A Impressão 3D é a tecnologia utilizada para o fabrico de objetos de forma automática, através de um equipamento semelhante às impressoras tradicionais. Com o desenvolvimento em simultâneo da Impressão 3D até à sua utilização pelo consumidor e pelas indústrias, percebeu-se as vantagens da Impressão 3D na construção, arquitetura, design, fabrico, entre outras áreas. E sabe-se que com os avanços contínuos na tecnologia de fabrico aditivo e nos materiais imprimíveis em 3D, sobretudo as novas ligas metálicas, irão contribuir para um maior crescimento.
A Impressão 3D surgiu em 1981 quando Hideo Kodama inventou uma das primeiras máquinas de prototipagem rápida que criava peças camada por camada, utilizando uma resina que pode ser polimerizada por luz UV.
Em 1986 surgiu por Chuck Hull, um físico norte-americano do estado da Califórnia, a primeira patente para estereolitografia (SLA), uma tecnologia percursora da Impressão 3D. Chuck Hull é considerado o inventor da Impressão 3D porque criou e comercializou o SLA e o formato .stl (o tipo de arquivo mais comum usado na Impressão 3D).
Em 1988, Carl Deckard, um estudante da Universidade do Texas, licenciou a tecnologia de sinterização seletiva a laser (SLS) – outro tipo de Impressão 3D que utiliza um laser para sintetizar material em pó em estruturas sólidas. Pouco depois, em 1989, Scott Crump patenteou a modelagem por deposição fundida (FDM) – também conhecida como fabrico de filamentos fundidos (FFF) – e fundou a Stratasys, um dos principais players da indústria de Impressão 3D até aos dias de hoje. Nesse mesmo ano, a empresa de Hull, 3D Systems Corporation, lançou a Impressora 3D SLA-1.
A grande inovação era a confeção de peças ou partes de peças de plástico a serem confecionadas de forma rápida, uma vez que o processo tradicional de fabrico leva de 6 a 8 semanas, e depois disso as peças tinham, muitas vezes, de serem refeitas devido a problemas de fabrico. E com a produção destes componentes em ambientes controlados e de uma forma muito mais rápida, a impressora 3D já demonstrava flexibilidade e rapidez.
Na década de 90 houve um grande crescimento na indústria de Impressão 3D, com o aparecimento de novas empresas e novas tecnologias de fabrico aditivo. Mas foi apenas em 2006 que a primeira impressora SLS surgiu comercialmente disponível.
Em 2005 surgiu uma iniciativa de código aberto denominada RepRap Project, fundada por Adrian Bowyer, e que teve um papel muito importante na evolução da Impressão 3D.
O objetivo do projeto era repensar a manufatura aditiva, começando com FDM/FFF como uma tecnologia de baixo custo capaz de se auto-replicar. E daqui resulta uma impressora 3D denominada RepRap e que se tornou numa inspiração para praticamente todas as impressoras 3D de baixo custo desenvolvidas posteriormente. A impressora 3D RepRap é feita de diversas peças plásticas que podem ser impressas pelo próprio RepRap, o que significa que qualquer proprietário de um RepRap pode imprimir outra impressora 3D – portanto é “auto-replicante” – juntamente com outras peças, ferramentas ou designs.
Por outro lado, a tecnologia de Impressão 3D desenvolvido pela Carbon3D Inc. permite a criação contínua de objetos a partir de um meio líquido em vez de ser construído camada por camada, como têm sido desde os anos 90, o que representa uma abordagem fundamentalmente nova para a Impressão 3D. A tecnologia permite que os produtos prontos para serem utilizados sejam feitos 25 a 100 vezes mais rápido do que outros métodos. E cria, ainda, geometrias anteriormente inatingíveis que abrem oportunidades para a inovação, não só na área da saúde e medicina, mas também noutras grandes indústrias como automóvel e de aviação.
O código aberto torna a tecnologia de Impressão 3D acessível a praticamente qualquer pessoa com um computador, e por isso o RepRap foi nomeado como a “most significant 3D printed thing” pela 3Dprint.com em 2017.
O sucesso do projeto RepRap foi um catalisador para o surgimento das impressoras 3D comerciais. Muitas das patentes registadas na década de 80 relacionadas com o FDM também entraram no domínio público em 2006, o que provocou um aumento ainda maior de fabricantes de Impressão 3D no mercado – um exemplo notável é a Makerbot fundada em 2009. A Makerbot foi uma grande força por trazer a impressão 3D para o mercado convencional e abriu as portas aos utilizadores profissionais e amadores, ou “criadores”. A empresa vendia kits DIY de código aberto que permitiam aos clientes construir as suas próprias impressoras 3D. O seu repositório de arquivos online, Thingiverse, também abriga centenas de milhares de arquivos de Impressão 3D para download gratuitos e/ou pagos. O website tornou-se, de imediato, na maior comunidade online de Impressão 3D do mundo.
Desde o surgimento das impressoras 3D comerciais, o cenário da indústria mudou de forma drástica. Atualmente, as impressoras 3D – tanto de mesa como as outras – são utilizadas nas indústrias e em setores como aeroespacial, arquitetura, manufatura, automóvel, saúde, construção – entre outros.
Por exemplo, em 2018, a Estação Espacial Internacional imprimiu a primeira ferramenta no espaço, utilizando uma impressora 3D de baixa gravidade. Isto permitiu aos trabalhadores aceder às ferramentas de que necessitavam no momento para a manutenção com uma maior rapidez, em vez de esperar que fossem entregues a partir da Terra.
A tecnologia de Impressão 3D também permite que organizações como a Gerhard Schubert GmbH transformem a forma como operam, criando “armazéns digitais” de peças e ferramentas que podem ser impressas a pedido, tanto pelas próprias indústrias de produção como pelos seus clientes.
Além disso, os fabricantes podem fazer uso de um conjunto cada vez maior de materiais de Impressão 3D, que permitem a criação de peças resistentes ao calor e a produtos químicos, retardantes de chama, seguras contra ESD e feitas de metal, fibra de carbono, fibra de vidro, e muito mais. Em 2015, a empresa sueca Cellink lançou no mercado a biotinta, um material à base de algas marinhas que pode ser utilizado para imprimir tecidos biológicos – e potencialmente, órgãos humanos. Este é uma das muitas utilizações que as empresas de Impressão 3D acreditam que podem usar para revolucionar vários setores, o que significa que o futuro da Impressão 3D tem um grande potencial.
Os termos Impressão 3D e fabrico aditivo são sinónimos do mesmo processo, mas existe uma perceção geral que fabrico aditivo se refere a um ambiente industrial, e que a Impressão 3D é o termo utilizado mais frequentemente por pessoas comuns e pela comunicação social. Resta, então, esclarecer que fabrico aditivo é uma qualquer tecnologia de fabrico que recorra a processos de fabrico por camadas a partir de um modelo CAD, de forma a obter modelos ou protótipos, e até mesmo peças de produção final. Este processo de fabrico permite a criação de modelos com geometrias muito complexas possibilitando mesmo a construção de montagens, eliminando a necessidade de fabrico em peças individuais e posterior montagem, o que resulta numa redução de dificuldade e custos associados à montagem.
O fabrico aditivo é uma tecnologia acessível, que permite o fabrico de pequenas séries a custos reduzidos, algo impensável com a injeção por moldes, por exemplo. O método tradicional para obter peças em plástico tem um elevado custo, sendo apenas financeiramente justificável para grandes séries.
O fabrico aditivo permite a produção de melhorias constantes aos produtos criados, sem que isso implique a troca de ferramentas de grande valor económico, daí a sua utilidade inegável na produção de protótipos, razão pela qual no início da vida desta tecnologia, muitos a referiam como “prototipagem rápida”.
Esta tecnologia tem também algumas vantagens operacionais por ser um processo automático, seguro e requerer pouca monitorização, podendo um operador estar responsável por um grande número de máquinas ao mesmo tempo. Permite também prazos de entrega curtos para peças únicas e originais.
Mas esta tecnologia também tem desvantagens como a lenta velocidade de trabalho, que em função de fatores como a precisão desejada, o tamanho da peça e o nível de detalhe desejado, a construção pode variar de várias horas a vários dias. Existe também um limite de tamanho para o tamanho das peças a produzir, pois ainda não existem muitas máquinas de dimensões tão elevadas como as existentes para o fabrico convencional. É de salientar a ainda relativamente baixa diversidade de materiais disponíveis, e embora esta diversidade esteja a crescer cada vez mais, muitos dos novos materiais são propriedade de empresas ou requerem requisitos especiais, havendo ainda alguma exclusividade em relações às máquinas onde podem ser utilizados.
Há uma certeza em relação ao futuro da Impressão 3D: o cidadão comum irá adquirir mais impressoras 3d. Isto mudará a forma como as pessoas irão adquirir bens, colocando os meios de produção nas suas mãos, sejam impressão de protótipos, ferramentas ou peças de utilização final. E esta aceleração da tecnologia ainda irá descentralizar a produção como um todo, evitando assim problemas na cadeia de abastecimento, diminuindo os custos de transporte e expedição, e ainda diminuindo drasticamente o tempo e o dinheiro gastos na aquisição de bens.
Os materiais utilizados na Impressão 3D também continuarão a evoluir. A utilização de metal na Impressão 3D fará com que as organizações utilizem impressoras 3D para a produção em série de peças metálicas, produzindo-as de forma mais rápida e mais barata do que nunca.
Em 2020 os moldes e as ferramentas impressos em 3D foram avaliados em 5,2 mil milhões de dólares, um número que se espera que deverá crescer para 21 mil milhões de dólares até 2030. E as peças de utilização final aumentarão cerca de sete vezes, para 19 mil milhões de dólares. Este crescimento significa uma transformação ainda maior da indústria transformadora, com as organizações a recorrerem cada vez mais à produção interna ao invés da externa.
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