Funil de aplicações para AM

Como escolher o processo e material corretos para sua aplicação

O material interfere no processo, o processo altera a aplicação:

Ao se planejar um desenvolvimento de produto que será produzido por manufatura aditiva deve-se considerar duas características que são interdependentes: um projeto de produto que se aproveite das características da manufatura aditiva, para produção de peças já montadas, articuladas, e qual o material final desta peça, que determinará, invariavelmente, o processo que será utilizado de manfuatura aditiva.

Sobre projetar para manufatura aditiva (DfAM)

Uma derivação do conceito Design for Assemble (projetar para montar), a manufatura aditiva adotou o conceito DfAM, Design for Additive Manufacture, projetar para a manufatura aditiva, onde o projeto já é realizado tendo em vista os benefícios e restrições da impressão 3D para produção de seu produto.

Peças feitas por manufatura aditiva podem ser feitas já articuladas, montadas, com partes internas complexas, de forma que nenhum sistema de manufatura tradicional, tais como fresa, torno ou plaina, podem fazer. Isto pode ser obtido com maior ou menor capacidade de acordo com o processo de impressão 3D adotado, mas em síntese, materiais poliméricos podem ser feitos com estruturas de apoio solúveis em água, garantindo formas de remover estruturas internas de uma geometria. Peças metálicas podem utilizar o próprio pó não sinterizado como tal estrutura de apoio.

Embora as montagens sejam uma das características a ser observado no projeto de peças para manufatura aditiva, outro fator é muito importante para determinar o projeto, uma faceta inerente à peças obtidas por manufatura aditiva, a Anisotropia das peças feitas em manufatura aditiva.

Peças produzidas por camadas empilhadas e fundidas, seja plástico fundido camada sobre camada, ou fusão de pós metálicos, camada sobre camada, a impressão 3D termina com uma condição muito particular: ela não oferece a mesma resistência mecânica ao longo de todos os eixos. Sempre que a solicitação de cargas e esforços sobre sua peça for paralela às camadas, sua peça estará no eixo de máxima resistência, mas quando este esforço for perpendicular às camadas, o que resistirá não será o material da força e suas propriedades, mas o que determinará a resistência real da peça será a força de união entre as camadas.

Sobre a seleção do material/processo

Existem diferentes processos de manufatura aditiva, cada qual articula um método de fusão de camadas com um material em especial, por exemplo, os processos chamados de SLS, Selective Laser Sintering (ou Sinterização Seletiva por Laser), aplica o uso de um sistema de laser para sinterizar materiais em pós, em geral, poliméricos ou vídros. Ao aumentarmos a potência do laser, podemos sinterizar até mesmo particulas metálicas, onde o processo passa a se chamar DMT – Direct Metal Technology – Tecnologia de Metal Direto. Em ambos os casos, SLS e DMT são variantes do primeiro processo de manufatura aditiva, dos tempos que ainda era chamada por Prototipagem Rápida, a SLA, StereoLithography Aparatus, ou Equipamento de construção tridimensional, que utilizava um laser para curar uma resina líquida, transformando em sólida.

O processo mais popular do mundo atualmente é aquele baseado em um fialmento de polímero que é extrudado por um cabeçote extrusão, desenvolvido por Scott Crumb em 1994, fundador da Stratasys, o processo se chama FDM – Fused Deposition Modeling – Modelamento por Deposição de Fundido. Como o termo é patenteado, a comunidade cunhou para si o termo FFF – Fused Filament Fabrication – Fabricação por Filamento Fundido.

Logo escolher o material adequado para sua aplicação consiste obrigatoriamente na escolha do processo de impressão também, não havendo ainda máquinas capazes de operar em ampla gama com todas as matrizes atuais: resinas fotossensíveis, filamentos poliméricos, pós-poliméricos, pellets de polímeros e pós metálicos.

Quando determinamos qual será o material alvo, escolhemos também o processo de produção por manufatura aditiva para este material, e através desta escolha, determinamos como os fatores produtivos do processo podem afetar nossas escolhas de projeto do produto.

Em resumo:

Selecionar o processo de manufatura aditiva desejado por ser complicado, visto que cada processo compreende diferentes características produtivas finais e impactam de diferentes formas no projeto do produto, em geral, vamos seguir três alternativas para determinar o processo correto de manufatura aditiva que irá atender nossas necessidades:

1. Material final desejado: este é o processo mais simples, visto que poucos processos de manufatura aditiva possuem materiais iguais, ao determinar o material, este determina o processo.

2. Acabamento vs aplicação: É importante determinar no início do projeto se a peça ou produto desejado terá como principal característica o acabamento final ou sua resistência sob estresse. Existem processos que priorizam o acabamento, em geral, processos de resinas fotossensíveis, enquanto outros valorizam a resistência final do produto, como FDM ou SLS.

3. Similaridade aos meios tradicionais de produção: o processo de cada técnica de manufatura aditiva emula diferentes aspectos de técnicas tradicionais de impressão 3D, como o fato de FDM utilizar polímeros que são injetados, ou SLS que produz metais com as mesmas vantagens e desvantagens do processo de metalurgia do pó, também conhecida como sinterização. Ao conhecermos as demandas de um produto ou peça que era produzido de maneira tradicional, podemos observar qual técnica resultará em características semelhantes às formast tradicionais que a peça ou produto era produzido.