Estereolitografia (SL)

Além de ser o primeiro processo comercial de fabricação rápida de protótipos que surgiu, a estereolitografia continua sendo mundialmente o processo mais utilizado de fotopolimerização e tem como principal vantagem a versatilidade.

Os protótipos são construídos através da polimerização, por laser, de uma resina líquida fotossensível, conforme o esquema da figura 3-5. A fabricação é dividida em duas etapas: construção e recobrimento. Na construção, as camadas são reproduzidas, individualmente, na superfície da cuba, pelo direcionamento do feixe, iniciando pelos contornos internos e externos e finalizando com as regiões delimitadas por eles. A incidência do laser promove a polimerização da resina, modificando seu estado físico de líquido para sólido. Depois da reprodução de cada camada, é iniciada a etapa de recobrimento que consiste na submersão da plataforma e posterior retorno para a posição de construção com um decréscimo correspondente à espessura de camada, variando de 0,025 - 0,150mm, conforme a máquina utilizada. Em virtude da característica de alta viscosidade das resinas uma lâmina percorre a área de trabalho uniformizando a superfície antes de iniciar-se a

construção da próxima camada. Este ciclo de construção e recobrimento é realizado até que todas as camadas estejam reproduzidas.

Câmara com temperatura controlada

Protótipo Suporte Plataforma de construção Laser UV Resina fotossensível Ótica Lâmina Espelho Cuba

Figura 3-5: Esquema básico do processo de estereolitografia da 3DSystems

Uma condição indispensável ao processo é que as camadas estejam sempre ligadas com algum elemento de sustentação, principalmente, as regiões isoladas. Estas podem não estar em contato com a peça já construída e se dispersariam durante o recobrimento. Os principais elementos de sustentação são os suportes que são as primeiras estruturas criadas a partir da plataforma de construção e servem também como ancoragem para as camadas iniciais de construção.

Finalizada a construção, peça e plataforma emergem até uma determinada posição para que a maior parte da resina não polimerizada escorra. A parte restante deverá ser removida com uso de solventes apropriados. Os fabricantes recomendam que o operador utilize luvas, máscara e óculos protetores para não entrar em contato direto com a resina que no estado líquido pode ocasionar reações alérgicas.

Depois da limpeza, inicia-se a etapa de acabamento da peça com a remoção dos suportes restantes. Dependendo da espessura da camada utilizada, na construção e do uso posterior do protótipo, etapas de lixamento e jateamento de areia deverão ser realizadas para melhorar o acabamento superficial.

Dependendo da resina empregada, pode ser requerida ainda uma etapa de pós-cura. Neste caso, durante a etapa de construção a resina não foi completamente polimerizada resultando em uma “peça verde”. Geralmente, a polimerização final é realizada em câmaras de exposição à luz ultravioleta. Processos menos usuais utilizam calor e microondas.

ƒ Tempo de fabricação

O processo SL, comparado a outros processos de prototipagem rápida, pode ser considerada de média a baixa velocidade. Ele apresenta eficiência baixa, já que o tempo necessário para realizar o recobrimento pode corresponder a quase dois terços do tempo total para fabricação. Por este motivo que o recobrimento também é conhecido como “tempo morto”. Este varia conforme o grau de viscosidade da resina, sendo que resinas mais viscosas aumentam ainda mais o tempo necessário para o recobrimento. Outro fator importante para o tempo de fabricação é a espessura de camada. Quanto menor a espessura, mais camadas precisarão ser reproduzidas e desta forma, maior tempo de fabricação será requerido. A orientação das peças na plataforma também influencia o tempo de fabricação. Quanto maior a cota maior o número de camadas que deverão ser reproduzidas. Os estilos de construção podem proporcionar variações no tempo total, já que uns são mais rápidos ou lentos que outros.

Existem também os aspectos relacionados ao pós-processamento. Somente a etapa de pós-cura, dependendo do volume do protótipo, pode levar de 1 até 10

horas [47]. A limpeza, extração dos suportes e acabamento são atividades trabalhosas, pois na maioria dos casos são realizadas manualmente e podem demandar um longo tempo conforme a geometria a ser trabalhada.

O tipo e potência do laser é um fator diretamente proporcional à velocidade de polimerização. Os lasers empregados em máquinas mais sofisticadas são de estado sólido e apresentam potência maior, em comparação com os de He-Cd utilizados nas máquinas mais despojadas.

ƒ Máquinas e materiais

A maior produtora de máquinas de SL no mercado mundial é a norte americana 3D Systems. São produzidos conjuntos que se diferenciam basicamente na capacidade (volume) e preço. CMET e Sony/D-MEC também produzem máquinas com tecnologia similar e a partir de 2003 começaram a atuar no mercado norte americano.

As primeiras resinas SL utilizadas apresentavam propriedades mecânicas limitadas. Eram tão frágeis que os protótipos raramente sobreviviam a uma reunião de revisão de projeto [47]. Observa-se que ainda hoje as resinas de SL são tratadas com um certo desdém. Alguns autores afirmam que os protótipos produzidos por estereolitografia são limitados em relação ao uso em testes funcionais [42]. Entretanto, há de se ressaltar que os maiores progressos em termos de propriedades físicas dos materiais para prototipagem rápida foram os obtidos para resinas fotossensíveis.

Existem três grandes fornecedores de resinas que tornam o mercado muito competitivo, isto, porque os fabricantes de máquinas não detêm a exclusividade na comercialização, como acontece com os outros processos.

Os usuários de SL contam com uma quantidade considerável de resinas, 51 no total [48]. Estão disponíveis no mercado resinas que emulam os materiais plásticos mais utilizados, como: PP, PE, PS, PC e ABS. Há também resinas transparentes, esterilizáveis e para aplicações em ferramental rápido.

ƒ Aplicação do processo

Os protótipos de SL tendem a ser caros devido ao emprego de materiais caros e ao alto tempo de fabricação, já mencionados. A resina deve ser selecionada com critério. Ao escolher resinas que possuem propriedades próximas do produto final deve-se verificar se as mesmas não possuem problemas com absorção de umidade ou têm limitações quanto ao uso em altas temperaturas. Cabe ressaltar que as resinas fotossensíveis são termofixas e apresentam comportamento diferente de resinas termoplásticas. Contudo, o processo de SL ainda é a melhor escolha quando alta precisão dimensional e pequenos detalhes geométricos são requeridos.