“5 Questões sobre Manufatura Aditiva para Graduação”

TEXTO BASE

Os principais processos de fabricação possuem princípios baseados na moldagem do material, que envolve ou não a sua fusão (por exemplo, vários tipos de fundição de metais em moldes permanentes ou não, moldagem por injeção de plástico, metalurgia do pó, moldagem de peças em fibra de vidro etc.); na remoção (ou subtração) de material, até se chegar à forma desejada (por exemplo, torneamento, fresamento, furação, retífica, eletroerosão, usinagem química, eletroquímica etc.); na conformação, que gera a geometria final da peça a partir da deformação plástica do material inicial (por exemplo, forjamento, conformação e estampagem de chapas, extrusão, laminação, entre outros); na união de componentes (por exemplo, soldagem, brasagem, colagem, entre outros), que pode promover a junção de partes mais simples para compor uma peça mais complexa; e na divisão de componentes (por exemplo, serragem e cortes), que faz o contrário da união. No final da década de 1980, um novo princípio de fabricação baseado na adição de material foi apresentado, denominado atualmente de AM ou impressão 3D.

A AM pode ser definida como um processo de fabricação por meio da adição sucessiva de material na forma de camadas, com informações obtidas diretamente de uma representação geométrica computacional 3D do componente, como ilustrado na Figura 1.1. Normalmente, essa representação é na forma de um modelo geométrico 3D originado de um sistema CAD (computer-aided design). Esse processo aditivo permite fabricar componentes físicos a partir de vários tipos de materiais, em diferentes formas e a partir de diversos princípios. O processo de construção é totalmente automatizado e ocorre de maneira relativamente rápida, se comparado aos meios tradicionais de fabricação. Na maioria dos processos de AM, as camadas adicionadas são planas, mas isso não é uma regra, pois existem tecnologias que permitem adicionar material seguindo a geometria da peça (ver detalhes no Capítulo 5). O processo tem início com o modelo 3D da peça sendo “fatiado” eletronicamente, obtendo-se as “curvas de nível” 2D que definirão, em cada camada, onde será ou não adicionado material. A peça física é, então, gerada por meio do empilhamento (e da adesão) sequencial das camadas, iniciando na base até atingir o seu topo. De uma forma geral e mais detalhada, as etapas do processo compreendem: (1) a modelagem tridimensional, gerando-se um modelo geométrico 3D da peça (por exemplo, em um sistema CAD); (2) a obtenção do modelo geométrico 3D num formato específico para AM, geralmente representado por uma malha de triângulos, em um padrão adequado (por exemplo, STL – STereoLithography, AMF – additive manufacturing format, ou outro). Esses dois temas são tratados no Capítulo 4;

(3) o planejamento do processo para a fabricação por camada (fatiamento e definição de estruturas de suporte e estratégias de deposição de material), abordado em detalhes no Capítulo 5; (4) a fabricação da peça no equipamento de AM; e (5) o pós-processamento, que varia bastante de acordo com a tecnologia (pode envolver limpeza, etapas adicionais de processamento e acabamento com processos tradicionais de usinagem por remoção). Essas duas últimas etapas são apresentadas nos respectivos capítulos de cada tecnologia.

Uma característica importante da AM é a sua facilidade de automatização, minimizando consideravelmente a intervenção do operador durante o processo. Praticamente, a necessidade do operador ocorre na preparação do equipamento, com a alimentação de materiais e devidos parâmetros de máquina, e, ao final do processo, na retirada e na limpeza da peça. Durante a fabricação, utilizam-se as informações geométricas obtidas por meio de um sistema de planejamento do processo diretamente da representação computacional 3D da peça. As informações geradas são enviadas na sequência planejada diretamente à máquina, que, então, executa o trabalho sem a assistência do operador.

As tecnologias de AM tornaram-se possíveis pela integração de processos tradicionais de manufatura (como metalurgia do pó, extrusão, soldagem, usinagem CNC etc.) com diversas outras tecnologias (como controles de movimento de alta precisão, sistemas de impressão a jato de tinta, tecnologias laser, feixe de elétrons etc.) e pelo desenvolvimento de materiais adequados a cada um desses processos.

Em virtude de seu princípio, a AM possui um enorme potencial para fabricar geometrias complexas, uma vez que transforma uma geometria 3D em uma sequência de geometrias 2D (camadas) mais simples. Em função do impacto causado na manufatura, o seu aparecimento tem sido considerado um marco em termos de processos de fabricação. Nesse sentido, a AM foi descrita pela revista The Economist, em sua edição de 21 de abril de 2012, como a terceira revolução industrial.