Os sistemas de fabrico aditivo partilham uma série de etapas para a construção dos modelos, desde a sua conceção num programa CAD até à produção do protótipo, nomeadamente [3, 4, 8]:
Etapa 1: Modelação de um ficheiro 3D (CAD)
Criação de um modelo 3D utilizando programas CAD (como AutoCAD, CATIA, Pro-Engineer, SolidWorks e Unigraphics), da peça que está a ser projetada ou importa-se para o CAD um modelo do componente previamente digitalizado. Atualmente dispõem-se de dois meios de digitalização, nomeadamente com contacto ou sem contacto com a peça.
Etapa 2: Conversão para o formato STL
O modelo tridimensional é convertido num formato padrão, utilizando um processo de aproximação por faces planas (facetado) denominado STL (Standard
Tecelation Language). Este formato aproxima a superfície do modelo sólido por
pequenos triângulos, que compõem uma malha em toda a superfície do modelo obtido do CAD. Quanto menor forem estes triângulos, melhor a aproximação da superfície, mas maior é o tamanho do arquivo, aumentando o tempo de processamento do ficheiro na máquina.
Etapa 3: Transferência para uma máquina de FA e manipulação do ficheiro STL Nesta etapa, um programa de pré-processamento prepara o ficheiro STL do modelo a ser construído, permitindo ajustar o tamanho, a posição e a orientação do modelo na área de trabalho. Esta fase é importante pois algumas decisões necessitam de ser tomadas, por exemplo, os protótipos são normalmente “mais fracos” e menos precisos na direção z em relação ao plano x-y. Além disso, a orientação da peça determina, em parte, a quantidade de tempo necessário para a sua construção. Posicionando a menor dimensão na direção z, reduz-se o número de camadas, diminuindo assim o tempo de construção.
Etapa 4: Configuração da máquina
As máquinas constroem a peça uma camada de cada vez a partir das diferentes matérias-primas, no entanto cada uma das máquinas/técnica tem as suas especificações. A maioria dos equipamentos são bastante autónomos necessitando de pouca intervenção humana.
Etapa 5: Construção física do protótipo
A primeira camada do modelo físico é criada. O modelo vai sendo formado a partir da base e de acordo com a espessura da camada seguinte. O processo repete-se até o modelo estar completo.
Etapa 6: Pós-processamento
O pós-processamento compreende atividade de cura, necessária em alguns materiais fotossensíveis, remoção do protótipo da máquina e, se necessário, de qualquer estrutura de suporte. Algumas peças podem também exigir limpeza e tratamento da superfície para conferir o acabamento final.
Este processo revela-se limpo e simples com um pequeno número de etapas em contraste com os métodos tradicionais, que necessitam de um elevado número de operações e ferramentas, como moldação, furação, corte, desbaste, e controlo numérico por computador (CNC) [3].
3.1.
I
NTRODUÇÃODe acordo com a Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM) comité F42, os processos de FA são classificados em sete categorias, apresentados na tabela 1 [22]. Estes processos diferem uns dos outros em termos das técnicas usadas na deposição das camadas e na forma como as camadas depositadas são unidas. Na tabela 1 encontra-se informação sobre variações do processo, materiais disponíveis, produtores comerciais e modelos de máquinas para cada categoria. Para cada tecnologia, um produtor pode ter diferentes modelos de máquinas, que variam entre elas em termos de velocidade de fabrico, espessura das camadas, volume de construção, diâmetro do filamento, resolução, gama de materiais, precisão e/ou custos.
Tabela 1 – Classificação dos processos de FA e respetivos fornecedores de equipamentos [22].
Categoria Processo/Tecnologia Material Fornecedor Máquina
Fotopolimerização
em tina Estereolitografia (SL)
Resinas curáveis por UV
Asiga Freeform Pico
3D Systems iPro
3D Systems Projet 6000/7000 EnvisionTEC Perfactory
Rapidshape S Series
Ceras DWS DigitalWax
Cerâmicos Lithoz CeraFab 7500
Jato de material Modelação por Jato Múltiplo (MJM) Resinas curáveis por UV 3D Systems Projet 3500 HD/ 3510/ 5000/5500 Stratasys Objet Ceras Solidscape 3Z
Jato ligante 3D Printing (3DP)
Compósitos 3D Systems Z Printer
Polímeros,
cerâmicos Voxeljet VX Series
Metais ExOne M-Flex
Extrusão de material
Modelação por Extrusão de Plástico (FDM) Termoplásticos Stratasys Dimension Fortus Mojo uPrint MakerBot Replicator RepRap RepRap
Bits from Bytes 3D Touch Fabbster Fabbster Kit Delta Micro
Factory Corporation
UP Beijing Tiertime Inspire A450
Ceras
Choc Edge Choc Creator V1 Essential Dynamics Imagine
Fab@Home Model Fusão em camadas de pó Sinterização seletiva a laser (SLS) Termoplásticos EOS EOS P Blueprinter SHS 3D Systems sPro Metais 3Geometry DSM
Matsuura Lumex Avance-25 3D Systems/Phenix PXL, PXM, PXS
Fusão seletiva a laser
(SLM) Metais
EOS EOSINT M
SLM Solutions SLM
Concept Laser LaserCusing
3D Systems ProX
Realizer SLM
Renishaw AM250
Fusão por feixe de
eletrões (EBM) Metais
Arcam Arcam A2
Sciaky DM
Laminação de folhas
Fabricação de objetos por camadas (LOM)
Papel Mcor Technologies Matrix 300+
Metais Fabrisonic SonicLayer
Termoplásticos Solido SD300Pro
Deposição de energia direta
Deposição de metal a
laser (LMD/LENS) Metais
Optomec LENS 450
DM3D DMD
Irepa Laser EasyCLAD
Fabrico Aditivo por feixe
Existem diferentes classificações possíveis para categorizar as tecnologias de FA. Outra classificação é baseada no estado inicial da matéria-prima, nomeadamente [3]:
1) Líquido (Exemplo: SL, Impressão a Jato de Tinta (IJP) - PolyJet) 2) Pó (Exemplo: 3DP)
3) Sólido (Exemplo: FDM)
Os processos de FA também podem ser caraterizados pelo tipo de material, tais como polímeros, metais, cerâmicos, compósitos e materiais biológicos [22].
Outra classificação possível tem em consideração os mecanismos de construção categorizados em quatro áreas principais, nomeadamente: estado da matéria-prima (mencionado anteriormente), fonte de energia, método de construção das camadas e estado da peça criada [23].