Impressoras tridimensionais possibilitam fabricação de objetos criado no mundo virtual

Pesquisas na área prometem reduzir os custos da tecnologia criada há 20 anos e popularizá-la

O objeto é feito com diferentes cargas minerais, permitindo que a bolinha do apito fique solta e funcional

Arthur do Carmo

Bico que expele o material ABS, ou resina, e a lâmpada para solidificar o líquido fotopolimerizável

Arthur do Carmo

Protótipo impresso e na tela do computador

Imagine a situação: você sai de manhã para o trabalho e na hora de estacionar, faz um tremendo estrago no pára-choque. Não adianta, vai ter de trocar. Mas em vez de ir à concessionária, você imprime em casa um pára-choque novinho em folha. Só encaixar e pronto. É o que possibilita as impressoras tridimensionais. Os pesquisadores da área afirmam que nossa relação com as impressoras de sólidos será como a que temos com as impressoras em papel de agora: funcional e cotidiana.
Sua função atual é baratear os custos com a produção de protótipos - produtos que ainda não foram comercializados, mas estão em fase de testes ou de planejamento. O design de um carro, de uma bicicleta ou de um celular não precisará mais de moldes para sair do virtual e vir ao real. O industrial e sua equipe podem ter o produto nas mãos por meio da impressão em 3D e aprovar com confiança a fabricação dos moldes. Isso porque o preço de um molde está muito acima do da impressão em três dimensões.
As tecnologias usadas para se chegar à prototipagem são as mais diversas. Como essa área é muito restrita pelas patentes, cada corporação de impressoras desenvolve a sua própria tecnologia de imprimir objetos, mas muitos processos são mantidos em sigilo. A equipe de reportagem do Comunicação foi recebida pelos pesquisadores e estudantes que integram o Núcleo de Prototipagem e Ferramental - NUFER do CITEC - Centro de Inovação Tecnológica da UTFPR. Confira a seguir o que descobrimos a respeito de seus processos de produção as funções atuais dessas máquinas que prometem revolucionar o mundo com a auto-replicação.

Do projeto ao objeto

O equipamento, chamado de impressora de sólidos ou de prototipagem, é capaz de “fabricar” peças completas sem a necessidade de moldes. Basta desenhar o objeto num software específico similar ao Auto Cad, depois é só mandar “imprimir”. A “impressora” irá produzir a peça em alguns minutos ou horas dependendo do tamanho e complexidade da peça.
Computer-Aided Design pode ser traduzido por algo como desenho auxiliado por computador. Essa sigla é um formato de arquivo (.cad) utilizado por engenheiros, arquitetos, designers e outros profissionais que precisam projetar virtualmente uma peça, um produto, um objeto. Para isso são utilizados diversos softweres como o Solid Work, Objet Studio, Insight e outros que codificam o projeto para as máquinas através do Computer Aid Machine (CAM). Atualmente esses softwares são desenvolvidos principalmente pelas corporações que vendem as máquinas, nesse caso, as impressoras de prototipagem rápida.
Feito o desenho do projeto com a extensão .CAD, o arquivo segue para o .CAM, que literalmente fatia em camadas o desenho do arquivo em três dimensões do primeiro. Os princípios de impressão dos sólidos sempre partem da sobreposição de camadas de resina, ou ABS, variando a técnica, os materiais e os processos de usinagem.
A Impressora FDM – Funding Deposition Material foi adquirida pelos professores da UTFPR há mais de uma década e foi referência pioneira dessa tecnologia no Brasil. Sua técnica para a produção dos objetos sólidos é a Deposição de Material Fundido. A sobreposição das camadas nesse caso é feita por filamentos de resina derretidos nos bicos dos cabeçotes. Os filamentos traçam um caminho a cada camada do objeto, provocando o que os pesquisadores chamam de “efeito escada”: o aparecimento indesejável das camadas nas superfícies planas do objeto.
Se você ainda não conseguiu visualizar o empilhamento de camadas, imagine um empilhamento de madeira que pelo corte e colagem forma uma banqueta. Cada camada é de um tamanho tal que juntas e sobrepostas formam essa banqueta. Pois com as impressoras a diferença é que os objetos precisam de um suporte para fazer a inclinação da forma de copo, por exemplo. O suporte é traçado pela própria impressora na produção de cada camada, com 0,25 mm de espessura. Em seguida, ele é retirado, restando a peça única, sem emendas.

O preço da modernidade

Conhece as impressoras em papel por jato de tinta? O processo aqui é semelhante: cartuchos lançam um material líquido que ao ser exposto à luz transforma-se em resina. Na impressora mais moderna, cada grama do líquido usado no objeto custa a bagatela de US$ 1 . Para você decidir se é muito ou pouco, a grama do ouro custa hoje US$35. Para a indústria, é altamente vantajoso fazer um protótipo por esse valor antes da produção do molde das peças que chegarão aos consumidores.
O professor de Engenharia Mecânica da UTFPR José Aguiomar Foggiatto explica que se, por exemplo, uma empresa de design de veículos faz um molde de pára-choques com medidas erradas, além de perder os R$40 mil do molde, eles ainda terão o prejuízo com as peças produzidas. Com esse valor era possível comprar uma impressora 3D.
Camada por camada os cartuchos trabalham em alta velocidade erguendo um sólido em alta definição. A sobreposição de diversas lâminas de polímeros tem cargas minerais da resina diferenciadas para o suporte e para o objeto em si, o que impede eles de fundirem-se. O suporte é retirado ao mergulhar a peça única no ácido sulfúrico por alguns minutos.

A ficção possível

Sabe aquele desenho que seu filho adora, e que tem um personagem com o qual ele se identifica? Com a popularização da impressora, você poderá imprimir um avatar do personagem que provoca a imaginação do seu filho, por exemplo. A tecnologia criada há 20 anos por Scott Crumb, presidente da empresa Stratasys, localizada em São Francisco nos Estados Unidos, se encaminha agora para o mercado pessoal.
A Hewlett Packard anunciou que quer popularizar as impressoras tridimensionais, tornando-as tão comuns quanto as impressoras a laser ou jato de tinta. A HP não é a primeira empresa a tentar este tipo de empreitada: a Makerbot lançou uma impressora 3D em abril de 2009, que custa somente 750 dólares. Mas a montagem não é nada simples.
Além da relação com a indústria do entretenimento, essas impressoras terão importante papel no desenvolvimento de produtos para pessoas com necessidades especiais. Roupas e calçados poderão ser adaptados sob medida para cada necessidade, por exemplo.

A reprodução das máquinas

As impressoras de sólidos tornam possíveis a autoreplicação de máquinas. Cerca de 50% das peças das impressoras já podem ser produzidas por elas mesmas. É essa tecnologia que irá permitir que as máquinas se façam a si mesmas, permitindo ao humano separação total dos processos de produção e o colocando diretamente nos processos de controle de produção. Um pouco inimaginável como isso se daria, mas é algo que se aproxima mais da realidade do que das ficções científicas.
As pesquisas nessa área têm forte impacto ao redor do mundo. Mesmo que esses processos estejam engatinhando no Brasil, a posição pioneira da UTFPR é louvável. Além de desenvolver técnicas de prototipagem para próteses médicas, os pesquisadores estudam uma impressora totalmente viável com recursos nacionais. Atualmente o material ABS para fabricação dos sólidos e as próprias impressoras (assim como os softwares) vêm do exterior. O mestrando David Kretschuk estuda materiais alternativos na produção dos sólidos por meio do projeto de uma impressora em três dimensões desenvolvida na própria UTFPR. Para ele, as patentes são um problema, por isso a necessidade de desenvolver uma tecnologia plenamente brasileira.