Nos processos deste grupo, o material utilizado para a confecção das peças encontra-se no estado sólido, podendo estar na forma de filamento, lâmina, ou então não ter uma forma específica, pois será fundido (liquefeito) para ser depositado (VOLPATO et. al, 2006, p.66).
A prototipagem por fusão e deposição é um processo aditivo. Baseado em sólido, e patenteado pela empresa Stratasys, este processo funciona a partir do derretimento de um cartucho de ABS (copolímero de acrilonitrilo- butadieno-estireno) proporcionado por um laser acoplado a um cabeçote de extrusão, que se move em dois eixos, X e Y, enquanto a base se movimenta na direção do eixo Z.
Na presente pesquisa foi utilizada a máquina FDM da Stratasys, localizada na Faculdade de Engenharia da Universidade Mackenzie. Para utilizar a máquina os arquivos produzidos nos softwares de modelagem devem ser exportados em formato “stl” (Stereolithography), um formato específico para prototipagem 3D. Neste processo o arquivo deve ser carregado no programa de visualização da máquina chamado de CataystEX, onde se pode programar a espessura das camadas, o que gera implicações para a qualidade da impressão e para o tempo de prototipagem.
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Após a visualização no programa, a máquina pode ser carregada com dois cartuchos ABS, um na cor branca, que irá prototipar a peça, e o outro na cor cinza, que irá servir de suporte para peças em balanço ou quando o vão entre duas peças é muito grande. Segundo dados disponíveis no site do fabricante 3.1, a área de impressão é de 203 x 203 x
152 mm e a espessura mínima das camadas é de 0.254 mm.
A grande vantagem dessa máquina sobre outras impressoras 3D utilizadas nesta dissertação é a resistência do ABS, que proporciona peças mais fortes, permitindo a criação de modelos mais delgados e delicados. Uma desvantagem desse tipo de fabricação é o preço do material, que é importado.
PJP (Plastic Jet Printing)
Segundo dados do fabricante 3.2, o PJP é um processo baseado em sólido, que consiste em extrudar material, camada
por camada, para a construção de um modelo volumétrico, excelente para a fabricação rápida de geometrias complexas.
Outra impressora utilizada nesta dissertação é a CUBE 3D Printer, localizada na Faculdade da Arquitetura e Urbanismo Mackenzie. Este processo ocorre a partir do aquecimento do material, que neste caso é o polímero PLA (polilactida), e o depósito por meio de gotas de material derretido.
O software de visualização chama Cube Software, segundo dados do fabricante 3.3. A área de impressão da máquina
é de 140 x 140 x 140 mm, e a espessura da camada de depósito é de 0.25 mm. Por ser uma máquina menor do que a FDM, produz modelos mais rápidos, e o material (PLA) é mais barato que o ABS. Contudo, esta máquina tem como desvantagem a menor qualidade da impressão, e a impossibilidade de criar formas complexas, uma vez que a peça e suportes são prototipados com o mesmo material, dificultando a remoção dos suportes.
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SLS (Selective Laser Sintering))
O processo baseado em pó da sinterização a laser é descrito por Volpato et. al (2006) como aquele onde um laser de CO2, com potência média de 25 a 100 W, é acoplado em um sistema de varredura que percorre um tanque de pó e o
sinteriza.
Figura 2.4 - Etapas do funcionamento do Processo de Fabricação SLS. Fonte: CTI Renato Archer, Marcelo Fernandes de Oliveira, 2012.
A terceira máquina utilizada nesta pesquisa está no Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, em Campinas. Esta máquina funciona da seguinte maneira: um tanque circular é preenchido com de pó de poliamida; um pistão na base do tanque empurra o pó para cima, fazendo com que o material caia no tanque principal de prototipagem com um diâmetro de 25,4 cm e uma altura de 33 cm; na sequência, um rolo nivela o material e o sistema
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de varredura percorre a superfície do tanque, sinterizando uma camada de até 0.5 mm de espessura; um pistão sob o tanque principal desce no eixo Z; um incremento de pó da mesma espessura da anterior é adicionado e o processo se repete até que a peça inteira seja prototipada.
Esse método de PR possibilitou a criação dos modelos mais precisos desta dissertação. Foi possível observar nos modelos construídos a criação de elementos de proporções milimétricas, como por exemplo, cascas de até 0.7 mm de espessura e guarda corpos com 0.6 mm. A ausência de apoios foi um fator decisivo para a escolha desse método, que significaria a criação de diversos apoios em alguns modelos com cascas, gerando um gasto maior com materiais e a possibilidade de quebra da peça produzida no momento de retirada dos apoios.
Processo Subtrativo – CNC (Computer Numeric Control)
A CNC usada nesta dissertação foi uma MDX-540 da fabricante Roland, localizada na FAU Mackenzie. Ela é uma fresadora de três eixos, cuja fresa acoplada em um cabeçote se move na direção dos eixos X, Y e Z. Nesse processo subtrativo é possível usinar metais, resinas, madeiras, isopor e plásticos, com uma resolução mecânica de 0,001 mm 3.4.
Esta máquina opera em duas etapas. A primeira, chamada Roughing (desbaste), de menor tempo, é a etapa onde a ferramenta tira a maior parte do material a ser esculpido. Esse pode ser considerado o primeiro esboço que a CNC faz para esculpir o modelo. É nesta etapa que a ferramenta rotaciona mais rapidamente, e também onde há um constante e grande descolamento vertical em Z e horizontal em X e Y. A segunda é o Finishing (acabamento), etapa de maior duração, na qual a máquina trabalha mais lentamente para esculpir cada detalhe da peça. Pode-se observar nos modelos produzidos que o maior número de curvas gera um maior tempo de acabamento.
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As vantagens desse processo sobre os processos aditivos, utilizados nesta dissertação, são: i) o acabamento, pois processos aditivos de depósito de camadas tendem a criar superfícies curvas serrilhadas, o que provoca um desvio da geometria modelada; ii) os modelos físicos criados por esse procedimento foram muito mais baratos dos que os feitos pelo processo de PR. Foram utilizados blocos de isopor de alta densidade, P6, com dimensões de 500 x 400 x 100 mm, que custam em média 25 reais cada, enquanto polímeros são importados e vendidos em cartuchos com alto-custo. Os modelos físicos gerados pelo processo de CNC foram concluídos mais rapidamente que os protótipos. Observou-se que, entre os processos analisados, esse método é melhor para esculpir as formas das cascas, coberturas orgânicas e pilares dos edifícios analisados, devido à possibilidade de fabricar volumes em escalas grandes e com bom acabamento.