basicamente atender ao desempenho do material de náilon feito por sinterização seletiva a laser (SLS) e tem melhor precisão e qualidade de superfície.
Os componentes feitos com esse material têm a melhor rigidez e resistência até o momento, ao mesmo tempo em que mantêm as vantagens dos materiais de modelagem tridimensional fotopolimerizáveis, como acabamento requintado, tamanho preciso e bela aparência.
Ele é usado principalmente nas áreas de automóveis, eletrodomésticos e bens de consumo eletrônicos.
Possui alta resistência, alta dureza, resistência a altas temperaturas, baixa densidade, boa estabilidade química, resistência à corrosão e outras características excelentes, sendo amplamente utilizado nos setores aeroespacial, automobilístico, de biologia e outros.
Com a tecnologia tradicional, as peças complexas de cerâmica precisam ser formadas por moldes, que têm alto custo de processamento e longo ciclo de desenvolvimento, e são difíceis de atender às necessidades de atualização contínua do produto.
Na impressão 3D, a sinterização seletiva a laser (SLS) é usada para processar o pó de cerâmica, o que pode eliminar etapas complicadas de design e realizar a prototipagem rápida de produtos.
Esse material tem alguns defeitos. A SLS usa uma mistura de pó cerâmico sinterizado a laser e um determinado pó aglutinante.
Após a sinterização a laser, os produtos cerâmicos precisam ser colocados em um forno com temperatura controlada para pós-tratamento.
Além disso, a tensão superficial da fase líquida é alta quando o pó cerâmico é sinterizado direta e rapidamente por laser, e um grande estresse térmico será gerado durante o processo de solidificação rápida, formando assim mais microfissuras.
Nos últimos anos, materiais alimentícios, como materiais de gesso colorido, pó de osso artificial, materiais biológicos celulares e açúcar, também foram aplicados no campo da impressão 3D.
O material de gesso colorido é um material de impressão 3D totalmente colorido.
Com base no princípio de formação da impressão camada por camada em mídia de pó, após o processamento de produtos impressos em 3D, podem aparecer efeitos de partículas finas na superfície, que se parecem com pedras, e texturas semelhantes a anéis finos podem aparecer na superfície curva.
Portanto, eles são usados principalmente em bonecos de animação e em outros campos.
A carne fresca impressa pela Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, é feita usando o meio celular cultivado em laboratório para gerar uma substância substituta semelhante à carne fresca, usando um sol à base de água como aglutinante e, em seguida, combinando com moléculas de açúcar especiais.
Há também tinta biológica feita de células humanas, que ainda está em fase conceitual, e o mesmo papel biológico especial.
Ao imprimir, a tinta biológica é borrifada no papel biológico sob o controle do computador e, por fim, forma vários órgãos.
Em termos de materiais alimentícios, no momento, as impressoras 3D de açúcar podem fazer diretamente sobremesas com vários formatos, bonitas e deliciosas, pulverizando açúcar aquecido.
Os materiais especiais existentes para a manufatura aditiva incluem materiais metálicos, materiais inorgânicos não metálicos, materiais de polímeros orgânicos e biomateriais.
No entanto, a aplicação da tecnologia de manufatura aditiva é seriamente limitada pelo pequeno número de materiais únicos e pelo desempenho insuficiente.
No momento, os líderes do setor e algumas empresas de materiais estabeleceram o campo de materiais especiais um após o outro, desbravando uma série de novos materiais compostos de polímeros, materiais de liga de alto desempenho, materiais bioativos, materiais cerâmicos e outros materiais especiais.
As empresas relevantes combinam nanomateriais, materiais de fibra de carbono e outros materiais com os sistemas de materiais existentes e desenvolvem nanocompósitos multifuncionais, compósitos reforçados com fibras, compósitos com carga inorgânica, compósitos com carga metálica, ligas de polímeros e outros compósitos, que não apenas conferem aos materiais características multifuncionais, mas também ampliam o campo de aplicação da tecnologia de manufatura aditiva, tornando os compósitos uma das tendências de desenvolvimento de materiais especiais.
Em comparação com o método de fabricação tradicional de redução de materiais (método de usinagem de remoção de materiais por ferramentas de corte), a manufatura aditiva (manufatura aditiva) tem muitas vantagens:
Normalmente, são necessários vários dias para fazer um modelo pelos métodos tradicionais, dependendo do tamanho e da complexidade do modelo, ao passo que o tempo pode ser reduzido para várias horas com a tecnologia de impressão tridimensional, o que, obviamente, depende do desempenho da impressora e do tamanho e da complexidade do modelo.
Em comparação com a tecnologia tradicional de fabricação de metal, a máquina de manufatura aditiva produz menos subprodutos ao fabricar metal.
Com o progresso dos materiais de impressão, a fabricação em "forma líquida" pode se tornar um método de processamento mais ecológico.
A fabricação tradicional de material reduzido tem limitações no processamento formas complexas e estruturas abdominais internas, enquanto a manufatura aditiva pode melhorar o desempenho do produto por meio da fabricação de estruturas complexas e tem vantagens incomparáveis no setor aeroespacial, no processamento de moldes e em outros campos.
1984: Charles Hull desenvolve a primeira tecnologia de impressão 3D SLA
1986: A tecnologia LOM foi formada e os sistemas 3D foram estabelecidos
1988: Formação da tecnologia FDM
1989: formação da tecnologia SLS, estabelecimento da STRATASYS e da EOS
1992: A tecnologia 3DP foi criada, e a 3D Systems fabricou a primeira máquina de moldagem tridimensional com cura por luz.
2002: Impressão em 3D do primeiro órgão humano - rim.
2006: nasce a primeira impressora SLS
2009: o kit de impressora 3D produzido pela makerbot entrou no mercado
2011: a Materialise Company oferece serviço de impressão de joias de ouro e prata pela primeira vez
2012: Fusão das gigantes da impressão 3D Stratasys e Objet
2013: Os primeiros componentes de rolamento principal em grande escala de liga de titânio para aeronaves com impressão 3D da China
2016: A GE adquiriu duas gigantes da impressão 3D, a Concept Laser e a Arcam.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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