impressao 3D

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Uma impressora tridimensional
Lapso de tempo de uma impressora tridimensional em ação

A impressão 3D , ou manufatura aditiva , é a construção de um objeto tridimensional a partir de um modelo CAD ou um modelo digital 3D . [1] O termo "impressão 3D" pode se referir a uma variedade de processos em que o material é depositado, unido ou solidificado sob controle do computador para criar um objeto tridimensional , [2] com o material sendo adicionado (como plásticos, líquidos ou grãos em pó sendo fundidos entre si), normalmente camada por camada.

Na década de 1980, as técnicas de impressão 3D eram consideradas adequadas apenas para a produção de protótipos funcionais ou estéticos, e um termo mais adequado para isso na época era prototipagem rápida . [3] A partir de 2019 , a precisão, repetibilidade e variedade de materiais da impressão 3D aumentaram a tal ponto que alguns processos de impressão 3D são considerados viáveis ​​como uma tecnologia de produção industrial, em que o termo manufatura aditiva pode ser usado como sinônimo de impressão 3D . [4]Uma das principais vantagens da impressão 3D é a capacidade de produzir formas ou geometrias muito complexas que, de outra forma, seriam impossíveis de construir à mão, incluindo peças ocas ou peças com estruturas internas de treliça para reduzir o peso. A modelagem por deposição fundida (FDM), que usa um filamento contínuo de um material termoplástico , é o processo de impressão 3D mais comum em uso em 2020 . [5]

Terminologia

O termo genérico manufatura aditiva (AM) ganhou popularidade na década de 2000, [6] inspirado no tema do material sendo adicionado junto ( de várias maneiras ). Em contraste, o termo manufatura subtrativa apareceu como um retrônimo para a grande família de processos de usinagem com remoção de material como processo comum. O termo impressão 3D ainda se refere apenas às tecnologias de polímero na maioria das mentes, e o termo AMera mais provável de ser usado em contextos de usinagem de metais e produção de peças de uso final do que entre os entusiastas de polímeros, jato de tinta ou estereolitografia. O jato de tinta era a tecnologia menos conhecida, embora tenha sido inventada em 1950 e mal compreendida devido à sua natureza complexa. Os primeiros jato de tinta foram usados ​​como gravadores e não impressoras. Ainda na década de 1970, o termo gravador era associado ao jato de tinta. Posteriormente, o jato de tinta contínuo evoluiu para jato de tinta sob demanda ou drop-on-demand. Os jatos de tinta eram de bocal único no início; eles agora podem ter até milhares de bicos para impressão em cada passagem sobre uma superfície.

No início de 2010, os termos impressão 3D e manufatura aditiva desenvolveram sentidos nos quais eram termos guarda-chuva alternativos para tecnologias aditivas, um sendo usado em linguagem popular por comunidades de fabricantes de consumidores e pela mídia, e o outro usado mais formalmente por fim industrial. use produtores de peças, fabricantes de máquinas e organizações globais de padrões técnicos. Até recentemente, o termo impressão 3D era associado a máquinas de baixo preço ou capacidade. [7] Impressão 3D e manufatura aditivarefletem que as tecnologias compartilham o tema de adição ou junção de material em um envelope de trabalho 3D sob controle automatizado. Peter Zelinski, o editor-chefe da revista Additive Manufacturing , apontou em 2017 que os termos ainda são frequentemente sinônimos no uso casual, [8] mas alguns especialistas da indústria de manufatura estão tentando fazer uma distinção em que a manufatura aditiva compreende a impressão 3D mais outras tecnologias ou outros aspectos de um processo de fabricação . [8]

Outros termos que têm sido usados ​​como sinônimos ou hiperônimos incluem manufatura desktop , manufatura rápida (como o sucessor lógico no nível de produção da prototipagem rápida ) e manufatura sob demanda (que ecoa impressão sob demanda no sentido de impressão 2D ). Essa aplicação dos adjetivos rápida e sob demanda ao substantivo manufatura era uma novidade na década de 2000, revelando o modelo mental predominante da longa era industrial em que quase toda a produção manufatura envolvia longos prazos de entregapara o laborioso desenvolvimento de ferramentas. Hoje, o termo subtrativo não substitui o termo usinagem , mas o complementa quando um termo que abrange qualquer método de remoção é necessário. Ferramentas ágeis são o uso de meios modulares para projetar ferramentas que são produzidas por métodos de manufatura aditiva ou impressão 3D para permitir prototipagem rápida e respostas às necessidades de ferramentas e acessórios. O ferramental ágil usa um método econômico e de alta qualidade para responder rapidamente às necessidades do cliente e do mercado, e pode ser usado em hidroformação , estampagem , moldagem por injeção e outros processos de fabricação.

História

1940 e 1950

O conceito geral e o procedimento a ser usado na impressão 3D foram descritos pela primeira vez por Murray Leinster em seu conto de 1945, Things Pass By “Mas este construtor é eficiente e flexível. Eu coloco plástico magnetrônico - o material com o qual eles fazem casas e navios hoje em dia - neste braço móvel. Faz desenhos no ar seguindo desenhos que escaneia com fotocélulas. Mas o plástico sai do final do braço de desenho e endurece conforme vem ... seguindo apenas os desenhos ” [9]

Também foi descrito por Raymond F. Jones em sua história, "Tools of the Trade", publicada na edição de novembro de 1950 da revista Astounding Science Fiction. Ele se referiu a isso como um "spray molecular" nessa história.

Década de 1970

Em 1971, Johannes F. Gottwald patenteou o Liquid Metal Recorder, US3596285A, um dispositivo de material de jato de tinta contínuo para formar uma fabricação de metal removível em uma superfície reutilizável para uso imediato ou recuperado para impressão novamente por refusão. Esta parece ser a primeira patente que descreve a impressão 3D com prototipagem rápida e fabricação controlada de padrões sob demanda.

A patente declara "Como usado aqui, o termo impressão não se destina a um sentido limitado, mas inclui escrita ou outros símbolos, formação de caracteres ou padrão com uma tinta. O termo tinta, conforme usado em, pretende incluir não apenas corantes ou materiais contendo pigmentos , mas qualquer substância fluida ou composição adequada para aplicação na superfície para formar símbolos, caracteres ou padrões de inteligência por marcação. A tinta preferida é do tipo Hot melt. A faixa de composições de tinta disponíveis comercialmente que podem atender aos requisitos do invenção não são conhecidas no momento. No entanto, uma impressão satisfatória de acordo com a invenção foi alcançada com a liga metálica condutora como tinta. "

"Mas em termos de requisitos de material para tais telas grandes e contínuas, se consumidas em taxas até então conhecidas, mas aumentadas em proporção ao aumento de tamanho, o alto custo limitaria severamente qualquer gozo generalizado de um processo ou aparelho que satisfaça os objetos anteriores."

"É, portanto, um objetivo adicional da invenção para minimizar o uso de materiais em um processo da classe indicada."

"É um outro objetivo da invenção que os materiais empregados em tal processo sejam recuperados para reutilização."

"De acordo com outro aspecto da invenção, uma combinação para escrita e semelhantes compreende um transportador para exibir um padrão de inteligência e um arranjo para remover o padrão do transportador."

Em 1974, David EH Jones expôs o conceito de impressão 3D em sua coluna regular Ariadne no jornal New Scientist . [10] [11]

1980

Os primeiros equipamentos e materiais de manufatura aditiva foram desenvolvidos na década de 1980. [12]

Em abril de 1980, Hideo Kodama, do Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya , inventou dois métodos aditivos para a fabricação de modelos tridimensionais de plástico com polímero termofixo fotopolimerizável , em que a área de exposição aos raios ultravioleta é controlada por um padrão de máscara ou um transmissor de fibra de varredura. [13] Ele registrou uma patente para este plotter XYZ, que foi publicada em 10 de novembro de 1981. ( JP S56-144478 ). [14] Os resultados de sua pesquisa como artigos de jornal foram publicados em abril e novembro de 1981. [15] [16] No entanto, não houve reação à série de publicações. Seu dispositivo não foi bem avaliado no laboratório e seu chefe não mostrou nenhum interesse. Seu orçamento de pesquisa era de apenas 60.000 ienes ou US $ 545 por ano. A aquisição dos direitos de patente para o plotter XYZ foi abandonada e o projeto foi encerrado.

Uma patente US 4323756, Method of Fabricating Articles by Sequential Deposition, Raytheon Technologies Corp concedida em 6 de abril de 1982 usando centenas ou milhares de 'camadas' de metal em pó e uma fonte de energia laser é uma referência inicial para formar "camadas" e a fabricação de artigos em um substrato.

Em 2 de julho de 1984, o empresário americano Bill Masters registrou uma patente para seu Sistema e Processo de Fabricação Automatizado por Computador ( US 4665492 ). [17] Este pedido está registrado no USPTO como a primeira patente de impressão 3D da história; foi a primeira de três patentes pertencentes à Masters que estabeleceram a base para os sistemas de impressão 3D usados ​​hoje. [18] [19]

Em 16 de julho de 1984, Alain Le Méhauté , Olivier de Witte e Jean Claude André depositaram sua patente para o processo de estereolitografia . [20] A aplicação dos inventores franceses foi abandonada pela French General Electric Company (agora Alcatel-Alsthom) e CILAS (The Laser Consortium). [21] O motivo alegado foi "falta de perspectiva de negócios". [22]

Em 1983, Robert Howard iniciou a RH Research, mais tarde denominada Howtek, Inc. em fevereiro de 1984 para desenvolver uma impressora colorida a jato de tinta 2D, Pixelmaster, comercializada em 1986, usando tinta plástica termoplástica (termofusível). [23] Uma equipe foi montada, 6 membros [23]da Exxon Office Systems, Danbury Systems Division, uma startup de impressora a jato de tinta e alguns membros do grupo Howtek, Inc que se tornaram figuras populares na indústria de impressão 3D. Um membro do Howtek, patente de Richard Helinski US5136515A, Método e meios para construir artigos tridimensionais por deposição de partículas, pedido 11/07/1989 concedido em 8/04/1992 formou uma empresa de New Hampshire CAD-Cast, Inc, nome posteriormente alterado para Visual Impact Corporation (VIC) em 22/08/1991. Um protótipo da impressora VIC 3D para esta empresa está disponível com uma apresentação de vídeo mostrando um modelo 3D impresso com um único jato de tinta de bico. Outro funcionário, Herbert Menhennett, formou uma empresa HM Research em New Hampshire em 1991 e lançou a Howtek, Inc,tecnologia de jato de tinta e materiais termoplásticos para Royden Sanders da SDI e Bill Masters of Ballistic Particle Manufacturing (BPM), onde trabalhou por vários anos. Tanto as impressoras BPM 3D quanto as impressoras SPI 3D usam jatos de tinta do estilo Howtek, Inc e materiais do estilo Howtek, Inc. Royden Sanders licenciou a patente Helinksi antes de fabricar o Modelmaker 6 Pro na Sanders prototype, Inc (SPI) em 1993. James K. McMahon, que foi contratado pela Howtek, Inc para ajudar a desenvolver o jato de tinta, mais tarde trabalhou na Sanders Prototype e agora opera Layer Grown Model Technology, um provedor de serviços 3D especializado em jato de tinta de bico único Howtek e suporte para impressora SDI. James K. McMahon trabalhou com Steven Zoltan, inventor do jato de tinta sob demanda em 1972,na Exxon e tem uma patente em 1978 que expandiu a compreensão dos jatos de tinta de design de bico único (jatos Alpha) e ajudou a aperfeiçoar os jatos de tinta hot-melt da Howtek, Inc. Esta tecnologia termoplástica de fusão a quente Howtek é popular com fundição de metal, especialmente na indústria de joias de impressão 3D.[24] O primeiro cliente do Modelmaker 6Pro da Sanders (SDI) foi a Hitchner Corporations, Metal Casting Technology, Inc em Milford, NH, a uma milha das instalações da SDI no final de 1993-1995, fundindo tacos de golfe e peças de motor automotivo.

Em 8 de agosto de 1984, uma patente US4575330, atribuída à UVP, Inc., posteriormente atribuída a Chuck Hull da 3D Systems Corporation [25], foi registrada, sua própria patente para um sistema de fabricação de estereolitografia , no qual lâminas ou camadas individuais são adicionadas por cura fotopolímeros com radiação impingente, bombardeio de partículas, reação química ou apenas lasers de luz ultravioleta . Hull definiu o processo como um "sistema para gerar objetos tridimensionais através da criação de um padrão de seção transversal do objeto a ser formado". [26] [27] A contribuição de Hull foi o formato de arquivo STL (Estereolitografia)e as estratégias digitais de fatiamento e preenchimento comuns a muitos processos hoje. Em 1986, Charles "Chuck" Hull obteve a patente desse sistema, e sua empresa, 3D Systems Corporation, foi formada e lançou a primeira impressora 3D comercial, a SLA-1, [28] mais tarde em 1987 ou 1988.

A tecnologia usada pela maioria das impressoras 3D até hoje - especialmente os modelos amadores e voltados para o consumidor - é a modelagem por deposição fundida , uma aplicação especial de extrusão de plástico , desenvolvida em 1988 por S. Scott Crump e comercializada por sua empresa Stratasys , que comercializou seu primeiro FDM máquina em 1992. [24]

Possuir uma impressora 3D na década de 1980 custava mais de $ 300.000 ($ 650.000 em dólares de 2016). [29]

Década de 1990

Os processos AM para sinterização ou fusão de metais (como sinterização seletiva a laser , sinterização direta a laser de metal e fusão seletiva a laser) usualmente tinham seus próprios nomes individuais nas décadas de 1980 e 1990. Na época, toda a metalurgia era feita por processos que hoje são chamados de não aditivos ( fundição , fabricação , estamparia e usinagem ); embora muita automação tenha sido aplicada a essas tecnologias (como por robô de soldagem e CNC ), a ideia de uma ferramenta ou cabeça movendo-se através de um envelope de trabalho 3D transformando uma massa de matéria-primaem uma forma desejada com um caminho da ferramenta foi associado na metalurgia apenas com processos que removeram metal (em vez de adicioná-lo), como fresamento CNC, CNC EDM e muitos outros. Mas as técnicas automatizadas de adição de metal, que mais tarde seriam chamadas de manufatura aditiva, estavam começando a desafiar essa suposição. Em meados da década de 1990, novas técnicas para deposição de material foram desenvolvidas na Universidade de Stanford e Carnegie Mellon , incluindo micro-fundição [30] e materiais pulverizados. [31] Materiais de sacrifício e de suporte também se tornaram mais comuns, permitindo novas geometrias de objetos. [32]

O termo impressão 3D originalmente se referia a um processo de leito de pó que emprega cabeçotes de impressão a jato de tinta padrão e personalizados , desenvolvido no MIT por Emanuel Sachs em 1993 e comercializado pela Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation e Z Corporation . [ citação necessária ]

O ano de 1993 também viu o início de uma empresa de impressoras 3D a jato de tinta inicialmente denominada Sanders Prototype, Inc e posteriormente denominada Solidscape , introduzindo um sistema de fabricação de jato de polímero de alta precisão com estruturas de suporte solúveis, (categorizado como uma técnica "ponto-a-ponto" ) [24]

Em 1995, a Fraunhofer Society desenvolveu o processo seletivo de fusão a laser .

2000

As patentes do processo de impressão Fused Deposition Modeling (FDM) expiraram em 2009. [33]

2010s

À medida que os vários processos aditivos amadureciam, ficou claro que logo a remoção de metal não seria mais o único processo de usinagem feito por meio de uma ferramenta ou cabeça que se move através de um envelope de trabalho 3D, transformando uma massa de matéria-prima em uma forma desejada, camada por camada. A década de 2010 foi a primeira década em que peças de metal de uso final, como suportes de motor [34] e porcas grandes [35] seriam cultivadas (antes ou em vez da usinagem) na produção de empregos, em vez de serem obrigatoriamente usinadas a partir de barras de açoou placa. Ainda é o caso de fundição, fabricação, estampagem e usinagem são mais prevalentes do que a manufatura aditiva na metalurgia, mas a AM está agora começando a fazer incursões significativas e com as vantagens do design para manufatura aditiva , é claro para os engenheiros que muito mais está por vir.

Um lugar em que a AM está fazendo uma incursão significativa é na indústria de aviação. Com quase 3,8 bilhões de viajantes aéreos em 2016, [36]a demanda por motores a jato com baixo consumo de combustível e de fácil produção nunca foi tão alta. Para grandes OEMs (fabricantes de equipamentos originais) como Pratt and Whitney (PW) e General Electric (GE), isso significa olhar para AM como uma forma de reduzir custos, reduzir o número de peças não conformes, reduzir o peso dos motores para aumentar a eficiência de combustível e encontre formas novas e altamente complexas que não seriam viáveis ​​com os métodos de fabricação antiquados. Um exemplo de integração da AM com a indústria aeroespacial foi em 2016, quando a Airbus recebeu o primeiro motor LEAP da GE. Este motor possui bicos de combustível impressos em 3D, o que lhes dá uma redução de peças de 20 para 1, uma redução de peso de 25% e tempos de montagem reduzidos. [37]Um bico de combustível é perfeito na estrada para a fabricação aditiva em um motor a jato, pois permite um design otimizado dos complexos internos e é uma peça não rotativa de baixa tensão. Da mesma forma, em 2015, a PW entregou suas primeiras peças AM no PurePower PW1500G para a Bombardier. Aderindo a peças não rotativas de baixa tensão, a PW selecionou os estatores do compressor e os suportes do anel de sincronização [38] para lançar esta nova tecnologia de fabricação pela primeira vez. Embora AM ainda desempenhe um papel pequeno no número total de peças no processo de fabricação de motores a jato, o retorno sobre o investimento já pode ser visto pela redução de peças, a capacidade de produção rápida e o "design otimizado em termos de desempenho e custo " [39]

Com o amadurecimento da tecnologia, vários autores começaram a especular que a impressão 3D poderia ajudar no desenvolvimento sustentável no mundo em desenvolvimento. [40]

Em 2012, Filabot desenvolveu um sistema para fechar o loop [41] com plástico e permite que qualquer impressora 3D FDM ou FFF seja capaz de imprimir com uma gama mais ampla de plásticos.

Em 2014, Benjamin S. Cook e Manos M. Tentzeris demonstraram a primeira plataforma de manufatura aditiva eletrônica impressa verticalmente integrada e multimaterial (VIPRE) que possibilitou a impressão 3D de produtos eletrônicos funcionais operando em até 40 GHz. [42]

Conforme o preço das impressoras começou a cair, as pessoas interessadas nessa tecnologia tiveram mais acesso e liberdade para fazer o que quisessem. O preço em 2014 ainda era alto, com o custo sendo superior a US $ 2.000, mas isso ainda permitia aos amadores uma entrada na impressão fora dos métodos de produção e indústria. [43]

O termo "impressão 3D" originalmente se referia a um processo que deposita um material aglutinante em um leito de pó com cabeças de impressora a jato de tinta camada por camada. Mais recentemente, o vernáculo popular começou a usar o termo para abranger uma ampla variedade de técnicas de manufatura aditiva, como manufatura aditiva por feixe de elétrons e fusão seletiva a laser. Os Estados Unidos e os padrões técnicos globais usam o termo oficial manufatura aditiva para esse sentido mais amplo.

O processo de impressão 3D mais comumente usado (46% em 2018 ) é uma técnica de extrusão de material chamada modelagem por deposição fundida ou FDM. [5] Embora a tecnologia FDM foi inventado após as outras duas tecnologias mais populares, estereolitografia (SLA) e selectiva a laser sinterização (SLS), o FDM é tipicamente o mais barato dos três por uma grande margem, [ citação necessário ] que se presta para a popularidade do processo.

2020s

Em 2020, as impressoras 3D atingiram o nível de qualidade e preço que permite à maioria das pessoas entrar no mundo da impressão 3D. Em 2020, impressoras de qualidade decente podem ser encontradas por menos de US $ 200 para máquinas de nível básico. Essas impressoras mais acessíveis geralmente são impressoras de modelagem por deposição fundida (FDM). [44]

Princípios gerais

Modeling

Modelo CAD usado para impressão 3D
Modelos 3D podem ser gerados a partir de fotos 2D tiradas em uma cabine fotográfica 3D.

Modelos 3D imprimíveis podem ser criados com um pacote de design auxiliado por computador (CAD), por meio de um scanner 3D ou por uma câmera digital simples e software de fotogrametria . Modelos impressos em 3D criados com CAD resultam em relativamente menos erros do que outros métodos. Erros em modelos imprimíveis 3D podem ser identificados e corrigidos antes da impressão. [45] O processo de modelagem manual de preparação de dados geométricos para computação gráfica 3D é semelhante às artes plásticas, como escultura. A digitalização 3D é um processo de coleta de dados digitais sobre a forma e a aparência de um objeto real, criando um modelo digital baseado nele.

Os modelos CAD podem ser salvos no formato de arquivo estereolitográfico (STL) , um formato de arquivo CAD de fato para manufatura aditiva que armazena dados com base em triangulações da superfície dos modelos CAD. STL não é feito sob medida para manufatura aditiva porque gera grandes tamanhos de arquivos de peças e estruturas de rede otimizadas com topologia devido ao grande número de superfícies envolvidas. Um formato de arquivo CAD mais recente, o formato Additive Manufacturing File (AMF), foi introduzido em 2011 para resolver esse problema. Ele armazena informações usando triangulações curvas. [46]

Imprimindo

Antes de imprimir um modelo 3D a partir de um arquivo STL , ele deve primeiro ser examinado em busca de erros. A maioria dos aplicativos CAD produzem erros nos arquivos STL de saída, [47] [48] dos seguintes tipos:

  1. furos;
  2. enfrenta normais;
  3. auto-intersecções;
  4. conchas de ruído;
  5. erros múltiplos. [49]

Uma etapa da geração STL conhecida como "reparo" corrige esses problemas no modelo original. [50] [51] Geralmente STLs que foram produzidos a partir de um modelo obtido por meio de digitalização 3D, muitas vezes têm mais desses erros [52], pois a digitalização 3D é frequentemente alcançada por aquisição / mapeamento ponto a ponto. A reconstrução 3D geralmente inclui erros. [53]

Depois de concluído, o arquivo STL precisa ser processado por um software chamado "fatiador", que converte o modelo em uma série de camadas finas e produz um arquivo de código G contendo instruções personalizadas para um tipo específico de impressora 3D ( FDM impressoras ). [54] Este arquivo de código G pode então ser impresso com o software cliente de impressão 3D (que carrega o código G e o usa para instruir a impressora 3D durante o processo de impressão 3D).

A resolução da impressora descreve a espessura da camada e a resolução X – Y em pontos por polegada (dpi) ou micrômetros (µm). A espessura típica da camada é de cerca de 100 μm (250  DPI ), embora algumas máquinas possam imprimir camadas tão finas quanto 16 μm (1.600 DPI). [55] A resolução X – Y é comparável à das impressoras a laser . As partículas (pontos 3D) têm cerca de 50 a 100 μm (510 a 250 DPI) de diâmetro. [ carece de fontes? ] Para a resolução da impressora, especificar uma resolução de malha de 0,01–0,03 mm e um comprimento de corda ≤ 0,016 mm gera um arquivo de saída STL ideal para um determinado arquivo de entrada de modelo. [56] A especificação de resoluções mais altas resulta em arquivos maiores sem aumento na qualidade de impressão.

3:31 Timelapse de um vídeo de 80 minutos de um objeto sendo feito de PLA usando deposição de polímero fundido

A construção de um modelo com métodos contemporâneos pode levar de várias horas a vários dias, dependendo do método usado e do tamanho e complexidade do modelo. Os sistemas aditivos geralmente podem reduzir esse tempo para algumas horas, embora varie amplamente dependendo do tipo de máquina usada e do tamanho e número de modelos produzidos simultaneamente.

Concluindo

Embora a resolução produzida pela impressora seja suficiente para muitos aplicativos, uma maior precisão pode ser alcançada imprimindo uma versão ligeiramente superdimensionada do objeto desejado em resolução padrão e, em seguida, removendo o material usando um processo subtrativo de resolução mais alta. [57]

A estrutura em camadas de todos os processos de fabricação aditiva leva inevitavelmente a um efeito de degrau em superfícies de peças que são curvas ou inclinadas em relação à plataforma do edifício. Os efeitos dependem fortemente da orientação da superfície da peça dentro do processo de construção. [58]

Alguns polímeros imprimíveis, como o ABS , permitem que o acabamento da superfície seja alisado e melhorado usando processos de vapor químico [59] com base em acetona ou solventes semelhantes.

Algumas técnicas de manufatura aditiva são capazes de usar vários materiais no curso da construção de peças. Essas técnicas são capazes de imprimir em várias cores e combinações de cores simultaneamente e não requerem necessariamente pintura.

Algumas técnicas de impressão requerem que suportes internos sejam construídos para recursos salientes durante a construção. Esses suportes devem ser removidos mecanicamente ou dissolvidos após a conclusão da impressão.

Todas as impressoras 3D de metal comercializadas envolvem o corte do componente de metal do substrato de metal após a deposição. Um novo processo para a impressão 3D GMAW permite modificações na superfície do substrato para remover alumínio [60] ou aço . [61]

Materiais

Detalhe do Stoofbrug em Amsterdã, a primeira ponte metálica impressa em 3D do mundo.

Tradicionalmente, a impressão 3D se concentrava em polímeros para impressão, devido à facilidade de fabricação e manuseio de materiais poliméricos. No entanto, o método evoluiu rapidamente para não apenas imprimir vários polímeros [62], mas também metais [63] [64] e cerâmicas , [65] tornando a impressão 3D uma opção versátil para manufatura. A fabricação camada por camada de modelos físicos tridimensionais é um conceito moderno que "se origina da indústria CAD cada vez maior, mais especificamente do lado da modelagem de sólidos CAD. Antes da modelagem de sólidos ser introduzida no final dos anos 1980, os modelos tridimensionais foram criados com estruturas de arame e superfícies. " [66]mas em todos os casos as camadas de materiais são controladas pela impressora e pelas propriedades do material. A camada de material tridimensional é controlada pela taxa de deposição definida pelo operador da impressora e armazenada em um arquivo de computador. O mais antigo material patenteado impresso foi uma tinta do tipo Hot melt para a impressão de padrões usando uma liga de metal aquecida. Veja a história dos anos 1970 acima.

Charles Hull registrou a primeira patente em 8 de agosto de 1984, para usar uma resina acrílica curada por UV usando uma fonte de luz mascarada por UV na UVP Corp para construir um modelo simples. O SLA-1 foi o primeiro produto SL anunciado pela 3D Systems na Autofact Exposition, Detroit, novembro de 1978 em Detroit. O SLA-1 Beta foi enviado em janeiro de 1988 para a Baxter Healthcare, Pratt e Whitney, General Motors e AMP. O primeiro SLA-1 de produção enviado para a Precision Castparts em abril de 1988. O material de resina UV mudou rapidamente para uma resina de material à base de epóxi. Em ambos os casos, os modelos SLA-1 necessitaram de cura por ultravioleta após serem enxaguados com um solvente de limpeza para remover a resina de contorno não curada. Um Post Cure Aparatus (PCA) foi vendido com todos os sistemas. As primeiras impressoras de resina exigiam uma lâmina para mover a resina fresca sobre o modelo em cada camada. A espessura da camada era 0.006 polegadas e o modelo HeCd Laser do SLA-1 tinha 12 watts e varreu a superfície a 30 pol por segundo. A UVP foi adquirida pela 3D Systems em janeiro de 1990.[67]

Uma revisão da história mostra que vários materiais (resinas, pó de plástico, filamento de plástico e tinta plástica termofusível) foram usados ​​na década de 1980 para patentes no campo de prototipagem rápida. A resina curada por UV com lâmpada mascarada também foi introduzida por Itzchak Pomerantz da Cubital no Soldier 5600, pós termoplásticos sinterizados a laser de Carl Deckard (DTM) e papel cortado a laser adesivo (LOM) empilhado para formar objetos por Michael Feygin antes que a 3D Systems fizesse seu primeiro anúncio. Scott Crump também estava trabalhando com modelagem de filamento plástico extrudado "derretido" (FDM) e a deposição de gota foi patenteada por William E Masters uma semana após a patente de Charles Hull em 1984, mas ele teve que descobrir os jatos de tinta termoplásticos introduzidos pela impressora 3D Visual Impact Corporation em 1992 usando jato de tinta da Howtek, Inc.,antes de formar a BPM para lançar seu próprio produto de impressora 3D em 1994.[67]

Multi-material de impressão em 3D

Um 3DBenchy multi-material .

Os esforços para alcançar a impressão 3D multimaterial vão desde processos aprimorados do tipo FDM, como VoxelJet, até novas tecnologias de impressão baseadas em voxel, como Layered Assembly . [68]

Uma desvantagem de muitas tecnologias de impressão 3D existentes é que elas permitem que apenas um material seja impresso por vez, limitando muitas aplicações potenciais que requerem a integração de diferentes materiais no mesmo objeto. A impressão 3D multimaterial resolve esse problema, permitindo que objetos de arranjos complexos e heterogêneos de materiais sejam fabricados em uma única impressora. Aqui, um material deve ser especificado para cada voxel (ou elemento de pixel de impressão 3D) dentro do volume final do objeto.

O processo pode ser repleto de complicações, no entanto, devido aos algoritmos isolados e monolíticos. Alguns dispositivos comerciais buscaram resolver esses problemas, como a construção de um tradutor Spec2Fab, mas o progresso ainda é muito limitado. [69] No entanto, na indústria médica, foi apresentado um conceito de pílulas e vacinas impressas em 3D. [70] Com esse novo conceito, vários medicamentos podem ser combinados, o que diminuirá muitos riscos. Com mais e mais aplicações de impressão 3D multimaterial, os custos da vida diária e o desenvolvimento de alta tecnologia se tornarão inevitavelmente mais baixos.

Materiais metalográficos de impressão 3D também estão sendo pesquisados. [71] Ao classificar cada material, o CIMP-3D pode realizar sistematicamente a impressão 3D com vários materiais. [72]

4D Printing

O uso de impressão 3D e estruturas multimateriais na manufatura aditiva permitiu o design e a criação do que é chamado de impressão 4D. A impressão 4D é um processo de manufatura aditiva no qual o objeto impresso muda de forma com o tempo, temperatura ou algum outro tipo de estimulação. A impressão 4D permite a criação de estruturas dinâmicas com formas, propriedades ou funcionalidades ajustáveis. Os materiais inteligentes / responsivos ao estímulo que são criados usando a impressão 4D podem ser ativados para criar respostas calculadas, como automontagem, autorreparação, multifuncionalidade, reconfiguração e mudança de forma. Isso permite a impressão personalizada de materiais que mudam de forma e com memória de forma. [73]

A impressão 4D tem o potencial de encontrar novas aplicações e usos para materiais (plásticos, compostos, metais, etc.) e criará novas ligas e compostos que antes não eram viáveis. A versatilidade dessa tecnologia e dos materiais pode levar a avanços em vários campos da indústria, incluindo espacial, comercial e médico. A repetibilidade, precisão e gama de materiais para impressão 4D devem aumentar para permitir que o processo se torne mais prático em todas essas indústrias. 

Para se tornar uma opção de produção industrial viável, existem alguns desafios que a impressão 4D deve superar. Os desafios da impressão 4D incluem o fato de que as microestruturas desses materiais inteligentes impressos devem ser próximas ou melhores do que as peças obtidas através dos processos de usinagem tradicionais. É necessário desenvolver materiais novos e personalizáveis ​​que tenham a capacidade de responder de forma consistente a vários estímulos externos e mudar para a forma desejada. Também é necessário projetar um novo software para os vários tipos de técnicas de impressão 4D. O software de impressão 4D precisará levar em consideração o material inteligente básico, a técnica de impressão e os requisitos estruturais e geométricos do projeto. [74]

Processos e impressoras

Existem muitos processos de fabricação de aditivos de marcas diferentes , que podem ser agrupados em sete categorias: [75]

Representação esquemática da técnica de impressão 3D conhecida como Fused Filament Fabrication; um filamento a) de material plástico é alimentado através de uma cabeça móvel aquecida b) que funde e extrude depositando-o, camada após camada, na forma desejada c) . Uma plataforma móvel e) desce após cada camada ser depositada. Para este tipo de tecnologia, estruturas de suporte vertical adicionais d) são necessárias para sustentar peças pendentes

As principais diferenças entre os processos estão na forma como as camadas são depositadas para criar as peças e nos materiais que são usados. Cada método tem suas próprias vantagens e desvantagens, e é por isso que algumas empresas oferecem a opção de pó e polímero para o material usado na construção do objeto. [76] Outros às vezes usam papel comercial padrão, pronto para uso como o material de construção para produzir um protótipo durável. As principais considerações na escolha de uma máquina geralmente são velocidade, custos da impressora 3D, do protótipo impresso, escolha e custo dos materiais e recursos de cores. [77] Impressoras que trabalham diretamente com metais são geralmente caras. No entanto, impressoras mais baratas podem ser usadas para fazer um molde, que é então usado para fazer peças de metal. [78]

ISO / ASTM52900-15 define sete categorias de processos de Fabricação de Aditivos (AM) dentro de seu significado: jato de aglutinante, deposição de energia direcionada, extrusão de material, jato de material, fusão em leito de pó, laminação de folha e fotopolimerização em cuba. [79]

O primeiro processo onde o material tridimensional é depositado para formar um objeto foi feito com Material Jetting [24]ou como era originalmente chamado de deposição de partículas. A deposição de partículas por jato de tinta começou com a tecnologia Continuous Inkjet (CIT) (1950) e mais tarde com a tecnologia drop-On-Demand Inkjet (1970) usando tintas Hot-melt. As tintas de cera foram os primeiros materiais tridimensionais a jatear e, posteriormente, ligas de metal de baixa temperatura foram jateadas com CIT. Cera e derretimentos termoplásticos foram lançados em seguida pelo DOD. Os objetos eram muito pequenos e começavam com caracteres de texto e números para sinalização. Um objeto deve ter forma e pode ser manipulado. Caracteres de cera caíram de documentos em papel e inspiraram uma patente do Liquid Metal Recorder para fazer caracteres de metal para sinalização em 1971. Tintas termoplásticas coloridas (CMYK) impressas com camadas de cada cor para formar os primeiros objetos em camadas formados digitalmente em 1984.A ideia de fundição de investimento com imagens ou padrões de jato de tinta sólida em 1984 levou à primeira patente para formar artigos a partir de deposição de partículas em 1989, emitida em 1992.

Alguns métodos derretem ou amolecem o material para produzir as camadas. Na fabricação de filamento fundido , também conhecido como modelagem de deposição fundida (FDM), o modelo ou peça é produzido pela extrusão de pequenos grânulos ou fluxos de material que endurecem imediatamente para formar camadas. Um filamento de termoplástico , fio de metal ou outro material é alimentado em uma cabeça de bico de extrusão ( extrusora de impressora 3D), que aquece o material e ativa e desativa o fluxo. O FDM é um tanto restrito na variação das formas que podem ser fabricadas. Outra técnica funde partes da camada e depois sobe na área de trabalho, adicionando outra camada de grânulos e repetindo o processo até que a peça se acumule. Esse processo usa a mídia não fundida para apoiar balanços e paredes finas na peça que está sendo produzida, o que reduz a necessidade de suportes auxiliares temporários para a peça. [80] Recentemente, FFF / FDM foi expandido para impressão 3D diretamente de pelotas para evitar a conversão em filamento. Este processo é chamado de fabricação de partículas fundidas (FPF) (ou fabricação granular fundida (FGF) e tem o potencial de usar mais materiais reciclados. [81]

As técnicas de fusão de leito de pó, ou PBF, incluem vários processos, como DMLS , SLS , SLM, MJF e EBM . Os processos de fusão de leito de pó podem ser usados ​​com uma variedade de materiais e sua flexibilidade permite estruturas geometricamente complexas, [82] tornando-o uma escolha certa para muitos projetos de impressão 3D. Essas técnicas incluem sinterização seletiva a laser , com metais e polímeros, e sinterização direta a laser de metal . [83] Derretimento seletivo a lasernão usa sinterização para a fusão de grânulos de pó, mas derrete completamente o pó usando um laser de alta energia para criar materiais totalmente densos em um método de camada que possui propriedades mecânicas semelhantes às dos metais manufaturados convencionais. A fusão por feixe de elétrons é um tipo semelhante de tecnologia de manufatura aditiva para peças de metal (por exemplo, ligas de titânio ). A EBM fabrica peças derretendo pó metálico, camada por camada, com um feixe de elétrons em alto vácuo. [84] [85] Outro método consiste em um sistema de impressão 3D a jato de tinta , que cria o modelo uma camada de cada vez, espalhando uma camada de pó ( gesso ou resinas) e imprimir um fichário na seção transversal da peça usando um processo semelhante a jato de tinta. Com a fabricação de objetos laminados , camadas finas são cortadas para dar forma e unidas. Além dos métodos mencionados anteriormente, a HP desenvolveu o Multi Jet Fusion (MJF), que é uma técnica à base de pó, embora nenhum laser esteja envolvido. Uma matriz de jato de tinta aplica agentes de fusão e detalhamento que são combinados por aquecimento para criar uma camada sólida. [86]

Representação esquemática da estereolitografia; um dispositivo emissor de luz a) (laser ou DLP ) ilumina seletivamente o fundo transparente c) de um tanque b) preenchido com uma resina fotopolimerizável líquida; a resina solidificada d) é progressivamente arrastada para cima por uma plataforma de elevação e)

Outros métodos curam materiais líquidos usando diferentes tecnologias sofisticadas, como a estereolitografia . A fotopolimerização é usada principalmente em estereolitografia para produzir uma parte sólida a partir de um líquido. Os sistemas de impressora a jato de tinta, como o sistema Objet PolyJet , borrifam materiais fotopolímeros em uma bandeja de impressão em camadas ultrafinas (entre 16 e 30 µm) até que a peça seja concluída. [87] Cada camada de fotopolímero é curada com luz ultravioleta após o jato, produzindo modelos totalmente curados que podem ser manuseados e usados ​​imediatamente, sem pós-cura. Recursos ultrapequenos podem ser feitos com a técnica de microfabricação 3D usada em multifótonfotopolimerização. Devido à natureza não linear da fotoexcitação, o gel é curado até se tornar um sólido apenas nos locais onde o laser foi focalizado, enquanto o gel restante é removido por lavagem. Tamanhos de recursos abaixo de 100 nm são facilmente produzidos, bem como estruturas complexas com peças móveis e interligadas. [88] Ainda outra abordagem usa uma resina sintética que é solidificada usando LEDs . [89]

Na estereolitografia baseada em projeção de imagem de máscara, um modelo digital 3D é cortado por um conjunto de planos horizontais. Cada fatia é convertida em uma imagem de máscara bidimensional. A imagem da máscara é então projetada sobre uma superfície de resina líquida fotocurável e a luz é projetada sobre a resina para curá-la na forma da camada. [90] A produção contínua de interface de líquido começa com um pool de resina de fotopolímero líquida . Parte do fundo da piscina é transparente à luz ultravioleta (a "janela"), que faz com que a resina se solidifique. O objeto sobe devagar o suficiente para permitir que a resina flua por baixo e mantenha o contato com a parte inferior do objeto. [91]Na deposição de energia direcionada alimentada por pó, um laser de alta potência é usado para derreter o pó de metal fornecido ao foco do feixe de laser. O processo de energia direcionada alimentado com pó é semelhante à Sinterização Seletiva a Laser, mas o pó metálico é aplicado apenas onde o material está sendo adicionado à peça naquele momento. [92] [93]

Em dezembro de 2017 , os sistemas de manufatura aditiva estavam no mercado com preços entre US $ 99 e US $ 500.000 e eram empregados em setores como aeroespacial, arquitetura, automotivo, defesa e substituições médicas, entre muitos outros. Por exemplo, a General Electric usa impressoras 3D de última geração para construir peças para turbinas . [94] Muitos desses sistemas são usados ​​para prototipagem rápida, antes que os métodos de produção em massa sejam empregados. O ensino superior provou ser um grande comprador de impressoras 3D profissionais e de mesa, que os especialistas do setor geralmente veem como um indicador positivo. [95] Bibliotecas ao redor do mundo também se tornaram locais para abrigar impressoras 3D menores para acesso educacional e comunitário. [96]Vários projetos e empresas estão se esforçando para desenvolver impressoras 3D acessíveis para uso em desktops domésticos. Muito desse trabalho foi direcionado e direcionado às comunidades DIY / Maker / entusiasta / early adopter , com laços adicionais com as comunidades acadêmicas e de hackers . [97]

A litografia axial computadorizada é um método de impressão 3D baseado em tomografias computadorizadas para criar impressões em resina fotocurável. Foi desenvolvido por uma colaboração entre a University of California, Berkeley com o Lawrence Livermore National Laboratory . [98] [99] [100] Ao contrário de outros métodos de impressão 3D, ele não constrói modelos através da deposição de camadas de material, como modelagem de deposição fundida e estereolitografia , em vez disso, cria objetos usando uma série de imagens 2D projetadas em um cilindro de resina. [98] [100]É notável por sua capacidade de construir um objeto muito mais rapidamente do que outros métodos usando resinas e a capacidade de incorporar objetos nas impressões. [99]

Fabricação de aditivos líquidos (LAM) é uma técnica de impressão 3D que deposita um líquido ou material de alta viscose (por exemplo, borracha de silicone líquida) em uma superfície de construção para criar um objeto que então é vulcanizado usando calor para endurecer o objeto. [101] [102] [103] O processo foi originalmente criado por Adrian Bowyer e, em seguida, desenvolvido pela German RepRap. [101] [104] [105]

Aplicações

O Audi RSQ foi feito com robôs industriais KUKA de prototipagem rápida
Uma selfie 3D impressa em escala de 1:20 usando impressão à base de gesso
Um modelo de motor a jato impresso em 3D
Cerâmica esmaltada impressa em 3D
Colar impresso em 3D
Escultura impressa em 3D de um faraó egípcio exibida em Threeding

No cenário atual, a impressão 3D ou manufatura aditiva tem sido usada nos setores manufatureiro, médico, industrial e sociocultural (patrimônio cultural, etc.) que facilitam a impressão 3D ou manufatura aditiva para se tornar uma tecnologia comercial de sucesso. [106] Mais recentemente, a impressão 3D também tem sido usada no setor humanitário e de desenvolvimento para produzir uma variedade de itens médicos, próteses, peças de reposição e reparos. [107] A primeira aplicação da manufatura aditiva foi na extremidade da sala de ferramentas do espectro da manufatura. Por exemplo, a prototipagem rápida foi uma das primeiras variantes aditivas e sua missão era reduzir o tempo de esperae custo de desenvolvimento de protótipos de novas peças e dispositivos, que antes só era feito com métodos subtrativos da sala de ferramentas, como fresamento CNC, torneamento e retificação de precisão. [108] Na década de 2010, a manufatura aditiva entrou em produção em uma extensão muito maior.

Indústria alimentar

A manufatura aditiva de alimentos está sendo desenvolvida espremendo os alimentos, camada por camada, em objetos tridimensionais. Uma grande variedade de alimentos são candidatos apropriados, como chocolate e doces, e alimentos planos como biscoitos, massas [109] e pizza. [110] [111] A NASA está investigando a tecnologia para criar alimentos impressos em 3D para limitar o desperdício de alimentos e para fazer alimentos que são projetados para atender às necessidades dietéticas de um astronauta. [112] Em 2018, o bioengenheiro italiano Giuseppe Scionti desenvolveu uma tecnologia que permite gerar análogos de carne à base de plantas fibrosas usando uma bioimpressora 3D personalizada , imitando a textura da carne e os valores nutricionais. [113][114]

Indústria da moda

A impressão 3D entrou no mundo das roupas, com designers de moda experimentando biquínis , sapatos e vestidos impressos em 3D . [115] Na produção comercial, a Nike está usando a impressão 3D para prototipar e fabricar as chuteiras Vapor Laser Talon 2012 para jogadores de futebol americano, e a New Balance está fabricando tênis personalizados para atletas. [115] [116] A impressão 3D chegou ao ponto em que as empresas estão imprimindo óculos de grau de consumidor com ajuste e estilo personalizado sob demanda (embora não possam imprimir as lentes). A personalização sob demanda de óculos é possível com a prototipagem rápida. [117]

Vanessa Friedman, diretora de moda e crítica-chefe de moda do The New York Times , diz que a impressão 3D terá um valor significativo para as empresas de moda no futuro, especialmente se se transformar em uma ferramenta de impressão para os compradores. "Há uma sensação real de que isso não vai acontecer tão cedo", diz ela, "mas vai acontecer e vai criar uma mudança dramática em como pensamos sobre propriedade intelectual e como as coisas estão na cadeia de abastecimento." Ela acrescenta: "Certamente algumas das fabricações que as marcas podem usar serão dramaticamente alteradas pela tecnologia." [118]

Indústria de transporte

O Stoofbrug em Amsterdã, a primeira ponte de metal impressa em 3D do mundo

Em carros, caminhões e aeronaves, a Manufatura Aditiva está começando a transformar (1) o projeto e a produção do monobloco e da fuselagem e (2) o projeto e a produção do trem de força . Por exemplo:

Indústria de arma de fogo

O impacto da AM nas armas de fogo envolve duas dimensões: novos métodos de fabricação para empresas estabelecidas e novas possibilidades para a fabricação de armas de fogo "faça você mesmo" . Em 2012, o grupo americano Defense Distributed divulgou planos para projetar uma arma de fogo impressa em 3D de plástico "que pudesse ser baixada e reproduzida por qualquer pessoa com uma impressora 3D". [127] [128] Depois que a Defense Distributed divulgou seus planos, foram levantadas questões sobre os efeitos que a impressão 3D e a ampla usinagem CNC em nível de consumidor [129] [130] podem ter na eficácia do controle de armas . [131] [132] [133] [134]Além disso, as estratégias de design de armadura podem ser aprimoradas ao se inspirar na natureza e criar um protótipo desses designs facilmente possível usando a manufatura aditiva. [135]

Sector da saúde

Os usos cirúrgicos de terapias centradas em impressão 3D têm uma história que começou em meados da década de 1990 com modelagem anatômica para planejamento de cirurgia reconstrutiva óssea. Os implantes combinados com o paciente foram uma extensão natural desse trabalho, levando a implantes verdadeiramente personalizados que se ajustam a um único indivíduo. [136] Planejamento virtual de cirurgia e orientação usando instrumentos personalizados impressos em 3D foram aplicados a muitas áreas da cirurgia, incluindo substituição total da articulação e reconstrução craniomaxilofacial com grande sucesso. [137] Um exemplo disso é a placa traquial bioreabsorvível para tratar recém-nascidos com traqueobroncomalácia [138]desenvolvido na Universidade de Michigan. O uso de manufatura aditiva para a produção serializada de implantes ortopédicos (metais) também está aumentando devido à capacidade de criar estruturas superficiais porosas de maneira eficiente que facilitam a osseointegração. Espera-se que as indústrias de aparelhos auditivos e odontológicos sejam a maior área de desenvolvimento futuro usando a tecnologia de impressão 3D personalizada. [139]

Em março de 2014, os cirurgiões em Swansea usaram peças impressas em 3D para reconstruir o rosto de um motociclista que havia se ferido gravemente em um acidente de viação. [140] Em maio de 2018, a impressão 3D foi usada para o transplante de rim para salvar um menino de três anos. [141] A partir de 2012 , a tecnologia de bioimpressão 3D foi estudada por empresas de biotecnologia e acadêmicos para possível uso em aplicações de engenharia de tecidos em que órgãos e partes do corpo são construídos usando técnicas de impressão a jato de tinta . Neste processo, camadas de células vivas são depositadas em um meio de gel ou matriz de açúcar e lentamente construídas para formar estruturas tridimensionais, incluindo sistemas vasculares. [142]Recentemente, foi criado um heart-on-chip que combina as propriedades das células. [143]

A degradação térmica durante a impressão 3D de polímeros reabsorvíveis, assim como em suturas cirúrgicas , foi estudada e os parâmetros podem ser ajustados para minimizar a degradação durante o processamento. Estruturas de suporte maleáveis ​​macias para culturas de células podem ser impressas. [144]

Na impressão 3D, microestruturas simuladas por computador são comumente usadas para fabricar objetos com propriedades que variam espacialmente. Isso é conseguido dividindo o volume do objeto desejado em subcélulas menores usando ferramentas de simulação auxiliadas por computador e, em seguida, preenchendo essas células com microestruturas apropriadas durante a fabricação. Várias estruturas candidatas diferentes com comportamentos semelhantes são verificadas umas contra as outras e o objeto é fabricado quando um conjunto ideal de estruturas é encontrado. Métodos avançados de otimização de topologia são usados ​​para garantir a compatibilidade de estruturas em células adjacentes. Esta abordagem flexível para a fabricação de 3D é amplamente usada em várias disciplinas das ciências biomédicas, onde são usadas para criar estruturas ósseas complexas [145]e tecido humano [146] à robótica, onde são usados ​​na criação de robôs macios com partes móveis. [147] [148] A impressão 3D também encontra seu uso cada vez mais em design e fabricação de aparelhos de laboratório [149]

A impressão 3D também tem sido empregada por pesquisadores da área farmacêutica. Durante os últimos anos, houve um aumento no interesse acadêmico em relação à administração de medicamentos com o auxílio de técnicas de AM. Essa tecnologia oferece uma maneira única de os materiais serem utilizados em novas formulações. [150] A fabricação de AM permite o uso de materiais e compostos no desenvolvimento de formulações, de maneiras que não são possíveis com as técnicas convencionais / tradicionais no campo farmacêutico, por exemplo, comprimidos, moldagem por fundição, etc. Além disso, um dos principais As vantagens da impressão 3D, principalmente no caso da Modelagem por Deposição Fundida (FDM), é a personalização da forma farmacêutica que pode ser alcançada, direcionando assim as necessidades específicas do paciente. [151]Em um futuro não tão distante, as impressoras 3D deverão chegar a hospitais e farmácias para fornecer a produção sob demanda de formulações personalizadas de acordo com as necessidades dos pacientes. [152]

Em 2018, a tecnologia de impressão 3D foi usada pela primeira vez para criar uma matriz de imobilização celular na fermentação. A produção de ácido propiônico por Propionibacterium acidipropionici imobilizado em pérolas de náilon impressas em 3D foi escolhida como um estudo modelo. Foi demonstrado que essas contas impressas em 3D eram capazes de promover a fixação de células de alta densidade e a produção de ácido propiônico, o que poderia ser adaptado a outros bioprocessos de fermentação. [153]

Em 2005, periódicos acadêmicos começaram a reportar sobre as possíveis aplicações artísticas da tecnologia de impressão 3D. [154] Em 2017 , a impressão 3D doméstica estava alcançando um público consumidor além de amadores e entusiastas. As máquinas prontas para uso eram cada vez mais capazes de produzir aplicações domésticas práticas, por exemplo, objetos ornamentais. Alguns exemplos práticos incluem um relógio de trabalho [155] e engrenagens impressas para máquinas de trabalhar madeira caseiras, entre outros fins. [156] Web sites associados à impressão 3D doméstica tendiam a incluir riscos, ganchos para casacos, maçanetas, etc. [157]

Sector da educação

A impressão 3D, e as impressoras 3D de código aberto em particular, são a tecnologia mais recente que faz incursões na sala de aula. [158] [159] [160] Alguns autores afirmam que as impressoras 3D oferecem uma "revolução" sem precedentes na educação STEM . [161] [162] A evidência para tais afirmações vem tanto da capacidade de baixo custo para prototipagem rápida em sala de aula pelos alunos, mas também da fabricação de equipamento científico de baixo custo e alta qualidade a partir de designs de hardware aberto formando laboratórios de código aberto . [163] As aplicações futuras para impressão 3D podem incluir a criação de equipamento científico de código aberto. [163] [164]

Património cultural e twin digital baseado em museu

Nos últimos anos, a impressão 3D tem sido intensamente utilizada no campo do patrimônio cultural para fins de preservação, restauração e divulgação. [165] Muitos museus europeus e norte-americanos compraram impressoras 3D e recriaram ativamente as peças perdidas de suas relíquias [166] e monumentos arqueológicos como Tiwanaku na Bolívia . [167] O Metropolitan Museum of Art e o British Museum começaram a usar suas impressoras 3D para criar souvenirs de museu que estão disponíveis nas lojas do museu. [168]Outros museus, como o Museu Nacional de História Militar e o Museu Histórico de Varna, foram além e vendem por meio da plataforma online Threeding modelos digitais de seus artefatos, criados com scanners Artec 3D , em formato de arquivo amigável para impressão 3D, que todos podem imprimir em 3D casa. [169]

A aplicação de impressão 3D para a representação de ativos arquitetônicos apresenta muitos desafios. Em 2018, a estrutura do Iran National Bank foi tradicionalmente pesquisada e modelada em software de computação gráfica (CG) (Cinema4D) e foi otimizada para impressão 3D. A equipe testou a técnica para a construção da peça e deu certo. Após testar o procedimento, os modeladores reconstruíram a estrutura no Cinema4D e exportaram a parte frontal do modelo para o Netfabb. A entrada do prédio foi escolhida devido às limitações de impressão 3D e ao orçamento do projeto de confecção da maquete. A impressão 3D era apenas um dos recursos habilitados pelo modelo 3D produzido do banco, mas devido ao briefing limitado do projeto, a equipe não deu continuidade à modelagem para a representação virtual ou outras aplicações.[170] Em 2021, Parsinejad et al. comparou de forma abrangente o método de levantamento manual para reconstrução 3D pronto para impressão 3D com gravação digital (adoção do método de fotogrametria). [170]

Outras aplicações recentes

Atuadores macios impressos em 3Dé uma aplicação crescente da tecnologia de impressão 3D que encontrou seu lugar nas aplicações de impressão 3D. Esses atuadores macios estão sendo desenvolvidos para lidar com estruturas e órgãos macios, especialmente em setores biomédicos e onde a interação entre humanos e robôs é inevitável. A maioria dos atuadores flexíveis existentes é fabricada por métodos convencionais que requerem a fabricação manual de dispositivos, pós-processamento / montagem e iterações prolongadas até que a maturidade da fabricação seja alcançada. Em vez dos aspectos tediosos e demorados dos processos de fabricação atuais, os pesquisadores estão explorando uma abordagem de fabricação apropriada para a fabricação eficaz de atuadores macios. Assim, os atuadores macios impressos em 3D são introduzidos para revolucionar o design e a fabricação de atuadores macios com componentes geométricos, funcionais ee propriedades de controle em uma abordagem mais rápida e econômica. Eles também permitem a incorporação de todos os componentes do atuador em uma única estrutura, eliminando a necessidade de usarjuntas , adesivos e fixadores . A fabricação da placa de circuito envolve várias etapas que incluem imagem, perfuração, galvanização, revestimento de máscara de solda, impressão de nomenclatura e acabamentos de superfície. Essas etapas incluem muitos produtos químicos, como solventes agressivos e ácidos. As placas de circuito de impressão 3D eliminam a necessidade de muitas dessas etapas enquanto ainda produzem projetos complexos. [171] A tinta de polímero é usada para criar as camadas da construção, enquanto o polímero de prata é usado para criar os traços e orifícios usados ​​para permitir o fluxo de eletricidade. [172]A fabricação da placa de circuito atual pode ser um processo tedioso, dependendo do projeto. Os materiais especificados são reunidos e enviados para o processamento da camada interna, onde as imagens são impressas, reveladas e gravadas. Os núcleos de corrosão são normalmente puncionados para adicionar ferramentas de laminação. Os núcleos são então preparados para laminação. O empilhamento, o acúmulo de uma placa de circuito, é construído e enviado para laminação onde as camadas são unidas. As placas são então medidas e perfuradas. Muitas etapas podem ser diferentes desta fase, no entanto, para projetos simples, o material passa por um processo de galvanização para cobrir os orifícios e a superfície. A imagem externa é então impressa, revelada e gravada. Após a definição da imagem, o material deve ser revestido com máscara de solda para posterior soldagem. A nomenclatura é então adicionada para que os componentes possam ser identificados posteriormente. Em seguida, o acabamento da superfície é adicionado.As placas são roteadas fora da forma de painel em sua forma singular ou em conjunto e, em seguida, testadas eletricamente. Além da papelada que deve ser preenchida, o que prova que as placas atendem às especificações, as placas são então embaladas e enviadas. Os benefícios da impressão 3D seriam que o contorno final é definido desde o início, nenhuma imagem, punção ou laminação é necessária e as conexões elétricas são feitas com o polímero de prata que elimina a perfuração e metalização. A papelada final também seria muito reduzida devido à falta de materiais necessários para construir a placa de circuito. Projetos complexos, que podem levar semanas para serem concluídos pelo processamento normal, podem ser impressos em 3D, reduzindo muito o tempo de fabricação.Além da papelada que deve ser preenchida, o que prova que as placas atendem às especificações, as placas são então embaladas e enviadas. Os benefícios da impressão 3D seriam que o contorno final é definido desde o início, nenhuma imagem, punção ou laminação é necessária e as conexões elétricas são feitas com o polímero de prata, o que elimina a perfuração e o chapeamento. A papelada final também seria muito reduzida devido à falta de materiais necessários para construir a placa de circuito. Projetos complexos, que podem levar semanas para serem concluídos pelo processamento normal, podem ser impressos em 3D, reduzindo muito o tempo de fabricação.Além da papelada que deve ser preenchida, o que prova que as placas atendem às especificações, as placas são então embaladas e enviadas. Os benefícios da impressão 3D seriam que o contorno final é definido desde o início, nenhuma imagem, punção ou laminação é necessária e as conexões elétricas são feitas com o polímero de prata que elimina a perfuração e metalização. A papelada final também seria muito reduzida devido à falta de materiais necessários para construir a placa de circuito. Projetos complexos, que podem levar semanas para serem concluídos pelo processamento normal, podem ser impressos em 3D, reduzindo muito o tempo de fabricação.puncionamento ou laminação é necessária e as conexões elétricas são feitas com o polímero de prata que elimina a perfuração e metalização. A papelada final também seria muito reduzida devido à falta de materiais necessários para construir a placa de circuito. Projetos complexos, que podem levar semanas para serem concluídos pelo processamento normal, podem ser impressos em 3D, reduzindo muito o tempo de fabricação.puncionamento ou laminação é necessária e as conexões elétricas são feitas com o polímero de prata que elimina a perfuração e metalização. A papelada final também seria muito reduzida devido à falta de materiais necessários para construir a placa de circuito. Projetos complexos, que podem levar semanas para serem concluídos pelo processamento normal, podem ser impressos em 3D, reduzindo muito o tempo de fabricação.

Durante a pandemia de COVID-19, impressoras 3D foram usadas para complementar o suprimento restrito de EPI por meio de voluntários que usavam suas impressoras pessoais para produzir várias peças de equipamento de proteção individual (ou seja, armações)

A partir de 2021 e nos anos anteriores, a impressão 3D tornou-se tanto uma ferramenta industrial quanto um produto de consumo. Com o preço de certas impressoras 3D se tornando cada vez mais baratos e a qualidade aumentando constantemente, muitas pessoas se dedicaram ao hobby da impressão 3D. De acordo com as estimativas atuais, existem mais de 2 milhões de pessoas em todo o mundo que compraram uma impressora 3D para uso como hobby. [173]

Aspectos legais

Propriedade intelectual

Impressão 3D já existe há décadas dentro de certos indústrias onde muitos regimes legais, incluindo patentes , direitos de design industrial , direitos autorais e marcas comerciais podem ser aplicadas. No entanto, não há muita jurisprudência para dizer como essas leis serão aplicadas se as impressoras 3D se tornarem populares e indivíduos ou comunidades de amadores começarem a fabricar itens para uso pessoal, para distribuição sem fins lucrativos ou para venda.

Qualquer um dos regimes legais mencionados pode proibir a distribuição dos desenhos utilizados na impressão 3D, ou a distribuição ou venda do produto impresso. Para ter permissão para fazer essas coisas, onde uma propriedade intelectual ativa estava envolvida, uma pessoa teria que entrar em contato com o proprietário e pedir uma licença, que pode vir com condições e um preço. No entanto, muitas leis de patentes, design e direitos autorais contêm uma limitação ou exceção padrão para o uso 'privado' e 'não comercial' de invenções, designs ou obras de arte protegidas por propriedade intelectual (PI). Essa limitação ou exceção padrão pode deixar esses usos privados e não comerciais fora do escopo dos direitos de PI.

As patentes cobrem invenções incluindo processos, máquinas, manufatura e composições de matéria e têm uma duração finita que varia entre os países, mas geralmente 20 anos a partir da data do pedido. Portanto, se um tipo de roda for patenteado, imprimir, usar ou vender tal roda pode ser uma violação da patente. [174]

O copyright cobre uma expressão [175] em um meio fixo e tangível e freqüentemente dura a vida do autor mais 70 anos depois. [176] Se alguém faz uma estátua, ele pode ter uma marca de copyright na aparência dessa estátua, portanto, se alguém vê a estátua, não pode distribuir desenhos para imprimir uma estátua idêntica ou semelhante.

Quando um recurso tem méritos artísticos (com direitos autorais) e funcionais (patenteáveis), quando a questão aparece no tribunal dos Estados Unidos, os tribunais frequentemente consideram que o recurso não pode ser protegido por direitos autorais, a menos que possa ser separado dos aspectos funcionais do item. [176] Em outros países, a lei e os tribunais podem aplicar uma abordagem diferente permitindo, por exemplo, o projeto de um dispositivo útil a ser registrado (como um todo) como um desenho industrial no entendimento de que, em caso de cópia não autorizada, apenas as características não funcionais podem ser reivindicadas sob a lei de design, enquanto quaisquer características técnicas só poderiam ser reivindicadas se cobertas por uma patente válida.

Legislação e administração Gun

O Departamento de Segurança Interna dos Estados Unidos e o Joint Regional Intelligence Center divulgaram um memorando afirmando que "avanços significativos nas capacidades de impressão tridimensional (3D), disponibilidade de arquivos digitais 3D para impressão gratuitos para componentes de armas de fogo e dificuldade em regulamentar o compartilhamento de arquivos podem representar segurança pública riscos de caçadores de armas não qualificados que obtêm ou fabricam armas impressas em 3D "e que" a legislação proposta para proibir a impressão 3D de armas pode impedir, mas não pode impedir completamente, sua produção. Mesmo que a prática seja proibida pela nova legislação, a distribuição online dessas armas 3D os arquivos imprimíveis serão tão difíceis de controlar quanto qualquer outro arquivo de música, filme ou software comercializado ilegalmente. " [177]Atualmente, não é proibido por lei fabricar armas de fogo para uso pessoal nos Estados Unidos, desde que a arma não seja produzida com a intenção de ser vendida ou transferida e atenda a alguns requisitos básicos. É necessária uma licença para fabricar armas de fogo para venda ou distribuição. A lei proíbe uma pessoa de montar um rifle ou espingarda semiautomática não esportiva com 10 ou mais peças importadas, bem como armas de fogo que não podem ser detectadas por detectores de metal ou máquinas de raio-x. Além disso, a confecção de uma arma de fogo NFA exige o pagamento de impostos e a aprovação prévia do ATF. [178]

A tentativa de restringir a distribuição de planos de armas pela Internet foi comparada à futilidade de impedir a distribuição generalizada de DeCSS , que permitiu a extração de DVD . [179] [180] [181] [182] Depois que o governo dos EUA fez com que o Defense Distributed derrubasse os planos, eles ainda estavam amplamente disponíveis através do Pirate Bay e outros sites de compartilhamento de arquivos. [183] Downloads dos planos do Reino Unido, Alemanha, Espanha e Brasil foram pesados. [184] [185] Alguns legisladores dos EUA propuseram regulamentações sobre impressoras 3D para evitar que fossem usadas para imprimir armas. [186] [187]Os defensores da impressão 3D sugeriram que tais regulamentações seriam fúteis, poderiam prejudicar a indústria de impressão 3D e infringir os direitos de liberdade de expressão, com o pioneiro da impressão 3D, Professor Hod Lipson, sugerindo que a pólvora poderia ser controlada em seu lugar. [188] [189] [190] [191] [192] [193]

Internacionalmente, onde os controles de armas são geralmente mais rígidos do que nos Estados Unidos, alguns comentaristas disseram que o impacto pode ser sentido mais fortemente, uma vez que armas de fogo alternativas não são facilmente obtidas. [194] Funcionários do Reino Unido observaram que produzir uma arma impressa em 3D seria ilegal de acordo com suas leis de controle de armas. [195] A Europol afirmou que os criminosos têm acesso a outras fontes de armas, mas observou que, à medida que a tecnologia melhora, os riscos de um efeito aumentam. [196] [197]

Regulamentação aeroespacial

Nos Estados Unidos, a FAA antecipou o desejo de usar técnicas de fabricação de aditivos e está considerando a melhor forma de regulamentar esse processo. [198] A FAA tem jurisdição sobre tal fabricação porque todas as peças da aeronave devem ser feitas sob a aprovação de produção da FAA ou sob outras categorias regulatórias da FAA. [199] Em dezembro de 2016, a FAA aprovou a produção de um bico de combustível impresso em 3D para o motor GE LEAP. [200] O advogado da aviação Jason Dickstein sugeriu que a manufatura aditiva é meramente um método de produção e deve ser regulamentada como qualquer outro método de produção. [201] [202]Ele sugeriu que o foco da FAA deve ser na orientação para explicar a conformidade, ao invés de mudar as regras existentes, e que as regulamentações e orientações existentes permitem que uma empresa "desenvolva um sistema de qualidade robusto que reflita adequadamente as necessidades regulamentares de garantia de qualidade". [201]

Saúde e segurança

Um vídeo sobre a pesquisa feita sobre as emissões da impressora

A pesquisa sobre as questões de saúde e segurança da impressão 3D é nova e está em desenvolvimento devido à recente proliferação de dispositivos de impressão 3D. Em 2017, a Agência Europeia para a Segurança e Saúde no Trabalho publicou um documento de discussão sobre os processos e materiais envolvidos na impressão 3D, as implicações potenciais desta tecnologia para a segurança e saúde ocupacional e as vias para controlar os perigos potenciais. [203]

Impacto

A manufatura aditiva, começando com o período atual da infância, exige que as empresas de manufatura sejam usuários flexíveis e cada vez mais aprimorados de todas as tecnologias disponíveis para se manterem competitivas. Os defensores da manufatura aditiva também preveem que este arco de desenvolvimento tecnológico irá se opor à globalização , já que os usuários finais farão grande parte de sua própria manufatura, em vez de se envolverem no comércio para comprar produtos de outras pessoas e corporações. [12] A integração real das tecnologias aditivas mais novas na produção comercial, no entanto, é mais uma questão de complementar os métodos subtrativos tradicionais, em vez de substituí-los inteiramente. [204]

O futurologista Jeremy Rifkin [205] afirmou que a impressão 3D sinaliza o início de uma terceira revolução industrial , [206] sucedendo a montagem da linha de produção que dominou a manufatura a partir do final do século XIX.

A mudança social

Placa de rua em Windhoek , Namíbia , publicidade de impressão 3D, julho de 2018

Desde a década de 1950, vários escritores e comentaristas sociais têm especulado com alguma profundidade sobre as mudanças sociais e culturais que podem resultar do advento da tecnologia de manufatura aditiva comercialmente acessível. [207] Nos últimos anos, a impressão 3D está criando um impacto significativo no setor humanitário e de desenvolvimento. Seu potencial para facilitar a fabricação distribuída está resultando em benefícios da cadeia de suprimentos e logística, reduzindo a necessidade de transporte, armazenamento e desperdício. Além disso, o desenvolvimento social e econômico está sendo promovido por meio da criação de economias de produção locais. [107]

Outros sugeriram que, à medida que mais e mais impressoras 3D começam a entrar nas casas das pessoas, a relação convencional entre a casa e o local de trabalho pode piorar ainda mais. [208] Da mesma forma, também foi sugerido que, à medida que se torna mais fácil para as empresas transmitir projetos para novos objetos ao redor do globo, a necessidade de serviços de frete de alta velocidade também pode diminuir. [209] Finalmente, dada a facilidade com que certos objetos podem agora ser replicado, ele continua a ser visto se as mudanças serão feitas com a legislação vigente de direitos autorais, de modo a proteger os direitos de propriedade intelectual com a nova tecnologia amplamente disponível.

À medida que as impressoras 3D se tornaram mais acessíveis aos consumidores, as plataformas sociais online foram desenvolvidas para apoiar a comunidade. [210] Isso inclui sites que permitem aos usuários acessar informações como, por exemplo, como construir uma impressora 3D, bem como fóruns sociais que discutem como melhorar a qualidade de impressão 3D e discutem notícias sobre impressão 3D, bem como sites de mídia social que são dedicados a compartilhar modelos 3D. [211] [212] [213] RepRap é um site baseado em wiki que foi criado para conter todas as informações sobre impressão 3D e se desenvolveu em uma comunidade que visa levar a impressão 3D para todos. Além disso, existem outros sites como Pinshape , Thingiverse e MyMiniFactory, que foram criados inicialmente para permitir aos usuários postar arquivos 3D para qualquer pessoa imprimir, permitindo a redução do custo de transação de compartilhamento de arquivos 3D. Esses sites têm permitido uma maior interação social entre os usuários, criando comunidades dedicadas à impressão 3D.

Alguns chamam a atenção para a combinação de produção em pares baseada em Commons com impressão 3D e outras técnicas de fabricação de baixo custo. [214] [215] [216] A fantasia auto-reforçada de um sistema de crescimento eterno pode ser superada com o desenvolvimento de economias de escopo, e aqui a sociedade pode desempenhar um papel importante contribuindo para a elevação de toda a estrutura produtiva para um patamar mais alto de produtividade mais sustentável e customizada. [214] Além disso, é verdade que muitas questões, problemas e ameaças surgem devido à democratização dos meios de produção e, especialmente, sobre as físicas. [214]Por exemplo, a reciclabilidade de nanomateriais avançados ainda é questionada; a fabricação de armas poderia se tornar mais fácil; para não mencionar as implicações para a falsificação [217] e sobre a propriedade intelectual. [218] Pode-se sustentar que, em contraste com o paradigma industrial, cuja dinâmica competitiva era sobre economias de escala, a impressão 3D de produção em pares baseada em Commons poderia desenvolver economias de escopo. Enquanto as vantagens da escala residem no transporte global barato, as economias de escopo compartilham os custos de infraestrutura (recursos produtivos intangíveis e tangíveis), aproveitando as capacidades das ferramentas de fabricação. [214] E seguindo Neil Gershenfeld [219] em que "algumas das partes menos desenvolvidas do mundo precisam de algumas das tecnologias mais avançadas", a produção em pares baseada em Commons e a impressão 3D podem oferecer as ferramentas necessárias para pensar globalmente, mas agir localmente em resposta a certas necessidades.

Larry Summersescreveu sobre as "consequências devastadoras" da impressão 3D e outras tecnologias (robôs, inteligência artificial, etc.) para aqueles que realizam tarefas rotineiras. Em sua opinião, "já há mais homens americanos no seguro de invalidez do que na produção industrial. E as tendências estão todas na direção errada, especialmente para os menos qualificados, como a capacidade do capital incorporar a inteligência artificial para substituir o colarinho branco assim como o trabalho de colarinho azul aumentará rapidamente nos próximos anos. " Summers recomenda esforços cooperativos mais vigorosos para lidar com a "miríade de dispositivos" (por exemplo, paraísos fiscais, sigilo bancário, lavagem de dinheiro e arbitragem regulatória), permitindo que os detentores de grande riqueza "paguem" impostos de renda e propriedade,e tornar mais difícil acumular grandes fortunas sem exigir "grandes contribuições sociais" em troca, incluindo: aplicação mais vigorosa de leis antimonopólio, reduções na proteção "excessiva" para propriedade intelectual, maior incentivo de esquemas de participação nos lucros que podem beneficiar os trabalhadores e dar-lhes uma participação na acumulação de riqueza, fortalecimento dos acordos coletivos de trabalho, melhorias na governança corporativa, fortalecimento da regulamentação financeira para eliminar subsídios à atividade financeira, flexibilização das restrições de uso da terra que podem fazer com que os bens imóveis dos ricos sejam mantidos aumento de valor, melhor treinamento para jovens e reciclagem para trabalhadores deslocados, e aumento do investimento público e privado no desenvolvimento de infraestrutura - por exemplo, na produção de energia e transporte.[220]

Michael Spence escreveu que "Agora vem uma ... poderosa onda de tecnologia digital que está substituindo a mão de obra em tarefas cada vez mais complexas. Este processo de substituição e desintermediação de mão de obrajá está em andamento há algum tempo nos setores de serviços - pense em caixas eletrônicos, banco online, planejamento de recursos empresariais, gerenciamento de relacionamento com o cliente, sistemas de pagamento móvel e muito mais. Essa revolução está se espalhando para a produção de mercadorias, onde os robôs e a impressão 3D estão substituindo mão de obra. "Em sua opinião, a grande maioria do custo das tecnologias digitais vem no início, no design de hardware (por exemplo, impressoras 3D) e, mais importante, na criação do software que permite às máquinas realizar várias tarefas. "Uma vez alcançado isso, o custo marginal do hardware é relativamente baixo (e diminui à medida que a escala aumenta), e o custo marginal de replicação do software é essencialmente zero . Com um enorme mercado global potencial para amortizar os custos fixos iniciais de design e teste,os incentivos para investir [em tecnologias digitais] são atraentes ”.[221]

Spence acredita que, ao contrário das tecnologias digitais anteriores, que levaram as empresas a implantar grupos subutilizados de mão de obra valiosa em todo o mundo, a força motivadora na onda atual de tecnologias digitais "é a redução de custos por meio da substituição da mão de obra". Por exemplo, à medida que o custo da tecnologia de impressão 3D diminui, é "fácil imaginar" que a produção pode se tornar "extremamente" local e customizada. Além disso, a produção pode ocorrer em resposta à demanda real, não à demanda antecipada ou prevista. Spence acredita que a mão-de-obra, por mais barata que seja, se tornará um ativo menos importante para o crescimento e a expansão do emprego, com a fabricação intensiva em mão-de-obra orientada para o processo se tornando menos eficaz, e que a realocação aparecerá tanto nos países desenvolvidos quanto nos países em desenvolvimento. Para ele, a produção não vai desaparecer,mas será menos intensivo em mão-de-obra e todos os países acabarão por precisar reconstruir seus modelos de crescimento em torno das tecnologias digitais e do capital humano que apóia sua implantação e expansão. Spence escreve que "o mundo em que estamos entrando é aquele em que os fluxos globais mais poderosos serão ideias e capital digital, não bens, serviços e capital tradicional. A adaptação a isso exigirá mudanças nas mentalidades, políticas, investimentos (especialmente em humanos capital) e, muito possivelmente, modelos de emprego e distribuição. "o mundo em que estamos entrando é aquele em que os fluxos globais mais poderosos serão ideias e capital digital, não bens, serviços e capital tradicional. A adaptação a isso exigirá mudanças nas mentalidades, políticas, investimentos (especialmente em capital humano) e, muito possivelmente, nos modelos de emprego e distribuição. "o mundo em que estamos entrando é aquele em que os fluxos globais mais poderosos serão ideias e capital digital, não bens, serviços e capital tradicional. A adaptação a isso exigirá mudanças nas mentalidades, políticas, investimentos (especialmente em capital humano) e, muito possivelmente, nos modelos de emprego e distribuição. "[221]

Naomi Wu considera o uso da impressão 3D na sala de aula chinesa (onde a memorização mecânica é padrão) para ensinar princípios de design e criatividade como o desenvolvimento recente mais empolgante da tecnologia e, de modo mais geral, considera a impressão 3D como a próxima revolução da editoração eletrônica . [222]

A mudança ambiental

O crescimento da manufatura aditiva pode ter um grande impacto no meio ambiente. Ao contrário da manufatura tradicional, por exemplo, na qual as peças são cortadas de blocos maiores de material, a manufatura aditiva cria produtos camada por camada e imprime apenas as partes relevantes, desperdiçando muito menos material e, portanto, desperdiçando menos energia na produção das matérias-primas necessárias . [223] Fazendo apenas as necessidades estruturais básicas dos produtos, a manufatura aditiva também poderia dar uma contribuição profunda para a redução do peso , reduzindo o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa de veículos e outras formas de transporte. [224]Um estudo de caso em um componente de avião feito com manufatura aditiva, por exemplo, descobriu que o uso do componente economiza 63% da energia relevante e das emissões de dióxido de carbono ao longo da vida útil do produto. [225] Além disso, a avaliação do ciclo de vida anterior da manufatura aditiva estimou que a adoção da tecnologia poderia reduzir ainda mais as emissões de dióxido de carbono, uma vez que a impressão 3D cria uma produção localizada e os produtos não precisariam ser transportados por longas distâncias para chegar ao seu destino final. [226]

Continuar a adotar a manufatura aditiva apresenta algumas desvantagens ambientais, no entanto. Apesar da manufatura aditiva reduzir o desperdício do processo de manufatura subtrativa em até 90%, o processo de manufatura aditiva cria outras formas de lixo, como pó de material não reciclável (metal). A manufatura aditiva ainda não atingiu seu potencial teórico de eficiência de material de 97%, mas pode se aproximar à medida que a tecnologia continua a aumentar a produtividade. [227]

Algumas impressoras FDM grandes que derretem grânulos de polietileno de alta densidade (HDPE) também podem aceitar material reciclado suficientemente limpo, como garrafas de leite lascadas. Além disso, essas impressoras podem usar material fragmentado proveniente de construções defeituosas ou versões de protótipo malsucedidas, reduzindo assim o desperdício geral do projeto e manuseio e armazenamento de materiais. O conceito foi explorado no RecycleBot .

Veja também

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