Introdução:Para a prototipagem e produção de baixo volume (aproximadamente 10-1000 peças) de pequenos objectos, os moldes de injeção impressos em 3D proporcionam uma solução económica e que poupa tempo. Também oferecem métodos de fabrico mais flexíveis, permitindo que os engenheiros e os designers testem os projectos de moldes e façam modificações facilmente. Este artigo irá aprofundar o processo de utilização de uma impressora 3D para moldar por injeção pequenos objectos.

Compreender a impressão 3D

O que é a impressão 3D?

Impressão 3D é uma forma de prototipagem rápida. Envolve a decomposição de um modelo digital tridimensional criado por um computador em camadas de fatias planas. Estas camadas são depois impressas utilizando materiais em pó, líquidos ou filamentosos, tais como plásticos, metais, cerâmica ou areia. A tecnologia funciona através do empilhamento destes materiais compósitos, camada a camada, com base em padrões de corte, resultando na criação de um objeto completo.

O plástico fundido é então comprimido e movido para a frente sob a pressão do êmbolo ou parafuso, antes de ser injetado num molde fechado a alta velocidade através do bocal na extremidade dianteira do cilindro. Depois de o plástico ter arrefecido e tomado forma durante um determinado período de tempo, o molde é aberto para revelar o produto final.

Configurar a impressora 3D

Impressora FDM3D

As impressoras de modelação por deposição fundida (FDM) representam o tipo de impressoras 3D mais predominante no mercado atual. Cerca de 60% dos fabricantes de impressoras 3D concentram-se principalmente na oferta de modelos FDM. As impressoras FDM permitem a criação rápida de protótipos através da deposição de materiais fundidos, sendo os principais materiais o ABS e o PLA. Uma das suas principais vantagens é a relação custo-eficácia.

No entanto, as impressoras FDM têm desvantagens como uma menor precisão, velocidades de impressão mais lentas e acabamentos de superfície ásperos nos produtos impressos. Apesar das flutuações registadas nos últimos anos, a tecnologia de impressão 3D baseada em FDM ultrapassou a fase inicial de crescimento.

As impressoras 3D de secretária afastaram-se do hardware de código aberto e da rudeza pessoal, adoptando avanços significativos nas capacidades comerciais e inteligentes. Além disso, o equipamento de nível profissional está agora a enfatizar o design centrado no ser humano e a facilidade de utilização, alinhando-se mais estreitamente com os cenários de aplicação prática.

Impressora SLA3D

Em comparação com as impressoras FDM, as impressoras 3D SLA oferecem uma precisão de impressão superior, produzindo modelos com contornos mais finos. No entanto, os elevados custos de hardware resultam num preço global elevado para a máquina. Além disso, a complexidade do software de corte e dos procedimentos operacionais revela-se um desafio para muitos utilizadores. Estes factores limitam tanto a oferta como a procura.

A tendência atual de desenvolvimento favorece as impressoras 3D fotopolimerizáveis de secretária, impulsionadas pelo equipamento de impressão 3D de secretária FDM. No entanto, problemas como a baixa velocidade de impressão, os volumes de impressão limitados e o manuseamento complexo de materiais de resina fotossensível líquida levaram a uma rejeição generalizada desta tecnologia.

Impressora SLS3D

As impressoras SLS 3D são utilizadas principalmente na produção industrial e militar. O avanço da tecnologia de impressão 3D SLS é constantemente impulsionado pela procura de diversos materiais para a criação de peças funcionais. O principal material utilizado nestas impressoras 3D é o material em pó, que é consolidado através da sinterização selectiva a laser.

Impressora DLP3D

A tecnologia de impressão 3D DLP é mais rápida do que a SLA comparável porque cada camada é curada em forma de folha. A tecnologia DLP utiliza principalmente a projeção DLP para focar toda a superfície do laser na superfície da Impressão 3D material.

As impressoras 3D DLP têm um bom desempenho na impressão de alta definição, normalmente com um pequeno ecrã tátil a cores, equipado com vários idiomas, interface de visualização clara e suporte de cabo USB, Wi-Fi, ligação de rede com fios, etc. E são fáceis de gerir.

Desenhar moldes para objectos minúsculos

O que é que o processo de conceção do molde inclui principalmente?

a. Aceitar a carta de atribuição.

b. Analisar desenhos: Analisar os requisitos técnicos do produto, as principais dimensões de controlo e os requisitos de tolerância.

c. Confirmar preliminarmente o plano do molde: Confirmar a estrutura do molde, as especificações do molde e o número de cavidades.

d. Efetuar uma análise dos custos do molde e apresentar um orçamento.

e. Determinar a estrutura principal do molde.

f. Crie o diagrama do molde.

g. Rever, emitir e arquivar desenhos de moldes.

h. Desenvolver procedimentos de processamento de moldes.

i. Preparar documentos do processo (desenhos do processo, fichas do processo) para cada etapa.

j. Rever, emitir e arquivar documentos do processo.

Seleção de materiais para moldagem por injeção de impressoras 3D

O material de impressão 3D de resina fotossensível para prototipagem rápida SLA de cura à luz em branco leitoso demonstra uma textura agradável e uma resistência adequada, embora com uma tenacidade relativamente baixa. As peças pequenas e finas podem ser susceptíveis a fracturas frágeis, mas oferecem facilidade de polimento, aptidão para galvanoplastia e opções versáteis de pintura e coloração.

A resina fotossensível é composta por dois componentes principais: um fotoiniciador e uma resina (constituída por um pré-polímero, um diluente e uma pequena quantidade de aditivos). A dosagem do fotoiniciador e do diluente influencia significativamente a velocidade de cura e a qualidade da resina. As proporções ideais do fotoiniciador e do diluente não só aumentam a velocidade de cura como também melhoram a qualidade da cura. Assim, é fundamental selecionar um fabricante de renome especializado em materiais de impressão 3D de resina fotossensível madura e estável.

No que diz respeito ao desempenho dos materiais de impressão 3D de resina fotossensível, existem opções importadas disponíveis que apresentam elevada resistência, transparência, resistência a altas temperaturas, bem como propriedades de humidade e impermeabilização.

Além disso, os materiais de impressão 3D de cerâmica composta, como a alumina (AI2O3), a zircónia (ZRO2), a hidroxiapatite (HAP) e o fosfato tricálcico, oferecem um brilho semelhante ao da porcelana. Estes materiais, compostos por pó cerâmico de alta resolução e resina fotossensível, oferecem opções alternativas para os entusiastas da impressão 3D.

FDM Modelação por deposição fundida Materiais de impressão 3D termoplásticos

Em comparação, as marcas da camada de impressão da superfície são relativamente mais visíveis e ásperas. No entanto, as suas propriedades materiais, como a boa resistência, flexibilidade, elevada resistência ao impacto, forte resistência a solventes e durabilidade estável, tornam-no perfeito para testes funcionais precisos, moldes e produtos finais. Os materiais de impressão 3D utilizados nesta tecnologia incluem materiais de qualidade industrial e consumíveis para impressoras 3D de secretária.

SLS Sinterização selectiva a laser em pó Materiais de impressão 3D

Série PA Nylon Impressão 3D Materiais: resistentes ao desgaste, elevada resistência e rigidez, boa resistência química, excelente comportamento estável a longo prazo, elevada seletividade e resolução de detalhes, biocompatível, em conformidade com a norma EN ISO 10993-1 e USP, em conformidade com a diretiva da UE relativa aos plásticos aprovada para utilização em contacto com alimentos. As aplicações típicas deste material são peças plásticas totalmente funcionais da mais alta qualidade. No entanto, a superfície é relativamente rugosa.

A Yansir oferece material de fibra de vidro de nylon PA3200GF para moldes de estampagem profunda ou qualquer aplicação que exija rigidez específica, alta temperatura de deflexão térmica e baixo desgaste. Para além disso, fornecemos materiais de nylon com enchimento de alumínio, normalmente utilizados em peças com aspeto metálico e carregadas de calor. Para a sinterização a laser LS a nível de secretária, também oferecemos o material em pó de nylon PA12 como alternativa.

Projeção de imagem digital DLP Materiais de impressão 3D

Utilizando o controlo independente de píxeis, as camadas de projeção de máscaras resultam num método de processamento tridimensional que é simultaneamente de alta qualidade e altamente preciso. A precisão da impressão é excecional, produzindo uma superfície delicada que não necessita de polimento.

No entanto, é importante remover, reparar e polir os pontos de apoio locais, conforme necessário. Estão disponíveis vários materiais físicos para seleção em diferentes indústrias, sendo uma aplicação comum a impressão 3D em cera vermelha de bonecos de animação.

Estão atualmente disponíveis numerosas impressoras DLP de secretária, que oferecem a flexibilidade de misturar materiais de impressão 3D a cores conforme desejado. No entanto, a precisão de impressão destes dispositivos continua a ser inferior à das impressoras de nível industrial.

Guia passo-a-passo para a impressão 3D

Os designers utilizam software de modelação por computador para criar modelos digitais tridimensionais de produtos, que são depois analisados automaticamente para o processo de impressão com base no modelo. Uma vez concluída a análise, o utilizador pode simplesmente premir o botão "imprimir" e a impressora 3D produzirá o objeto. Embora o princípio da impressão 3D seja semelhante ao da impressão tradicional, as matérias-primas utilizadas são diferentes.

A impressão tradicional utiliza tinta, enquanto a impressão 3D requer materiais como plásticos, metais, etc., que podem ser liquefeitos, em pó ou sob a forma de filamentos. Materiais como a cerâmica ou a areia também podem ser utilizados nos processos de impressão 3D, permitindo a recombinação destes materiais após a impressão para que possuam propriedades físicas e químicas óptimas.

Desenho 3D

O processo de design da impressão 3D começa com a utilização de software de modelação por computador para criar um modelo, seguido da divisão do modelo em secções segmentadas camada a camada, ou fatias, que servem de guia para a impressora durante o processo de impressão. O software de design 3D actua como a principal fonte de dados para a impressão 3D, gerando os modelos necessários para o processo de impressão.

As opções comuns de software de desenho 3D doméstico incluem CAD, ZW3D e CAx, entre outros. Embora existam inúmeros programas de software especializados disponíveis para a impressão 3D, o desenvolvimento de soluções mais fáceis de utilizar, simples e práticas, concebidas especificamente para a impressão 3D, continua em curso.

Slicin

A impressão 3D, tal como a tecnologia de moldagem a laser, utiliza o processamento em camadas e a moldagem sobreposta para completar a impressão de sólidos 3D. O processo de impressão de cada camada é dividido em duas etapas. Em primeiro lugar, a impressora lê a informação da secção transversal no ficheiro e aplica uma camada de cola especial na área designada. As gotas de cola são minúsculas e difíceis de espalhar.

De seguida, é pulverizada uma camada uniforme de pó. Ao entrar em contacto com a cola, o pó solidifica rapidamente e adere, deixando as áreas não coladas soltas. Ao alternar entre uma camada de cola e uma camada de pó, o modelo físico é "impresso" na sua forma. Após a impressão, o pó solto pode ser facilmente removido com uma varredura, e o pó restante é reciclável.

Impressão completa

A resolução das impressoras 3D é geralmente adequada para a maioria das aplicações, embora possa ser menos precisa em superfícies curvas, resultando em arestas dentadas na imagem final. Para obter resultados de maior resolução, uma estratégia consiste em imprimir primeiro os objectos ligeiramente maiores utilizando as impressoras 3D existentes. Polindo suavemente a superfície, é possível obter um objeto de "alta resolução" com um acabamento suave.

Resolução de problemas comuns

Existe uma lacuna na camada superior

Para conservar os materiais, a maioria das impressões apresenta bordos sólidos envoltos numa estrutura de grelha oca. Por exemplo, com um rácio de enchimento de 30%, apenas 30% da impressão é composto por um material sólido, sendo o restante ar. Apesar de o interior ser oco, o objetivo é manter a ilusão de um exterior sólido. Por isso, o software de corte oferece uma definição para determinar a espessura das camadas superior e inferior. Existem várias causas potenciais subjacentes a este problema, bem como as respectivas soluções:

a. Questão: Espessura inadequada da camada superior (número insuficiente de camadas).

Solução: Aumentar a espessura da camada superior (ou aumentar o número de camadas) no software de corte.

b. Problema: Baixo rácio de enchimento.

Solução: Ampliar o rácio de preenchimento através do software de corte.

c. Problema: Volume de extrusão insuficiente.

Solução: Aumentar o volume de extrusão utilizando o software de corte

Problemas de separação de camadas e de incisão

O princípio fundamental das impressoras 3D FDM consiste em fabricar objectos imprimindo uma camada de cada vez e empilhando-as sequencialmente para criar o objeto final. A resistência do objeto produzido depende em grande medida da garantia de uma adesão segura entre cada camada. Uma ligação insuficiente pode resultar na separação das camadas e em imperfeições.

Seguem-se algumas causas potenciais deste problema, juntamente com soluções sugeridas:

Causa: Altura excessiva da camada (espessura da camada)

Solução: Os bicos normalmente encontrados na maioria das impressoras 3D têm diâmetros que variam entre 0,3 mm e 0,5 mm. Recomenda-se que a altura da camada seja inferior a 20% do diâmetro do bocal. Ao respeitar esta orientação, cada nova camada é aplicada sobre a camada anterior com uma ligeira pressão, facilitando a fusão robusta entre as camadas.

Causa do problema: A temperatura de impressão é demasiado baixa.

Sugestão de solução: Em comparação com uma temperatura de impressão mais baixa, uma temperatura de impressão mais elevada pode garantir uma melhor ligação dos consumíveis. Se estiver confiante de que não há problemas com a altura da camada, considere ajustar a temperatura de impressão. Recomendo que aumente a temperatura em 10 graus e observe o efeito de impressão até atingir a temperatura ideal.

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Problema de morder a linha

A mordedura do filamento ocorre quando a roda de compressão do filamento na extrusora prende o filamento mas não o faz avançar. Este problema é indicado pelo filamento parado com a roda de compressão a continuar a rodar, levando à acumulação de detritos de plástico perto da extrusora. Seguem-se as causas potenciais deste problema, juntamente com as soluções recomendadas:

Causa do problema: A temperatura de impressão é demasiado baixa.

Sugestões de solução: Tente aumentar a temperatura de impressão em 5-10 graus.

Causa do problema: A velocidade de impressão é demasiado rápida.

Solução: Se a situação não melhorar depois de aumentar a temperatura de impressão, reduzir a velocidade de impressão em 50%.

c.Causa do problema: O bocal está entupido. Sugestões de solução: Se as duas soluções anteriores não resolverem o problema, é muito provável que o bocal esteja entupido.

Dicas para tornar fortes os pequenos objectos moldados por impressoras 3D

Reduzir o arrefecimento

A refrigeração desempenha um papel crucial na Impressão 3D O arrefecimento rápido pode dificultar a adesão das camadas, uma vez que pode ter um impacto direto na adesão das camadas depois de estas terem endurecido. Um arrefecimento rápido pode dificultar a adesão, uma vez que as camadas sucessivas podem ter dificuldade em aderir corretamente. É importante notar que a eficácia do arrefecimento é influenciada pelo tipo de material que está a ser utilizado. Por exemplo, o PLA apresenta resultados óptimos quando combinado com uma ventoinha de arrefecimento robusta. Por conseguinte, é aconselhável ajustar a taxa de arrefecimento de acordo com o material específico utilizado.

Utilizar modos de preenchimento potentes

Para melhorar ainda mais os seus resultados de impressão 3D, considere selecionar o padrão de preenchimento adequado. Os padrões de enchimento complementam a densidade de enchimento, servindo como estrutura de suporte interna para as suas impressões 3D. Estes padrões não só aumentam a rigidez da peça, como também ajudam a evitar deformações nas paredes. Para obter uma impressão 3D robusta, opte por um padrão de enchimento denso que varia entre 30-50%.

Estudos de caso e exemplos

Os recentes avanços na tecnologia de impressão 3D revolucionaram a indústria do áudio, permitindo aos fabricantes utilizar a impressão digital para produzir dispositivos auditivos personalizados para audiologia, proteção contra o ruído e produtos auditivos de consumo a um custo extremamente baixo. Ao longo dos anos, os fabricantes de impressão 3D revelaram materiais biocompatíveis que são seguros para o contacto com a pele, facilitando aos utilizadores a produção interna de modelos e tampões para os ouvidos.

Os auscultadores personalizados proporcionam uma experiência de audição distinta e individualizada, com designs que se adaptam perfeitamente às orelhas do utilizador. Este ajuste personalizado garante que os auriculares permanecem firmemente no lugar, evitando qualquer risco de deslizamento. Além disso, aumenta o conforto e o isolamento do som para uma experiência de áudio sem paralelo.

Através da integração de tecnologia de impressão, digitalização móvel e aprendizagem automática, os obstáculos associados ao fabrico personalizado podem ser resolvidos de forma eficaz. Este avanço permite que os clientes produzam sem esforço uma iteração personalizada dos auscultadores, reduzindo significativamente o tempo de produção de quatro para dois dias. Além disso, abre a possibilidade de serviços de entrega rápida no mesmo dia, revolucionando a experiência do cliente.

Como a tecnologia de impressão 3D avançou rapidamente nos últimos anos, começaram a surgir uma série de casos de utilização de grande impacto, sendo os órgãos impressos em 3D um exemplo notável.

A capacidade de fabricar facilmente novos órgãos é, desde há muito, um objetivo cobiçado pelos cientistas especializados em medicina regenerativa. Embora ainda na sua fase inicial, a utilização de fluxos de trabalho 3D para gerar organóides adequados para transplante já está a produzir resultados promissores.

A liderar esta investigação pioneira está o Dr. Sam Pashneh-Tala da Universidade de Sheffield. Na sua investigação, o Dr. Pashneh-Tala utiliza a tecnologia de impressão 3D de estereolitografia (SLA) à escala de secretária para fabricar vasos sanguíneos de engenharia de tecidos com diversas geometrias.

Esta descoberta poderá abrir caminho ao desenvolvimento de enxertos vasculares específicos para cada doente, à melhoria dos procedimentos cirúrgicos e ao fornecimento de uma plataforma de ensaio única para novos dispositivos médicos vasculares, com vista a combater eficazmente as doenças cardiovasculares - a doença que atualmente apresenta a taxa de mortalidade mais elevada a nível mundial.

O panorama do fabrico foi significativamente influenciado pelos avanços na impressão 3D, indo além das possibilidades teóricas. Como Impressão 3D as metodologias progrediram rapidamente nos últimos anos, penetrando em diversos sectores, e as capacidades transformadoras desta tecnologia tornaram-se evidentes.

Desde os domínios científico e da saúde até aos domínios dos produtos de consumo, da construção e do fabrico, as pessoas deparam-se cada vez mais com produtos finais criados através da impressão 3D. A trajetória da impressão 3D indica um maior alargamento do seu impacto, permitindo uma personalização mais económica das peças, racionalizando os tempos de execução e os custos operacionais e melhorando as funcionalidades ao promover uma ligação mais estreita entre os consumidores e o processo de fabrico dos produtos.

Conclusão

Essencialmente, as impressoras 3D podem dar vida a geometrias complexas e cavidades internas que seriam impossíveis de criar utilizando outros métodos, resultando em formas elaboradas, detalhes finos e superfícies polidas.

Além disso, existe um elevado nível de automatização no processo de moldagem com impressão 3D. Esta tecnologia oferece uma abordagem versátil e económica para a produção em pequena escala. Ao aproveitar a precisão e a adaptabilidade da impressão 3D, os fabricantes podem testar e melhorar rapidamente os seus projectos de moldes, melhorando assim a qualidade do produto e reduzindo o tempo de colocação no mercado.

Olhando para o futuro, os campos de aplicação da tecnologia de impressão 3D estão prontos a expandir-se ainda mais, com uma gama mais diversificada de materiais de impressão e funcionalidades melhoradas no equipamento de impressão. Espera-se que este avanço tenha um impacto profundo nos métodos de produção tradicionais e na vida humana, anunciando uma nova era de revolução no fabrico.