i3DCast: O processo de impressão FDM

Caso o mini-player não apareça no seu navegador, acesso o episódio em áudio aqui: https://anchor.fm/impresso3d/episodes/A-histria-das-impressoras-FDM-er016bO processo de impressão 3D conhecido como FDM, fused deposition modeling, ou em português, modelagem por deposição de fundido, foi criado em 1988 por Scott Crumb, fundador da Stratasys, hoje a maior empresa de impressoras 3D do mundo.

Ambicionando criar um processo simples e barato, que permitisse competir com as impressoras 3D de sua época, Crumb criou um sistema que além de tudo não demandava altos custos de instalação tais como ventilação forçada, pisos estabilizados ou roupas ou dispositivos de proteção ao usuário.

Sua impressora utiliza de um par de filamento de termoplástico, vendido em cartuchos selados para garantir a qualidade e a facilidade de operação.

Os filamentos, uma vez carregados na impressora 3D são tracionados até um cabeçote de estrusão, onde são aquecidos à suas temperaturas em que atingem maior viscosidade, o chamado glass melting point, e são então depositados, camada sobre camada, formando o objeto 3D.

Uma curisidade, polímeros não têm fase líquida, eles saltam da fase sólida para o gasoso diretamente, esse processo é chamado de sublimação. Como lidar com plásticos que não têm fase líquida para serem depositados? Nós utilizamos justamente o ponto vítreo, um ponto no estado limite entre o sólido e gasoso, onde o plástico atinge maior potencial de viscosidade, e então ele é empurrado por um bico extrusor. Os ventiladores que acompanham o cabeçote, para aqueles que já viram uma impressora 3D, sabem que ele pode ter 2 cabeçotes, um sobre o cabeçote e um sobre o bico, justamente para controlar as temperaturas, e também para resfriar mais rapidamente o polímero, tanto para prevenir que percamos muito desse material, que ele literalmente, evapore, mas também para fazê-lo voltar ao estado sólido mais rapidamente, para que as camadas se acomodem umas sobre as outras, sem que a estrutura colapse sobre si mesma.

A maior vantagem deste processo é entregar uma peça de alta resistência mecânica, formada dos plásticos mais comumente utilizados na engenharia, ABS, PC, ASA, PC-ABS, Nylon, Polifenilsulfona (PPSF), Polieteracetalacetato (PEKK), o que garante aos processos FDM o mais vasto campo de aplicações, desde protótipos à dispositivos de auxílio à manufatura, a até mesmo peças finais, que podem ser aplicadas diretamente da impressora a seu local de utilização.

Nos finais dos anos 90, Scott incorporou ao seu processo ligas orgânicas de plástico, blendas solúveis em água, que capacitaram a FDM a produzir peças já montadas, articuladas, ou de detalhes complexos, com fácil remoção posterior das estruturas de suporte, definindo até hoje o processo como um dos mais simples e mais poderosos em matéria de propriedades dos seus materiais.

A FDM é ainda pai e mãe de todas as tecnologias de impressoras abertas, impressoras denominadas RepRap, como as MakerBots, impressoras que se baseiam na queda das patentes para a criação de processos derivados do FDM, tais FFF – fabricação por filamento fundido, PJP – Plastic Jet Printing – impressão por jato de plástico e assim por diante, e é, sem dúvida, o processo de impressão mais popular do mundo, por aliar baixos custos com altíssima qualidade, e facilidade extrema de operação, pois além de utilizar um material não contaminante, que pode ser operado com as mãos livres, fácil de armazenar, e são polímeros que nós já utilizamos em nosso dia-a-dia, laptops, celulares, painéis automotivos, brinquedos, todos estão feitos destes polímeros que são os mais comuns a serem utilizados.

Foi a Stratasys também a primeira companhia a lançar uma impressora 3D abaixo de 100.000 dólares no mundo, lá em 2002, a Dimension, que esta a venda desde então, se tornando uma das mais longelevas e mais vendidas impressoras 3D no mundo.

Por volta de 2008, quando suas patentes cairam, diversas empresas surgiram com essa mesma tecnologia, afinal, como quem viu o filme Piratas do vale do silício, conheceu o movimento que inspirou os Steves, o HomeBrew Computer, clubes de computadores em faculdades, onde as pessoas criavam seus próprios computadores. Com a impressão 3D a história se repete, com HomeBrew 3D Printers, que já eram criadas desde 2006, em um movimento que se iniciou nas faculdades da Inglaterra, mas na sequência, como fogo de palha, o movimento inspirou diversas comunidades geek/nerd a criarem suas próprias impressoras. E com a queda das patentes as pessoas puderam, além de criar suas próprias impressoras, passaram também a poder vender suas próprias impressoras. 

Era o início da segunda revolução da impressão 3D, aquilo que teve início em 1984 com a SLA, que eram impressoras caríssimas, à partir de 2008 nos teríamos acesso à impressoras extremamente baratas e competitivas, trazendo benefícios como a multiplicação das aplicações, novas mentes aplicadas em trazer novas soluçòes e novos materiais. A impressora mudou de arquitetura: coreXY, HBOT, cartesiana, deltas. os motores passaram a ser sobre o cabeçote, Direct Drive, ou lá atrás, junto ao rolo do filamento, chamadas de bowlden, ou ainda os dois motores, chamados de dual drive system, sistemas de dois motores de tração.

Usando a nova classificação comum mercosul 8477.80.90, temos um número que confirma a narrativa:

2016 – 10.995 unidades

2017 – 17.635 unidades

2018 – 21.639 unidades

2019 – 42.033 unidade

2020 – 09.961 unidades (up to september)

Seguindo a antiga classificação fiscal e ainda em uso o número é mais complexo, já que o NCM servia de impressoras 3D à artefatos nucleares e máquinas de vulcanizar borracha. Excluindo as distorções mais evidentes, importações de 700, 1000 máquinas, acredito que a linha total seja a que se aproxima mais da realidade.

NCM são complicados, são grande categorias de produtos, numa convenção que é válida para o mercosul e que termina regulando o mercado. Até 2015 não tínhamos um NCM só para impressoras 3D, e mesmo depois disso, o NCM genérico anterior continua em uso, gerando distorções, esses dados ditam uma tendência, mais que números reais, já que não só impressoras 3D estão em sua categoria.