Impressão 3D
A impressão 3D é uma forma de tecnologia de fabricação aditiva onde um modelo tridimensional é criado por sucessivas camadas de material a partir de um modelo 3D digital. Por não necessitar do uso de moldes e permitir produzir formas que não são viáveis ou práticas de se conseguir em outros métodos de produção, tem vantagens em relação a outras tecnologias de fabricação mecânica, como por exemplo a injeção de plástico, desbaste ou modelagem/modelação, sendo mais rápida e mais barata em diversos casos. Essas tecnicas, oferecem aos desenvolvedores de produtos a habilidade de num simples processo imprimirem partes de alguns materiais com diferentes propriedades físicas e mecânicas. Alguns modelos de impressoras industriais podem utilizar uma boa variedade de materiais como polímeros sintéticos e orgânicos, concreto, metais e até mesmo alimentos, possuindo milhares de cores, permitindo criar protótipos com boa precisão, aparência e funcionalidades dos produtos.
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A impressão 3D surgiu em 1984, a primeira impressão 3D funcionando a pleno vapor foi inventada por Chuck Hull, um engenheiro físico norte-americano do estado da Califórnia, em 1984, utilizando a estereolitografia, tecnologia precursora da impressão 3D. Hull já havia desenvolvido um ano antes a tecnologia do que viria a ser a máquina, quando ela tinha duas funções principais, sendo uma delas a criação, ela foi criada no dia 16/4/1984 usando lâmpadas para solidificação de resinas, primeiro objeto criado pela ferramenta. Uma das primeiras versões comerciais semelhantes às impressoras de depósito por fusão, semelhantes àquelas impressoras 3D domésticas, foi desenvolvida por S. Scott Crump co fundador da Stratasys, Ltd, em 1989. A principal, entretanto, foi a confecção de partes de plástico de forma rápida, já que o processo tradicional levava de seis a oito semanas, e as peças ainda precisavam ser refeitas diversas vezes devido a problemas na manufatura.
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Modelagem
Para que haja a impressão de algum objeto em 3 dimensões é necessário antes de tudo realizar a Modelagem. Os Modelos para impressões 3D podem ser criados através de um software de modelagem em 3D ou através de uma digitalização em 3 dimensões. Um software de modelagem tridimensional é utilizado para desenhar o que será impresso. Como alternativa, se pode baixar um modelo já pronto. O computador envia as instruções para a impressora, que aquece a matéria-prima e começa a desenvolver o modelo em uma pilha muito fina de camadas. Modelos para impressões 3D podem ser criados através de um pacote CAD (do inglês: computer aided design) ou através de scanner 3D. O processo de modelagem manual dos dados geométricos preparando para computação gráfica 3D é semelhante às artes plásticas, como escultura. A digitalização 3D é um processo de análise e coleta de dados de objeto real, a sua forma e aparência, e construção de modelos tridimensionais digitais. A criação manual de modelos de impressão 3D é altamente complexa para usuários comuns (que não tenham um nível avançado de conhecimento na área). Por esse motivo, nos últimos anos, surgiram várias empresas no mercado de impressão 3D.
Filamentos
Existem diversos tipos de insumo para impressões 3D. Impressoras do tipo FDM usam polímeros termoplásticos, geralmente comercializados em rolos e com espessuras entre 1,75 e 3 mm (1,75 mm é o mais popular). Uma vez inserido na impressora, o filamento é derretido e expelido pelo extrusor, dando o formato volumétrico dos objetos.
Impressão
A impressão 3D pode ser definida como um processo de fabrico aditivo, que cria um objeto físico a partir de um design digital. O dispositivo deposita sequencialmente material numa plataforma com cabeças de injeção de um material adequado para cada tipo de objeto a fabricar. Cada impressão 3D começa como um ficheiro de design 3D digital (como um plano) para um objeto físico. Ou seja, a partir de um projeto desenhado com recurso a técnicas digitais, um dispositivo é responsável por lhe dar corpo e volume seguindo o modelo previamente definido. O próprio processo de impressão 3D varia em termos de tecnologia, começando pelas impressoras de secretária, que derretem um material plástico e depositam-no numa plataforma de impressão, e chegam a grandes máquinas industriais, que usam um laser para derreter o pó metálico a altas temperaturas.
Serviços de Impressão 3D
Os bureaus de impressão 3D tem se popularizado cada vez mais como centros de compartilhamento de soluções especializadas em manufatura aditiva. Há dois modelos hoje em voga, sendo (i) empresas pequenas que utilizam ferramentas digitais para recebimento dos arquivos dos modelos 3D, imprimem em plástico por deposição e enviam as peças prontas pelos correios ou (ii) empresas maiores que recebem os clientes em seus espaços e oferecem uma ampla gama de serviços como modelagem 3D, impressão por meio de diversas tecnologias e materiais e acabamento profissional.
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Há varios tipos de tecnologia de impressão 3D como: A tecnologia mais comum e de baixo custo no mercado é a FDM, que consiste em deposição de materiais plásticos por camada utilizando um sistema parecida com CNC, enquanto o SLA e DLP onde utiliza resina como sua matéria prima, são utilizados em indústrias odontológicas e joias. Tecnologia DLP, SLS, MF, DMLS e EBM são Impressoras 3D indústrias que necessita um orçamento superior, porem pode utilizar outros tipos de matérias de impressão ao invés de plásticos como alumínio, titânio etc.
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A pesquisa sobre questões de saúde e segurança relacionadas à impressão 3D é um assunto novo e em desenvolvimento devido à recente proliferação de dispositivos de impressão 3D. Em 2017 a Agência Europeia para a Segurança e a Saúde no Trabalho publicou um artigo para debate nos processos e materiais envolvidos na impressão 3D, potenciais implicações desta tecnologia em relação a segurança e saúde ocupacional e meios para evitar possíveis perigos. Desde aparelhos ortodônticos, aparelhos auditivos e próteses até equipamentos militares, a lista de produtos que impressoras 3D podem materializar de forma relativamente fácil e barata continua à se expandir. Porém, assim como em qualquer outro ramo tecnológico, é importante identificar e lidar com possíveis riscos de saúde e segurança nos mais diversos ambientes de utilização desta tecnologia emergente.
Materiais usados no passado e presente
Os primeiros materiais utilizados nas técnicas de impressão 3D foram os plásticos sintéticos. O número de materiais que pode ser utilizado com impressoras 3D aumentou muito nos últimos 10 anos. Hoje em dia, são vulgarmente usados materiais tradicionais como as cerâmicas, o aço, o vidro e mesmo a madeira. Apesar de, até à data, terem sido testadas muito poucas combinações de filamentos e impressoras 3D, os resultados têm demonstrado que, durante a impressão, as impressoras 3D desktop apresentam riscos de emissão de um grande número de partículas ultrafinas (PUF - partículas com menos de 100 nm) e de alguns compostos orgânicos voláteis (COV) perigosos. Os materiais usados na impressão 3D em contexto industrial são diferentes dos utilizados em ambiente doméstico. Neste último caso, os materiais mais utilizados são o ácido polilático (PLA) biodegradável e a acrilonitrila butadieno estireno (ABS), um plástico à base de óleo e, como tal, com maior índice de toxicidade. A ventilação é recomendada em caso de utilização do PLA e obrigatória se for utilizado o ABS.
Diferentes tipos de emissão
Ao passo que impressoras 3D de uso não industrial atingem preços cada vez mais acessíveis, mais frequentemente estas são utilizadas em escritórios, bibliotecas, universidades e mesmo em residências privadas. Na grande maioria destes ambientes, não são propriamente instaladas as medidas de segurança apropriadas, como ventilação, no intuito de prevenir ou minimizar a exposição à toxinas. Estudos realizados pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional, nos Estados Unidos, tem como objetivo entender e controlar emissões provenientes de impressoras 3D desktop. Estudos anteriores mostram que impressoras à laser emitem partículas e substâncias químicas microscópicas das próprias impressoras, do papel e de plásticos utilizados no toner. Investigações do Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional continuam a estudar os possíveis efeitos na saúde relacionados à essas partículas e visam descobrir se impressoras 3D produzem emissões similares.
Utilização da impressão 3D na área da saúde
É reconhecido pelo público geral que utilizações da impressão 3D, tanto as que já estão em prática, quanto as imaginadas potencialmente em um futuro próximo, trarão mudanças revolucionárias para o dia-a-dia da população. Estas mudanças podem ser organizadas em extensas categorias, incluindo: criação de próteses customizadas; implantes; modelos anatômicos; fabricação de órgãos e tecidos; desenvolvimento de instrumentos cirúrgicos especializados, pesquisa farmacêutica envolvendo fabricação, dosagem adequada, fornecimento, abastecimento e descobertas de novos medicamentos além da produção propriamente dita de equipamentos médicos. Benefícios advindos da aplicação de impressão 3D na medicina incluem, não somente, customização e personalização individual de produtos e equipamentos médicos, o que diminui, ou estatisticamente elimina o índice de rejeição entre os mais diversos tipos de transplantes, mas também um aumento em custo-benefício, produtividade, democratização de produção e design nesta área.
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O Joint Regional Intelligence Center e o Departamento de Segurança Interna dos EUA divulgaram um memorando informando que "avanços significativos nos recursos de impressão tridimensional (3D), disponibilidade de arquivos imprimíveis em 3D digitais gratuitos para componentes de armas de fogo e dificuldade em regular o compartilhamento de arquivos podem apresentar segurança pública riscos de pessoas não qualificadas em busca de armas que obtêm ou fabricam armas impressas em 3D "e que" a legislação proposta para proibir a impressão em 3D de armas pode impedir, mas não pode impedir completamente sua produção. Ainda que a prática seja proibida por nova legislação, a distribuição on-line desses equipamentos 3D os arquivos imprimíveis serão tão difíceis de controlar quanto qualquer outro arquivo de música, filme ou software comercializado ilegalmente ". Hoje em dia, não é proibido por lei fabricar armas de fogo para uso pessoal nos Estados Unidos, desde que a arma não seja produzida com a intenção de ser vendida ou transferida e atenda a alguns requisitos básicos. É necessária uma licença para fabricar armas de fogo para venda ou distribuição. A lei proíbe uma pessoa de montar uma espingarda ou espingarda semiautomática não esportiva de 10 ou mais peças importadas, bem como armas de fogo que não possam ser detectadas por detectores de metais ou máquinas de raio-x. Além disso, a fabricação de uma arma de fogo da NFA exige pagamento de impostos e aprovação prévia do ATF.
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A impressão 3D é comumente usada na visualização de modelos, em CAD / prototipagem, em fundição de metal, em arquitetura, em educação, em técnica geoespacial, em assistência médica e em vendas de entretenimento / varejo. Outras aplicações incluem a reconstrução de fósseis na Paleontologia, a replicação de artefatos antigos e inestimáveis na arqueologia, a reconstrução de ossos e partes do corpo na medicina forense e a reconstrução de evidências gravemente danificadas adquiridas nas investigações da cena do crime. Usando processos especiais de digitalização e impressão 3D, também é possível reproduzir o patrimônio cultural. Atualmente, a tecnologia de impressão 3D está sendo estudada por empresas e academias de biotecnologia para possível uso em aplicações de Engenharia de tecidos, onde órgãos e partes do corpo são construídos usando técnicas de jato de tinta. Camadas de células vivas são depositadas em um meio gelatinoso e acumuladas lentamente para formar estruturas tridimensionais. Para se referir a esse campo de pesquisa, vários termos foram utilizados: entre outros, impressão orgânica, bioimpressão e Engenharia de tecidos auxiliada por computador. A impressão 3D pode produzir uma prótese de quadril personalizada em uma única passagem, com a parte esférica da articulação permanentemente na cavidade da articulação e, mesmo com as resoluções de impressão atuais, a unidade não precisará de polimento.
Uso na construção
Desde 2016, os materiais e impressoras 3D estão sendo testados inteiramente para o setor de construção / arquitetura. Digno de nota são as experiências do italiano Enrico Dini e de sua empresa D-Shape, que conseguiram imprimir a pedra. A WASP, outra empresa italiana, conseguiu imprimir objetos de argila. notáveis desenvolvimentos podem ser observados, sobretudo no desenvolvimento de materiais a base de cimento: na China, eles conseguiram imprimir dez casas de concreto em 24 horas; enquanto no sul da Califórnia, graças ao projeto "Contour Crafting"(Construção por contornos), foi projetada uma impressora que poderia construir uma casa de 100 m2, com paredes e lajes.
Uso na Educação
Impressão pode auxiliar na educação em relação à ampliação da criatividade e melhorias nas compressões nas matérias Em física, por exemplo. A tecnologia pode imprimir peças específicas para interação direta com os alunos ao invés de visualização nas imagens dos materiais escolares.
Uso na moda
A impressão 3D entrou no mundo das roupas, com designers de moda experimentando biquínis, sapatos e vestidos impressos em 3D. Na produção comercial, a Nike, Inc. usou a impressão 3D para prototipar e fabricar o Nike flyprint que foi utilizado por Eliud Kipchoge na Maratona de Londres, e a New Balance está fabricando sapatos de ajuste personalizado para atletas em 3D. A impressão 3D chegou ao ponto em que as empresas estão imprimindo óculos de grau de consumidor com ajuste e estilo personalizados sob demanda (embora não possam imprimir as lentes). A personalização sob demanda de óculos é possível com prototipagem rápida.
Uso na gastronomia
A fabricação aditiva de alimentos está sendo desenvolvida espremendo alimentos, camada por camada, em objetos tridimensionais. Uma grande variedade de alimentos são candidatos apropriados, tais como o chocolate e doces, alimentos e planas tais como bolachas, massas, e da pizza. NASA está estudando a tecnologia para criar alimentos impressos em 3D para limitar o desperdício de alimentos e fazer alimentos projetados para atender às necessidades alimentares de um astronauta.
Uso no espaço
Em 2013, nasceu o projeto AMAZE (Fabricação de aditivos voltada para o desperdício zero e produção eficiente de produtos metálicos de alta tecnologia, o que significa: Produção eficiente de produtos metálicos de alta tecnologia com fabricação aditiva por meio do "lixo zero"), um consórcio de 28 empresas para trazendo a impressão 3D para o espaço e podendo imprimir independentemente peças de metal, reduzindo custos e minimizando o desperdício. Atualmente, ainda existem alguns problemas técnicos que podem levar à produção de metais de qualidade industrial. No entanto, no que diz respeito à tecnologia 3D "Contour Crafting" a NASA está considerando um sistema para enviar a impressora 3D que usa essa tecnologia em particular em outros planetas, por isso a criação de casas em autonomia total.
