Prototipagem Rápida

A prototipagem rápida é uma tecnologia que possibilita produzir modelos e protótipos diretamente a partir do modelo 3D (obtido por um sistema CAD, por digitalização ou por tomografia computadorizada). Ao contrário dos processos de usinagem, que subtraem material da peça em bruto para se obter a peça desejada, os sistemas de prototipagem rápida geram a peça a partir da união gradativa de líquidos, pós ou folhas do material. Camada por camada, a partir de seções transversais da peça obtidas a partir do modelo 3D, as máquinas de prototipagem rápida produzem peças em plásticos, madeira, cerâmica ou metais (JARDINI et. al., 2008).

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5.2.1.1 Princípio da Prototipagem Rápida

O protótipo de um produto ou componente é parte essencial no seu processo de desenvolvimento, pois possibilita que a análise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anterior a produção de ferramental definitivo. Historicamente, as representações físicas dos produtos (ou simplesmente protótipos) vêm sendo utilizadas desde a antiguidade, evoluindo de manuais, ainda bastante utilizadas, para protótipos virtuais nos anos 80, com a disseminação dos sistemas CAD tridimensionais, e mais recentemente com os protótipos rápidos. A prototipagem rápida pode ser definida com um processo de fabricação através da adição de material em forma de camadas planas sucessivas, isto é, baseado no princípio da manufatura por camada. Esta tecnologia permite fabricar componentes (protótipos, modelos, etc.) físicos em três dimensões (3D), com informações obtidas diretamente do modelo geométrico gerado no sistema CAD, de forma rápida, atualizada, e totalmente flexível (VOLPATO, 2007).

O processo inicia com o modelo 3D no CAD sendo “fatiado” eletronicamente, obtendo-se curvas de níveis 2D que definirão, em cada camada, onde existe ou não material a ser adicionado. Estas camadas são então processadas sequencialmente, gerando-se a peça física através do empilhamento e aderência das mesmas, iniciando na base e indo até o topo da mesma. Implementações práticas da fabricação por camadas para as necessidades atuais de manufatura tornaram-se possíveis, devido à integração de processos tradicionais de manufatura, tais como a metalurgia do pó, extrusão, solda e usinagem por controle numérico computadorizado (CNC), a diversas outras tecnologias acessórias mais recentes, tais como controles de movimento de alta precisão, novos materiais, sistemas de impressão a jato de tinta, tecnologias laser, entre outras. Tal interação é a base dos diversos sistemas de prototipagem rápida atualmente disponíveis no mercado (VOLPATO, 2007).

O princípio de funcionamento do processo 3DP da Z Corporation e descrito por CHEUNG (2001) como a técnica que se refere a uma classe inteira de equipamentos que usam a tecnologia de jato de tinta (Figura 5.4). Os protótipos são construídos sobre uma plataforma situada num recipiente preenchido com pó a base de gesso ou amido. Um cabeçote de impressão por jato de tinta imprime seletivamente um líquido aglomerante que

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liga o pó nas áreas desejadas. O pó que continua solto permanece na plataforma para dar suporte ao protótipo que vai sendo formado. A plataforma e ligeiramente abaixada, adiciona-se uma nova camada de pó e o processo e repetido.

Figura 5.4. Diagrama esquemático do processo 3DP da Z Corporation (adaptado de

VOLPATO, 2007 e ZCORP, 2007).

Para VOLPATO (2007), diferentemente das tecnologias anteriores, a tecnologia 3DP não utiliza laser para processar o material em forma de pó. Neste processo, o material é agregado por um aglomerante depositado por impressão tipo jato de tinta. Um rolo espalha e nivela o material e a cabeça de impressão deposita o aglutinante de acordo com a geometria 2D da camada sendo processada. Este processo também não requer estrutura de suporte, pois o material ao redor da peça não processado atua como suporte natural. Adicionalmente, varias peças podem ser fabricadas empilhadas em uma operação. Aparentemente, não há limitação quanto aos materiais que podem ser utilizados neste processo, sendo comum a utilização de cerâmica, metal, polímero, gesso e material a base de amido. O aglomerante deve ser desenvolvido especificamente para cada tipo de pó.

Nas Figuras 5.5 e 5.6, estão apresentadas as imagens do protótipo do microrreator fabricado a partir da prototipagem rápida e impressão tridimensional (3DP). Como citado acima, o protótipo foi fabricado a partir da impressão 3D do desenho gerado no programa

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SolidWorks. A máquina ZCorp encontra-se disponível no laboratório de pesquisa LOPCA. Na Figura 5.5, a primeira imagem da esquerda para direita, está apresentada a imagem tirada da parte superior do microrreator, para mostrar o local onde fica localizada a lente. Pode-se ver também na segunda imagem, a entrada para o gás de arraste, que foi projetada para impedir que qualquer produto da reação ficasse depositado na lente. Por último, tem-se na Figura 5.5 a imagem do tubo do microrreator.

Figura 5.5. Imagens do protótipo do microrreator fabricado a partir da prototipagem rápida

e impressão tridimensional (3DP).

Na Figura 5.6 estão apresentadas as imagens da tampa (primeira e segunda imagem da esquerda para direita) e do fundo do microrreator. Está última funciona também como porta amostra.

Figura 5.6. Imagens da tampa e da base do microrreator fabricado a partir da prototipagem

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A partir da avaliação do protótipo fabricado apresentado nas Figuras 5.5 e 5.6, pode-se confirmar que o dimensionamento do microrreator estava adequado com o projeto proposto. A técnica de prototipagem rápida/impressão tridimensional (3DP) foram utilizadas na fabricação do protótipo, pois é uma técnica muito precisa. Pode ainda ser destacado que este procedimento apresenta alta velocidade de construção do protótipo, o custo do equipamento e de seus materiais são relativamente baixos. Sendo, portanto útil, para avaliar o dimensionamento e configuração do microrreator para posterior fabricação em metal.

No próximo item (5.3), será apresentado o método de fabricação em metal, bem como as imagens do microrreator já pronto e disponível no laboratório de pesquisa LOPCA.