Impressão 3D e Usinagem CNC: qual escolher?

A Impressão tridimensional (3D), também conhecida como manufatura aditiva (MA), do inglês 3 D Printing (3DP), é um método de fabricação de produtos físicos a partir de um modelo criado no computador. 

Essa tecnologia inovadora e versátil, criada pelo engenheiro americano Charles Hull, chegou ao mercado na década de 80, como estereolitografia. 

Hull fundou a 3D Systens Corporation no ano de 1986, 1987 lançou o primeiro sistema comercial de impressão 3D, que ficou conhecido como SLA-1.  

O termo SLA originou da palavra Estereolitografia, Stereon (sólido), Lithos (pedra) e graphy (escrita), originando a Stereolithography Apparatus (SLA). 

O sistema utiliza uma luz para solidificar uma resina fotossensível, criando camadas sucessivas de impressão.

Posteriormente, novas tecnologias e sistemas foram desenvolvidos a partir do software CAD de estereolitografia criado pela 3D Systems. 

Em 1988, Carl Deckard, criou um método alternativo, conhecido como Sinterização seletiva a laser (SLS), em que ele utilizava pó solto ao invés de uma matéria prima líquida. 

No ano de 1989, o casal Scott e Lisa Crump, criou e patenteou um novo método de impressão 3D chamado modelagem de deposição fundida (FDM), enquanto tentava fazer um brinquedo para a filha deles. 

O método é conhecido como extrusão de fusão, que é utilizado para depositar filamentos de termoplásticos. 

Posteriormente, eles fundaram a empresa Stratasys, que inclusive é líder de mercado atualmente, quando o assunto é impressoras 3D de alta precisão e ainda detém a patente. 

No ano de 1992, a startup DTM de Carl Deckard, desenvolveu a primeira máquina de sinterização seletiva a laser (SLS). Em 1996, o processo de comercialização da 3D Systems começou para Impressão ColorJet (CJP). 

Nos anos 2000 a indústria da impressão 3D deu um salto considerável e se popularizou, devido ao vencimento de principais patentes, o que consequentemente, diminuiu o custo das máquinas.

Atualmente, é utilizada nas mais diversas áreas (medicina, aparelhos ergonômicos, construção civil, modelos didáticos pedagógicos, arquitetura, robótica, educação, indústria automobilística, dentre outros). 

A Systems lançou o primeiro simulador cirúrgico de realidade virtual Simbionix. 

Em 2011, os engenheiros da Universidade de Southampton projetaram a primeira aeronave não tripulada impressa em 3D e o Urbee, um protótipo de carro com corpo impresso em 3D, foi apresentado em uma conferência TEDx no Canadá. 

Essa revolução no mercado 3D possibilitou a entrada de vários profissionais como designers, fabricantes e inventores no cenário mundial. 

Em 2005, o Dr. Adrian Bowyer com o Projeto RepRap lançou uma impressora 3D capaz de construir-se sozinha. 

Em 2009, a vez foi do grande lançamento da Kickstarter, que impulsionou projetos criativos personalizando os processos. 

O mercado passou a ser mais colaborativo, onde os designers passaram a receber feedback de outros profissionais e consumidores antes de criar os produtos. 

O mercado também se abriu para criadores construírem suas próprias impressoras 3D e seus produtos. 

Muito se têm visto em termos de inovação nos últimos anos na indústria 3D, em todas as áreas do conhecimento: ossos, espaçonaves, órgãos, aviões, carros, modelos de joias, vestuário e maquiagem. 

Na atualidade, protetores faciais, testes COVID e peças para respiradores também foram produzidas. 

Empresas de todo o mundo têm utilizado os benefícios da impressão 3D, tais como: Bugatti, General Electric, NASA e diversos setores de saúde e medicina. 

Quais são as diferenças entre a impressão 3D e a usinagem CNC? 

Graças à impressão 3D é possível criar um protótipo rápido, através de camadas sucessivas de material, até a peça ser completamente formada. 

É também possível personalizar modelos de impressão 3D prontos ou criar objetos do zero, além possibilitar a fabricação de peças complexas utilizando uma menor quantidade de material que os métodos tradicionais de fabricação.

Apesar das vantagens, para muitos utilizar a tecnologia 3D ainda é um desafio, principalmente pelo fator de sua metodologia de operação ainda variar bastante. 

Além disso, a sua utilização depende bastante da finalidade, pois como qualquer outra tecnologia ela possui suas limitações, como por exemplo, não poder ser efetivamente usada para produção em massa, pois até o presente momento, ela ainda é limitada em velocidade e acessibilidade, quando comparada a usinagem CNC. 

Nesse sentido, o presente artigo foi escrito com o objetivo de orientar os profissionais com informações relevantes da literatura e soluções práticas, para que você consiga saber escolher quando for necessário. 

Você deve está se perguntando, mas o que diferencia essa tecnologia 3D da usinagem CNC?  A principal diferença está na forma e tipo de fabricação. 

A impressão 3D é uma tecnologia em rápido crescimento, com muitas vantagens em relação aos métodos tradicionais de fabricação. 

Os processos de MA ou impressão 3D criam peças adicionando um material por camada, ou seja, pode-se dizer que ocorre por deposição ou união de material. 

Os processos AM não exigem ferramentas ou acessórios especiais, portanto, os custos iniciais de configuração são mantidos de maneira linear mesmo independente da quantidade.

Ao contrário da 3D, a usinagem CNC utiliza a fabricação subtrativa. Em termos práticos, isso significa que ela inicia com um bloco de material, conhecido como “branco” e corta o material para criar a peça finalizada. 

A modelagem da peça é feita com cortadores e ferramentas de fiação específicas (Figura 01). 

E quanto à compatibilidade de materiais?

Tanto a tecnologia da impressão 3D quanto a usinagem CNC são compatíveis com uma grande variedade de materiais e matérias-primas. 

No entanto, a impressão 3D está mais focada nos plásticos, embora mudanças ocorram rapidamente em todo o setor. Inclusive, fabricantes renomados 3D Systems, Arcam, Desktop Metal e Markforged, já estão disponibilizando no mercado as melhores e mais acessíveis formas de impressão 3D, provenientes de metal. 

Na usinagem CNC, os plásticos mais utilizados são ABS, Nylon (PA66), Policarbonato (PC), Acrílico (PMMA), Polipropileno (PP), POM e PEEK. 

Um metal comumente usado na usinagem CNC é o alumínio, por oferecer uma alta qualidade de proteção e por ser reciclável. 

Ele é comumente utilizado por empresas que trabalham com prototipagem de alta qualidade para aplicação industrial. 

Outros metais que também são utilizados incluem o aço inoxidável, a liga de magnésio, a de titânio e a liga de zinco e latão.

Por outro lado, no mercado 3D, os termoplásticos mais utilizados são ABS, PLA, Nylon, ULTEM, foto-polímeros como cera, calcináveis ou resinas biocompatíveis. 

Algumas impressoras 3D de nicho também permitem a impressão com areia e cerâmica. 

Os metais que já são comumente utilizados na impressão 3D incluem alumínio, aço inoxidável, titânio e inconel. 

Vale destacar para a impressão 3D em metal, são necessários maiores investimentos, pois as máquinas industriais possuem um custo bem mais elevado.

Escolha dos softwares 

Agora que você já entendeu os conceitos básicos da impressão 3D, o próximo passo é você transformar a sua ideia em um modelo. Existem no mercado vários softwares de modelagens. 

O Solidworks é um software amplamente utilizado no mercado, por se adaptar bem em projetos da área de mecânica e engenharia. 

Já o Autodesk fusion 360, é utilizado para modelagens free form, sólidas e montagens. 

Com o software autodesck é possível simular encaixes, movimentos, tensão e estresse térmico. 

O tinkercad é uma ferramenta simples, que pode ser utilizada diretamente pelo navegador de internet, para que quer criar do zero ou partir de modelos prontos. 

E para completar o 3D builder, é uma solução simplificada para usuários sem ou com pouco conhecimento técnico.

Projeto e etapas da impressão 3D de forma simplificada

Se você preferir, é possível terceirizar completamente o serviço e contratar uma empresa especializada, mas é importante você conhecer algumas etapas de planejamento:

(1) Modelo virtual da sua peça: o primeiro passo é criar o modelo virtual da  peça na qual você pretende produzir. 

(2) Criação da peça: para criar a peça você pode, por exemplo, além dos softwares citados no tópico anterior, utilizar o programa de CAD (Design Auxiliado por Computador; Computer Aided Design), pois com ele você poderá decodificar e analisar o caminho da ferramenta. 

Com a utilização do CAD é possível interpretar a geometria da peça criada e definir  cada procedimento que será necessário para o funcionamento da máquina.  No ramo, de atuação o procedimento é conhecido como Slicing (fatiar). 

(3) Preparo da máquina e calibração: etapa de escolha dos materiais necessários e de transmissão do código gerado para a máquina, que irá operar e gerar o sólido automaticamente. 

(4) Remoção da peca: é necessário retirar o produto criado da plataforma de impressão e fazer a remover tanto os suportes e quanto os excessos de material. 

Caso seja necessário aumentar a resistência do material, é possível reaquecer ou curar o material. De acordo com Hiemenz (2011), é possível também fazer montagem, pintura e até acabamentos nas peças. 

Exemplo prático de como a impressão 3D tem revolucionado a área de ensino

Como tecnologia da impressão 3D tem revolucionado a área de ensino e educação, aqui na empresa papo CNC, não tem sido diferente. 

A tecnologia já tem sido aplicada e implementada por nós, no sentido de melhorar a experiência dos alunos. Diversas peças já têm sido produzidas especialmente para os cursos de formação de novos profissionais. 

Recentemente, investimos na elaboração e construção de torres elétricas de torno CNC, para as aulas de alunos iniciantes. 

Os resultados tem sido surpreendentes, pois tem trazido dinamismo, auto-poder de demonstração entre a teoria e prática, além de autonomia a interação entre os alunos. Outros projetos já estão em andamento.

Como escolher uma boa impressora 3D?

Alguns pontos importantes precisam ser considerados, na hora de definir qual equipamento utilizar, que incluem: 

(1) Questões relacionadas à finalidade e aplicação: Qual é a  finalidade das peças? Para que você possa saber quais são os materiais que serão utilizados. Como são as peças e qual o tamanho? Quais aplicações elas terão e se terão acabamento? Se as peças serão expostas à alta temperatura ou se terão contato com algum reagente químico? 

(2) Questões relacionadas aos objetivos da impressão: será para uso  empresarial ou educacional? Você ou sua empresa fará o projeto ou terá que terceirizar? 

(3) Questões relacionadas ao conhecimento do operador: Quem vai operar a maquina e qual o nível de conhecimento? a impressora será montada ou o serviço será terceirizado? 

(4) questões relacionadas aos aspectos financeiros: quanto você pode e está disposto a pagar? Qual será o custo de operação?

Atualmente, há no mercado muitos tipos de impressão 3D tais como: SLA (Estereolitografia), FDM(Modelagem de Deposição Fundida), DLP(Processo de luz digital), SLS(Sinterização seletiva a laser), DMLS(Sinterização a laser de metal direto), SLM(derretimento seletivo a laser), EBM(Derretimento de feixe de elétrons), MJF(Multi Jet Fusion), PolyJet (Injeção de resina em gota). 

Como não faz parte do escopo no presente artigo falar sobre cada uma das máquinas. A nossa equipe coloca-se à disposição para esclarecer as suas dúvidas e lhe prestar uma consultoria caso seja necessário.

Considerações finais 

Tanto a impressão 3D quanto a usinagem CNC são compatíveis com uma  variedade de materiais, incluindo plásticos e metais. 

No entanto, não existe uma técnica perfeita, e se você me perguntar qual eu indico, a resposta é depende do seu objetivo. 

Tanto tecnologia 3D quanto a usinagem CNC estão em amplo crescimento no mercado, portanto, o que é mais adequado para você ou para a sua empresa, dependerá do material, da complexidade geométrica das peças que serão produzidas, do volume de fabricação e principalmente do orçamento e do corpo técnico disponível. 

Quer saber mais a respeito das tecnologias, entre em contato com a nossa equipe. 

Empresa PAPO CNC

Moises Henriques Braga Pereira 

Especialista em CNC, Professor e CEO da Empresa desde 2012.

(31) 99477-8520

Instagram: @papocnc

Tags
usinagem CNCimpressão 3D
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Moisés Henriques

17 anos trabalhando com CNC. Desde 2012 atua com consultoria e treinamentos CNC. Fundador e CEO da empresa Papo CNC, já ministrou treinamentos em grandes empresas do país como USIMINAS,SCANIA, CEFET, SENAI... Já formou milhares alunos que estão atuantes no mercado de trabalho. Atualmente está mentorando 09 alunos para serem excelentes profissionais, conforme necessidade atual do mercado. (31)99477-8520| Instagram: @papocnc