Prototipagem

O termo prototipagem designa um conjunto de tecnologias usadas para se fabricar objetos físicos diretamente a partir de fontes de dados gerados por sistemas de projeto auxiliado por computador (C.A.D). Tais métodos são bastante peculiares, uma vez que eles agregam e ligam materiais, camada a camada, de forma a constituir o objeto desejado. Eles oferecem diversas vantagens em muitas aplicações quando comparados aos processos de fabricação clássicos baseados em remoção de material, tais como fresamento ou torneamento.

Exemplo: Impressão 3D, também conhecida como prototipagem rápida, é uma forma de tecnologia de fabricação aditiva onde um modelo tridimensional é criado por sucessivas camadas de material.

São geralmente mais rápidas, mais poderosas e mais fáceis de se usar do que outras tecnologias de fabricação aditiva.

Oferecem aos desenvolvedores de produtos a habilidade de num simples processo imprimirem partes de alguns materiais com diferentes propriedades físicas e mecânicas.

Nos últimos anos, as impressoras 3D tornaram-se financeiramente acessíveis para pequenas e médias empresas, levando a prototipagem da indústria pesada para o ambiente de trabalho. Além disso, é possível simultaneamente depositar diferentes tipos de materiais. A tecnologia é utilizada em diversos ramos de produção, como em joalheria, calçado, design de produto, arquitetura, automotivo, aeroespacial e indústrias de desenvolvimento médico.

Modelos para impressões 3D podem ser criados através de um pacote CAD (do inglês: computer aided design) ou através de scanner 3D. O processo de modelagem manual dos dados geométricos preparando para computação gráfica 3D é semelhante às artes plásticas, como escultura.

A digitalização 3D é um processo de análise e coleta de dados de objeto real, a sua forma e aparência, e construção de modelos tridimensionais digitais.

A criação manual de modelos de impressão 3D é altamente complexa para usuários comuns (que não tenham um nível avançado de conhecimento na área). Por esse motivo, nos últimos anos, surgiram várias empresas no mercado de impressão 3D.

Impressão:

Para executar uma impressão, o dispositivo lê o projeto a partir de um arquivo *.STL e estabelece camadas sucessivas de líquido, pó, papel ou folha de material para construir o modelo através de uma série de seções transversais. Estas camadas, que correspondem às seções transversais virtuais a partir do modelo de CAD, são unidos automaticamente ou fundidos para criar a forma final. A principal vantagem desta técnica é a sua capacidade para criar praticamente qualquer forma ou característica geométrica.

Pequena fábrica de objetos :

Pesquisadores da PUCRS desenvolvem primeira impressora 3D totalmente nacional, que permite produzir peças a partir de imagens tridimensionais feitas em computador. Objetivo é popularizar tecnologia de prototipagem rápida no país.

Objetos produzidos na primeira impressora 3D totalmente nacional. Equipamento utiliza termoplástico como matéria-prima.

Acaba de ser lançada no Brasil a primeira impressora 3D de fabricação nacional. Esse tipo de equipamento, ainda pouco conhecido no país, permite produzir objetos físicos a partir de modelos tridimensionais criados em computador.

Além de eliminar os elevados custos de importação, os criadores da máquina escolheram um método de impressão mais barato e de boa qualidade

O dispositivo é fruto de um projeto da empresa Cliever Tecnologia, abrigada na incubadora Raiar, da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS). O diretor da empresa incubada, Rodrigo Krug, do curso de engenharia de controle e automação da universidade, pretende popularizar a tecnologia no Brasil.

Para isso, além de eliminar os elevados custos de importação, os criadores da máquina escolheram um método de impressão mais barato (e de boa qualidade): a modelagem por fusão de material (FDM, na sigla em inglês).

Nesse processo, a matéria-prima da impressão – o correspondente à tinta de uma impressora convencional – é um filamento de termoplástico, material resistente muito parecido com o de brinquedos de montar da marca Lego.

Inicialmente, o objeto tridimensional a ser impresso é modelado em um computador com auxílio de aplicativos usados com essa finalidade, como o AutoCAD. A impressora é comandada por um programa de código aberto, ou seja, que pode ser usado livremente, sem custos.

“O programa processa o arquivo de imagem e divide o objeto em camadas finas, que são usadas como base para a impressão”, explica Krug. No momento da impressão, o termoplástico é derretido e moldado sobre uma superfície plana, de modo ordenado, estruturando o objeto camada por camada.

O equipamento permite escolher o tipo de termoplástico para a impressão (os mais comuns são conhecidos como ABS e PLA), o percentual de material de preenchimento (percentuais mais altos para obter objetos mais resistentes) e a espessura das camadas.

Prototipagem rápida e barata

Desde 2009, Krug acompanha a evolução das impressoras 3D, também conhecidas como máquinas de prototipagem rápida. “Muitos profissionais e empresas importam essas impressoras, mas eu acreditava que tínhamos capacidade de desenvolver essa tecnologia aqui mesmo”, conta.

Ao ver o que já é feito em outros países, não é difícil imaginar usos para a impressão 3D: protótipos dos mais diferentes produtos, maquetes e até próteses e implantes odontológicos. O equipamento é de grande utilidade para arquitetos, designers e dentistas, entre outros profissionais.

Molde de arcada dentária

Molde de arcada dentária ‘impresso’ na máquina criada na incubadora de empresas da PUCRS. O equipamento constrói objetos a partir da sobreposição de finas camadas de termoplástico. (foto: Bruno Todeschini/ PUCRS)

“Há várias técnicas de impressão 3D. Para desenvolver nosso equipamento, adotamos a que oferece o melhor custo-benefício”, conta Krug. Segundo ele, o baixo custo viabiliza a aquisição da impressora até para uso doméstico. Outra vantagem é que o material termoplástico utilizado para impressão é biodegradável ou permite reciclagem.

Até há pouco tempo, o equipamento era importado por cerca de US$ 50 mil, e o quilo do termoplástico saía por quase US$ 400. O equipamento nacional será comercializado por aproximadamente R$ 4,5 mil, e o quilo do material plástico para impressão custará R$ 80.

Facilidades

O termoplástico é um material normalmente produzido sob a forma de grãos, mas para ser usado na impressora precisa ser transformado em filamento. Como ainda não há empresas nacionais que façam esse procedimento, a própria Cliever irá comercializar a matéria-prima pronta para uso.

A produção local traz outros benefícios para o consumidor, como garantia, suporte técnico acessível e oferta de peças de reposição

A produção local traz outros benefícios para o consumidor, como garantia, suporte técnico acessível e oferta de peças de reposição. O uso de software livre para comandar a impressão ajudou a reduzir o custo final da máquina.

Outro aspecto importante do projeto desenvolvido na incubadora da PUCRS é a acessibilidade: a impressora é compatível com vários dos aplicativos mais usados no mercado de modelagem 3D. Além do AutoCAD, aceita também o SkechUp Pro, o Maya e o 3DS Max.

Até o momento a impressora nacional permite a impressão de objetos com volume de até 18 centímetros cúbicos. Mas, como as possibilidades de uso do equipamento são amplas, a equipe de Krug está projetando modelos específicos, com características próprias para determinadas impressões. “A indústria de calçados”, exemplifica, “precisa imprimir objetos de maior volume”. Novos modelos da máquina devem ser lançados ainda este ano.(2012)