Bem-vindo ao Módulo de Impressão 3D da Feira Bike Week de Sustentabilidade!
Você já imaginou como seria transformar um desenho feito no computador em um objeto real, que você pode segurar nas mãos? Isso é possível graças à impressão 3D, uma tecnologia que vem revolucionando a forma como criamos e fabricamos produtos.
Nesta oficina, você terá a oportunidade de explorar o incrível mundo da manufatura aditiva (nome técnico da impressão 3D). Vamos mostrar como máquinas simples podem dar vida a ideias, camada por camada, construindo objetos de diversas formas e tamanhos.
A impressão 3D não é só uma ferramenta do futuro – ela já está presente na indústria, na medicina, na engenharia e até mesmo nas cozinhas, imprimindo alimentos. Aqui na Unicamp, usamos essa tecnologia para criar protótipos, peças complexas e desenvolver soluções inovadoras em diferentes áreas do conhecimento.
Por Que a Impressão 3D é importante?
Inovação Acessível: Impressoras 3D estão cada vez mais baratas e podem ser usadas em casa.
Sustentabilidade: A impressão 3D permite usar menos material e produzir peças sob demanda, evitando desperdício.
Estímulo à Criatividade: Você pode criar seus próprios designs e ver suas ideias ganharem forma.
Carreiras do Futuro: A indústria de impressão 3D está crescendo, e conhecer essa tecnologia pode abrir portas para profissões incríveis.
O Que Vamos Fazer Nesta Oficina?
Ver impressoras 3D em funcionamento.
Entender como são criados os modelos digitais.
Acompanhar o processo de impressão de objetos ao vivo.
Participar ativamente, aprendendo cada etapa do processo!
O Que Você Vai Aprender?
Como funciona uma impressora 3D e quais materiais podem ser usados.
Os diferentes tipos de impressoras e suas aplicações.
Como criar um modelo 3D básico para impressão.
As infinitas possibilidades de aplicação da impressão 3D em diversas áreas.
Prepare-se para mergulhar no futuro da fabricação e da inovação. Ao final da oficina, você verá que a impressão 3D é uma ponte entre a criatividade e a realidade.
A impressão 3D parece uma tecnologia futurista, mas ela já existe há mais de 40 anos. Desde o seu surgimento, essa tecnologia tem evoluído rapidamente, revolucionando indústrias e transformando a maneira como produtos são criados. Veja a linha do tempo da Impressão 3D:
1980s – O Começo de Tudo: A primeira tecnologia de impressão 3D foi patenteada em 1984 por Chuck Hull, que desenvolveu a estereolitografia (SLA). Esse processo usava resinas líquidas que endureciam ao serem expostas a lasers. Era o começo da manufatura aditiva. A impressão 3D no início era cara e restrita a grandes indústrias.
1990s – Primeiras Aplicações Reais: Surgem novas técnicas, como o FDM (Fused Deposition Modeling), criado por Scott Crump. Essa tecnologia, que hoje é a mais popular, usa filamentos de plástico derretido para construir objetos camada por camada. A impressão 3D começa a se expandir, sendo utilizada principalmente para criar protótipos industriais.
2000s – Expansão e Diversificação: Impressoras 3D tornam-se mais acessíveis, e novas tecnologias começam a surgir, como a SLS (Sinterização Seletiva a Laser), capaz de imprimir metais e plásticos avançados. A medicina entra na era da impressão 3D, produzindo próteses personalizadas e modelos anatômicos.
2010s – Impressão 3D Para Todos: O preço das impressoras 3D cai drasticamente, permitindo que entusiastas, makers e pequenas empresas adotem a tecnologia. Plataformas como Thingiverse popularizam o compartilhamento de modelos 3D gratuitos. Grandes avanços são feitos na impressão de órgãos e tecidos vivos para uso médico experimental.
2020s – Impressão de Casas e Alimentos: Impressoras gigantes começam a construir casas inteiras usando concreto impresso em 3D. A empresa WinSun, na China, constrói 10 casas em apenas 24 horas. Na gastronomia, impressoras criam alimentos com ingredientes naturais como algas, soja e chocolate.
Curiosidades Históricas
Primeiro Órgão Impresso: Em 2019, uma equipe de cientistas israelenses imprimiu um coração funcional usando células humanas.
Construção Civil: Em Dubai, o governo construiu um escritório inteiro usando impressão 3D em 2016.
Comida Impressa: Já existem impressoras capazes de criar doces e pratos elaborados com camadas de chocolate e outros ingredientes.
A impressão 3D continua evoluindo e se tornando uma tecnologia essencial em diversos setores:
Na medicina: Impressão de tecidos, ossos e até órgãos inteiros.
Na indústria: Criação de peças sob demanda, eliminando estoques.
Na moda:Impressão de roupas e acessórios personalizados.
Na educação: Prototipagem rápida que estimula o aprendizado prático.
Reflexão: se a impressão 3D já é capaz de construir casas, criar próteses personalizadas e imprimir comida, o que mais ela será capaz de fazer nos próximos anos?
A impressão 3D transforma ideias e projetos digitais em objetos físicos, camada por camada. Parece mágica, mas é pura engenharia. A seguir, vamos explorar como esse processo acontece, desde o design até o produto final.
Etapas do Processo de Impressão 3D:
1. Modelagem 3D – Criando o Projeto. Tudo começa com a criação de um modelo digital em três dimensões (3D). Esse modelo funciona como um “molde virtual” do objeto que será impresso.
Softwares de Modelagem 3D: Tinkercad, Fusion 360, Blender, AutoCAD.
Sites com Modelos Prontos: Thingiverse, Printables e Cults3D oferecem milhares de arquivos gratuitos.
Formatos de Arquivo: Os modelos criados precisam ser exportados nos formatos STL, OBJ ou 3MF para serem compatíveis com as impressoras 3D.
2. Fatiamento (Slicing) – Preparando para Imprimir. O modelo 3D precisa ser convertido em instruções para a impressora, e isso é feito por um software de fatiamento. Alguns softwares gratuitos de fatiamento são o Cura 3D, o PrusaSlicer, e o Creality Print. O software divide o modelo em camadas finas (fatias), e gera um código chamado G-Code. Esse código contém as instruções sobre:
A espessura de cada camada.
A temperatura de impressão.
A velocidade de extrusão (saída do material).
3. Impressão – Construção Camada por Camada. Agora é hora de imprimir! A impressora segue as instruções do G-Code e começa a depositar material camada por camada. Dependendo do tipo de impressora, o processo muda um pouco:
FDM (Fused Deposition Modeling): Usa filamento plástico que é aquecido e extrudado. Esse é o processo que usaremos na nossa oficina.
SLA (Estereolitografia): Usa resina líquida que endurece com luz UV.
SLS (Sinterização a Laser): Usa pó que é fundido por um laser.
Os softwares de fatiamento permitem personalizar diversos parâmetros para melhorar o resultado final:
Altura da Camada: Camadas mais finas aumentam a qualidade, mas demoram mais.
Preenchimento Interno: Define o quanto de material será usado dentro do objeto (ex.: 20% de preenchimento).
Velocidade de Impressão: Afeta a rapidez e a qualidade da impressão.
Durante a oficina, você verá uma impressora FDM em ação, criando um objeto real a partir de um modelo digital. Preste atenção nas camadas sendo formadas e tente identificar as etapas do processo em tempo real!
A impressão 3D não é um processo único. Existem diferentes tipos de impressoras, cada uma utilizando uma tecnologia específica para atender a diferentes necessidades. A seguir, apresentamos as principais tecnologias disponíveis e suas características.
A tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), que usaremos na nossa oficina, é a mais comum e acessível. Ela funciona derretendo um filamento de plástico, que é depositado camada por camada até formar o objeto. Na FDM, o filamento é alimentado em um extrusor aquecido. O plástico derretido sai por um bico (nozzle) e é depositado na mesa de impressão. O material esfria e solidifica, criando uma camada antes que a próxima seja depositada. As vantagens da FDM são o custo baixo, a facilidade de operar e manter, e o uso de materiais amplamente disponíveis, como PLA, ABS e PETG. As desvantagens são a menor precisão e detalhes em comparação com outras tecnologias e o fato de que a superfície do objeto pode ter camadas visíveis. Aplicações comuns da FDM são prototipagem rápida, peças simples para uso doméstico e educacional, e modelos conceituais em engenharia e design.
A SLA (Estereolitografia) utiliza resina líquida que é solidificada camada por camada através de um laser de luz ultravioleta (UV). Essa tecnologia é conhecida por sua alta precisão e acabamento suave. Nesta técnica, a resina líquida é contida em um tanque. Um laser UV desenha cada camada na resina, solidificando o material nas áreas desejadas. A plataforma desce ligeiramente, permitindo a criação de uma nova camada até que o objeto esteja completo. As vantagens são a alta resolução e detalhes finos e superfícies lisas sem marcas de camadas visíveis. As desvantagens são o custo mais elevado em comparação com FDM e o fato de que as resinas podem ser tóxicas e exigem manuseio cuidadoso. Aplicações comuns da SLA são protótipos detalhados, odontologia e joalheria, e modelos anatômicos e peças de precisão.
Por fim, a tecnologia da SLS (Sinterização Seletiva a Laser) utiliza um laser para fundir pó de polímero ou metal, criando objetos sólidos e resistentes. É uma das tecnologias mais avançadas e amplamente utilizada na indústria. Nesta técnica, um rolo distribui uma fina camada de pó em uma plataforma. O laser aquece e funde seletivamente as áreas do pó, camada por camada. O objeto é construído dentro de uma caixa de pó, que serve de suporte durante o processo. As vantagens são que a técnica permite a impressão de objetos com geometrias complexas, não requer suportes adicionais, pois o pó não fundido serve de estrutura temporária, e que a técnica é ideal para materiais de alta resistência. As desvantagens são o alto custo de equipamento e materiais e o processo lento e mais complexo. Aplicações comuns da técnica incluem indústria aeroespacial e automotiva, peças mecânicas funcionais e prototipagem de peças complexas.
A escolha da impressora 3D depende do objetivo do projeto e dos recursos disponíveis. Para projetos educacionais e domésticos, as impressoras FDM são ideais. Já para projetos que exigem alta precisão, a SLA oferece melhores resultados. Para indústrias e peças técnicas, a SLS é a mais indicada. Entender as diferenças entre essas tecnologias é essencial para tirar o máximo proveito da impressão 3D e escolher a ferramenta certa para cada aplicação.
Alguns dos principais componentes de uma impressora 3D:
Motor Tracionador (motor de passo): Responsável por empurrar o filamento até a extrusora fazendo com que o plástico saia pelo bico e imprima a peça;
Correia/Fusos: Permitem a movimentação do extrusor nos eixos X, Y e Z;
Mesa: Superfície na qual a peça será impressa. A aderência da peça na mesa é fundamental para que a impressão ocorra, além disso a mesa auto aquece para que a peça se fixe;
Extrusor: Aquece o filamento e extruda (libera) o plástico;
Placa Controladora: Placa mãe da impressora, responsável por comandar tudo, desde os motores de fuso e passo até o aquecedor da mesa, extrusora, etc.
Assim como qualquer máquina e ferramenta de trabalho, a impressora 3D exige alguns cuidados para prolongar sua vida útil e manter a qualidade de impressão. Os principais são:
Lubrificação dos Fusos com graxa branca: Isso facilita a movimentação da extrusora evitando desgaste dos fusos e de forçar os motores das correias;
Nivelamento de Mesa: Fundamental para que a peça se fixe na mesa e possa ser impressa de forma adequada.
Limpeza do Extrusor: para evitar eventuais entupimentos
A qualidade do filamento utilizado na impressão também interfere na durabilidade do equipamento. Filamentos ruins podem entupir facilmente o extrusor, por exemplo. Além disso, é bom evitar lugares úmidos que possam oxidar as partes metálicas da impressora.
Antes que um objeto possa ser impresso em 3D, ele precisa passar por um processo de preparação chamado fatiamento (ou “slicing”). Essa etapa converte o modelo digital em um conjunto de instruções que a impressora 3D consegue interpretar.
O fatiamento consiste em dividir o modelo tridimensional (3D) em camadas finas, como se fosse uma pilha de folhas. Cada camada é impressa uma por vez, de baixo para cima, até que o objeto final esteja completo.
O software de fatiamento transforma o modelo digital em um código chamado G-Code, que contém todas as instruções sobre: movimentação do bico extrusor, velocidade de impressão, temperatura da mesa e do extrusor e quantidade de material utilizado.
Passo a Passo do Fatiamento:
1. Importar o Modelo 3D: abra o arquivo do modelo no software de fatiamento. Os formatos mais utilizados são STL, OBJ e 3MF.
2. Configurar a Impressora: selecione o modelo da impressora que será utilizado. A maioria dos fatiadores já possui perfis prontos para diferentes modelos de impressoras.
3. Escolher o Material: defina o tipo de filamento ou resina que será utilizado (PLA, ABS, PETG, etc.).
4. Ajustar Parâmetros de Impressão:
altura da Camada: Define o nível de detalhe. Camadas menores geram mais detalhes, mas aumentam o tempo de impressão;
temperatura do Extrusor: A temperatura ideal depende do material utilizado (PLA: ~200°C, ABS: ~240°C);
Temperatura da Mesa: Algumas impressões exigem mesa aquecida para melhor aderência (PLA: ~50°C, ABS: ~100°C);
Preenchimento (Infill): Controla a densidade interna do objeto. Um preenchimento de 15% é comum para protótipos, enquanto peças estruturais podem exigir mais.
Velocidade de Impressão: Velocidades mais altas reduzem o tempo de impressão, mas podem comprometer a qualidade.
5. Gerar Suportes (Se Necessário): Modelos com partes suspensas precisam de suportes temporários para evitar falhas durante a impressão (Fig. 2). Esses suportes são removidos após o término da impressão.
6. Fatiar o Modelo: Após ajustar todas as configurações, clique em "Fatiar". O software mostrará uma prévia do tempo de impressão e do material necessário.
7. Exportar o G-Code: Salve o arquivo gerado (G-Code) em um cartão SD ou conecte diretamente à impressora para iniciar a impressão.
Parâmetros Essenciais Explicados:
1. Altura da Camada:
0,1 mm – Alta Qualidade: Mais tempo de impressão, máximo nível de detalhe.
0,2 mm – Qualidade Padrão: Bom equilíbrio entre tempo e precisão.
0,3 mm – Impressão Rápida: Detalhes mais simples, ideal para protótipos.
2. Preenchimento (Infill):
10-20%: Prototipagem, peças decorativas.
30-50%: Peças funcionais.
100%: Peças sólidas e estruturais.
3. Suportes:
Automático: O software calcula automaticamente onde o suporte é necessário.
Manual: O usuário seleciona as áreas que exigem suporte, otimizando o uso de material.
Independentemente da geração automática ou manual dos suportes, dois tipos mais comuns são usados:
Árvore: o suporte apresenta uma ramificação próxima ao contato com a peça, o que permite a impressão de geometrias mais complexas. A desvantagem é o gasto mais elevado de material. O suporte mostrado na Fig. 2 é do tipo árvore;
Normal: o suporte é formado por colunas verticais. Indicado devido à economia de material.
Dicas para um Fatiamento Eficiente:
Posicione o Modelo Corretamente: Girar ou inclinar o modelo pode reduzir a necessidade de suportes.
Otimize o Preenchimento: Use diferentes padrões (colmeia, linha reta) para equilibrar resistência e economia de material.
Revise o G-Code: Analise a simulação do fatiamento para prever possíveis falhas antes de iniciar a impressão.
O fatiamento bem feito é essencial para garantir uma impressão de qualidade, com o mínimo de falhas e o máximo de eficiência.
Nessa oficina, você terá a oportunidade de vivenciar o processo de impressão 3D na prática, no nosso laboratório na Unicamp. A atividade foi desenvolvida para ser simples, mas educativa, permitindo que você acompanhecada etapa do processo, desde a modelagem até a impressão do objeto.
O objetivo da atividade é demonstrar o funcionamento de uma impressora 3D por meio da criação de um objeto simples e funcional. Você vai poder acompanhar a geração do objeto em um software CAD, analisar o fatiamento (slicing) de um modelo pré-definido, verificar como diferentes configurações afetam a impressão final, e também assistir à impressão em tempo real.
Complemente seu conhecimento pesquisando as respostas para as seguintes questões:
1 Qual filamento a seguir é biodegradável:
ABS
PLA
Petg
Tritan
ABS antichamas
2 Qual a diferença entre uma impressora aberta e uma fechada?
A impressora aberta imprime mais rápido que a fechada
A impressora aberta imprime qualquer tipo de filamento
A impressora fechada imprime qualquer tipo de filamento a depender da temperatura máxima da extrusora, já a impressora aberta não, pois não consegue manter altas temperaturas com eficiência.
A impressora fechada possui um custo relativamente menor que a impressora aberta
3 Qual das seguintes formas de arquivo pode-se abrir em um fatiador:
Jpeg
IPT
STL
GIF
4 Selecione quais funções podem ser feitas no software de Fatiamento:
Modelagem completa da peça
Configuração de temperatura de mesa e extrusor
Configuração de temperatura interna
Alteração de escala
Ajuste do preenchimento interno
Ajuste de velocidade de impressão
PORTELA, S. Conjunto do extrusor: tudo o que você precisa saber! 3D Lab, 2024. Disponível em: <https://3dlab.com.br/conjunto-do-extrusor/>.
IMPRESORAS3D.COM. Guia definitivo sobre os tipos de filamentos 3D. 2024. Disponível em: <https://www.impresoras3d.com/pt/la-guia-definitiva-sobre-los-distintos-filamentos-para-impresoras-3d/>.
8 configurações dos fatiadores que todo iniciante precisa saber. 3D Fila, 2024. Disponível em: <https://blog.3dfila.com.br/8-configuracoes-dos-fatiadores-que-todo-iniciante-precisa-saber/>.
ADMTECHCD. 5 curiosidades sobre impressão 3D que você precisa saber. TechCD, 2024. Disponível em: <https://techcd.com.br/noticias/curiosidades-sobre-impressao-3d/>.