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PROTOTIPAGEM RÁPIDA Os processos de prototipagem rápida (RP) consistem basicamente na fabricação do objeto através do princípio de adição de camadas. Em outras palavras, a peça é obtida adicionando-se camadas sucessivas de material até que a sua geometria esteja completamente definida. Inicialmente é realizada a modelagem tridimensional da peça a ser fabricada em um sistema CAD. Em seguida, ocorre o planejamento do processo de fabricação com o “fatiamento eletrônico”, onde o modelo gráfico obtido é secionado em camadas dispostas em uma determinada direção, utilizando um programa computacional específico (CAM). O modelo gerado é então enviado para a estação de prototipagem onde finalmente ocorre a fabricação propriamente dita na estação de prototipagem. Os vários processos RP diferem-se pelo método pelo qual as sucessivas camadas são unidas e pelo tipo de material utilizado, sendo os mais difundidos listados a seguir:
- Estereolitografia (SLA, Stereolithography)
- Manufatura de Objetos em Lâminas (LOM, Laminated Object Manufacturing)
- Sinterização Seletiva a Laser (SLS, Selective Laser Sintering)
- Modelagem por Deposição de Material Fundido (FDM, Fused Deposition Modeling)
- ThermoJet (MJT, Multi Jet Modeling)
- Adição Volumétrica a Laser (LENS, Laser Engineered Net Shaping)
Estereolitografia (SLA, Stereolithography)
Originou-se com o advento da primeira máquina de prototipagem rápida, desenvolvida pela 3D Systems Inc. (Califórnia, E.U.A.), em 1988, com o intuito de fabricar um objeto a partir de seu modelo gráfico tridimensional. Este processo pioneiro possibilita a obtenção de protótipos rapidamente, independentemente de sua complexidade geométrica. Ele constrói modelos tridimensionais a partir de polímeros líquidos fotosensíveis (resinas fotocuráveis).
A máquina de Estereolitografia (vide figura ao lado) é provida de um laser ultravioleta e um conjunto de espelhos galvanométricos, cuja função é guiar o feixe de laser de tal forma que a sua incidência ocorra apenas nas regiões delimitadas pelo contorno da camada (Jacobs, 1992). O modelo é construído sobre uma plataforma móvel posicionada inicialmente acima do nível da resina fotocurável que desloca-se verticalmente para baixo até ser coberta por uma camada de resina equivalente à espessura da camada que será fabricada. Em seguida, uma fonte de raio laser ultravioleta, com alta precisão de foco, incide sobre a região limitada pela geometria da camada, solidificando a seção transversal do modelo e deixando as demais áreas líquidas. Após a construção da camada, um elevador desloca a plataforma móvel para baixo o suficiente para permitir a fabricação da camada subsequente. O processo é repetido sucessivas vezes até o protótipo estar completo. Uma vez pronto, o modelo sólido é removido do banho de polímero líquido e lavado. Os suportes são retirados e o modelo é, normalmente, introduzido num forno de radiação ultravioleta para ser submetido a uma cura completa. Devido ao formato parabólico do feixe de laser, existem pequenas quantidades de material não curado localizadas na região entre os caminhos percorridos pelo feixe de laser.
Esse quadriculado rompe o material extra, tornando fácil sua remoção durante a etapa de pós-processamento. Esse material em excesso proporciona um excelente suporte para projeções, saliências e seções com paredes finas durante o processo de construção. Após o corte da primeira camada a plataforma é movida para baixo e então o rolo coletor avança a tira de papel e nova camada pode ser fabricada. Este processo é repetido tantas vezes quantas forem necessárias para construir a peça, a qual apresentará textura similar à de madeira. Uma vez que os modelos são feitos de papel, eles devem ser selados e revestidos com tinta ou verniz para se evitar eventuais danos provocados pela umidade. Os mais recentes desenvolvimentos deste processo permitem o uso de novos tipos de materiais, incluindo plástico e papel hidrófobo.
Sinterização Seletiva a Laser (SLS, Selective Laser
Sintering)
Esta técnica, patenteada em 1989, usa um raio de laser de CO 2 para sinterizar seletivamente materiais pulverulentos, tais como náilon, elastômeros, termoplásticos e metais, num objeto sólido. Os sistemas de sisterização seletiva constituem basicamente as seguintes partes:
- Um laser de CO2, com sistema ótico e espelhos robóticos;
- Uma plataforma, que se movimenta verticalmente ao longo do eixo Z;
- Um sub-sistema de alimentação, que armazena o pó e o distribui uniformemente sobre a plataforma. O modelo é construído sobre a plataforma onde está depositada uma camada de pó que é regularizada pelo sub-sistema de alimentação. O laser de CO 2 percorre a superfície da camada, aquecendo as partículas e aglutinando-as, até formar uma camada sólida. Uma vez solidificada a primeira camada, a plataforma desloca-se verticalmente para baixo, o equivalente a espessura de camada a ser fabricada, e o sub-sistema de alimentação adiciona uma nova camada de pó e assim, sucessivamente, até a solidificação de todo o modelo. Existem, atualmente, dois sistemas de sinterização disponíveis: o DTM, americano, e o EOS, antigo sistema alemão, hoje incorporado pela 3D System (vide figura acima). A máquina Sinterstation 2500 Plus, da DTM, aceita qualquer material, como elastômeros, cerâmica, termoplásticos, compósitos e metais. O Sistema EOS é seletivo, necessita de uma máquina especial para cada tipo de material. Sinterstation® HiQ™ Series SLS® System (Fonte: 3D Systems)
Modelagem por Deposição de Material Fundido
(FDM, Fused Deposition Modeling)
Baseia-se na deposição, sobre uma plataforma, de filamentos (arames) de resina termoplástica aquecida. Da mesma maneira que um confeiteiro enfeita um bolo usando um saco de confeitar, um bico extrusor, controlado, que se movimento no plano XY, deposita filetes de material muito finos sobre a plataforma de construção. A máquina de FDM (vide figura ao lado) possui uma plataforma, revestida de uma espuma densa e flexível, com temperatura inferior ao do material termoplástico, que se movimenta verticalmente (eixo Z) e um cabeçote provido de dois bicos de extrusão de arame aquecido: um para alimentar as camadas do modelo e outro para a construção automática dos suportes para as superfícies livremente suspensas do modelo. Esses arames ficam armazenados dentro da respectiva máquina, em ambiente a vácuo aquecido, pois uma possível umidade do material dentro do bico extrusor poderia causar formação de bolhas, que impediria a continuidade de sua deposição pelo bico. Um computador conectado à máquina, com um sistema CAD / CAM, monitora constantemente os comandos de construção, gerando coordenadas ou caminhos pelos quais o bico extrusor percorre depositando os filamentos fundidos. Ao final de cada camada a plataforma desce o equivalente à espessura de camada a ser fabricada, e o cabeçote inicia a deposição de mais material para a outra camada. O processo é repetido até a construção total do protótipo.
ThermoJet (MJT, Multi Jet Modeling)
A Modelagem por jato Múltiplo, também conhecida Thermojet ( Jato Térmico ), é um processo de prototipagem rápida e usado como um conceito de modelagem. O processo produz modelos plásticos que são menos precisos do que os de esteriolitografia. Ao contrário das técnicas expostas anteriormente, esta aqui se refere a uma classe inteira de equipamentos que usam a tecnologia de jato de tinta. Os protótipos são construídos sobre uma plataforma situada num recipiente preenchido com material pulverulento, ou seja, em formato de pó. O mecanismo básico é um cabeçote, que se movimenta numa direção X, e uma plataforma, que se movimenta nas direções Y e Z, conforme Prodigy Plus (Fonte: Stratasys)
