3 desafios técnicos das impressoras 3D de grande formato.

Impressão 3D em grande formato

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O setor de impressão 3D é um nicho global de 10 trilhões de dólares, focado principalmente no desenvolvimento de máquinas (AMFG, 2020). Dentro desse setor, existem hoje centenas de empresas dedicadas à fabricação de impressoras 3D com tecnologia FDM (filamento fundido), a maioria delas com áreas de impressão retangulares na faixa de 200 mm a 400 mm.

Atualmente, poucas empresas oferecem impressoras com áreas de impressão maiores do que essas, não porque o mercado não exija isso — já que muitos segmentos do setor industrial necessitam de tamanhos muito maiores —, mas porque existem certos problemas técnicos que precisam ser resolvidos e que algumas dessas empresas não conseguem resolver com sucesso:

• Altos fluxos de material fundido

A impressão 3D com filamento tem um limite natural determinado pela quantidade de material fundido que é possível extrudar por meio de um bico. Não é viável utilizar sistemas de extrusão do segmento desktop, pois os tempos de impressão aumentariam drasticamente. Por isso, um dos aspectos técnicos mais importantes em uma máquina de “grande formato” é o fluxo de material que o extrusor da máquina é capaz de processar. O modelo Big-T, por exemplo, possui um sistema extrusor capaz de consumir um rolo padrão de 1 kg em aproximadamente 1 hora, enquanto um modelo de mesa com hotends do tipo E3D levaria 22 horas, o que, em termos de vazão volumétrica, representa mais de 20 vezes por unidade de tempo. Essa característica, aliada à possibilidade de atingir velocidades de deslocamento maiores, permite fabricar peças gigantes em tempos incrivelmente curtos.

• Velocidades comparáveis às das impressoras 3D de mesa

Na impressão 3D, a velocidade é um fator-chave para a produção. Com o desenvolvimento de materiais avançados que competem com a qualidade obtida por processos como a injeção de plástico, aumentar a quantidade de peças impressas por unidade de tempo é um objetivo imprescindível para quem deseja dar o próximo passo e entrar no ramo da fabricação de peças finais. Para isso, são necessários sistemas de movimento e controle eletrônico que funcionem em conjunto para atingir precisões micrométricas, normalmente em configurações amplamente utilizadas na indústria de máquinas “desktop”, que se repetem de um equipamento para outro.

Mas quando se deseja projetar uma máquina gigante e atingir deslocamentos de impressão de até 1 metro, em máquinas como a Big-T, é necessário aprimorar a engenharia. Nesses casos, é preciso rever as definições técnicas tipicamente herdadas da indústria de desktop, como o uso de motores de passo Nema 17, polias e correias GT2 com estruturas de máquina simplificadas, e, em vez disso, dar lugar a estruturas robustas, calculadas por engenharia para absorver os problemas associados ao próprio peso e às vibrações produzidas pela inércia do movimento de um cabeçote de impressão mais pesado, bem como a configurações de movimento provenientes de máquinas de nível industrial, como centros de usinagem CNC ou máquinas SMT. Além disso, as demandas de potência decorrentes do uso de componentes mais robustos, com características superiores às do setor de impressoras de mesa, exigem eletrônica e controladores mais sofisticados, bem como peças de firmware personalizadas que aproveitem ao máximo seu desempenho.

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• Calibração e “preparação” das primeiras camadas.

Assim como acontece com a fundação de um edifício, a primeira camada de um objeto impresso em 3D determina o sucesso de todo o trabalho, e alcançar isso é particularmente difícil quando as superfícies de impressão são muito extensas. A Trideo, em seu modelo Big-T de 1 m³, utiliza uma fórmula de calibração integral que emprega a compensação digital automática das pequenas curvaturas da superfície de impressão, além de um equilíbrio automatizado do sistema estrutural de movimento do eixo Z, o que garante a equidistância da primeira camada em cada ponto da superfície. Por outro lado, o aquecimento homogêneo da superfície e o uso de adesivos superficiais complementam a fórmula de aderência perfeita.

A indústria exige máquinas capazes de imprimir em 3D peças de grandes dimensões. Chegou o momento em que a relação custo/benefício já é semelhante à de tecnologias alternativas, como a usinagem ou a laminação, mas com todo o valor agregado que a manufatura aditiva oferece e em uma pequena fração do tempo de desenvolvimento.

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