domingo, 28 de agosto de 2011

Impressão 3D (i3D) ou Impressão Multi-Dimensional

É sabido que as impressoras 3D não foram criada para arquitetos. Na verdade a maioria dos fabricantes de impressoras 3D provavelmente nem sequer vêem a possibilidade para usar suas máquinas na Arquitetura. Em vez disso, esses equipamentos foram criados para a indústria aeroespacial, engenharia automotiva, designers e outras indústrias que exigem a produção de protótipos físicos para testar ou demonstrar alguns ou todos os seus elementos.  
 
Avanço rápido na tecnologia fez com que nos últimos 20 anos muitas empresas integrassem aplicações 3D CAD usadas em o escritório no processo de design. A arquitetura pode ser muito beneficiada com essa tecnologia de impressão 3D. No entanto, existem fatores que ainda limitam a sua total integração a esta áreadevido às técnicas pré-existentes de design para a visualização e o fato de que muitas aplicações permite a modelagem de superfície ou desenho de linha, em vez de apenas modelagem de sólidos com volume. Mas muita coisa boa pode ser aproveitada.

A impressão 3D (I3D) é uma forma de Manufatura Aditiva (MA). A Manufatura Aditiva (em oposição aos processos maquinais subtrativos), é a produção de objectos físicos juntando materiais líquidos, em pó ou em folha. Há vários tipos de Manufatura Aditiva, também designada por Manufactura de Sólidos de forma livre ou Prototipagem Rápida.


A impressão 3D é uma das possibilidade de MA, usa cabeças de impressão ou cabeças de impressão de jato de tinta, que em vez de tinta dispensam o material ou o agente de agregação em camadas, claro que há exceções como por exemplo a impressora 3D a luz solar e que usa areia como meio.
As camadas sucessivas (layers) juntas formam um objecto sólido, normalmente construído de baixo para cima. A I3D é normalmente um processo mais rápido e barato que as demais técnicas de MA. Por essa razão a I3D é normalmente a solução mais apropriada para reprodução de peças de arquitetura, engenharia e aplicações de construção - AEC.
Os primeiros protótipos de impressoras 3D começaram a aparecer nos anos 80, com Charles Hull nos EUA, fundador da 3D Systems e da estereolitografia[en] aplicada à prototipagem, sendo ainda detentor de 60 patentes nesta área e, Akamine que no Japão lançou o que designou por Solid Laser Plotter.
A série SLP baseia-se em fotolitografia a laser. Tem semelhanças com o sistema Mitsui Zosen COLAMM onde o modelo era construído invertido, ligado a uma plataforma que se levanta a cada camada sucessiva que se junta pela parte de baixo. Uma camada de resina líquida é depositada numa placa especialmente preparada e transparente ao laser. A plataforma e a estrutura já construída é baixada até à resina, deixando entre a peça e a placa uma película líquida com a espessura correta para a camada seguinte. Uma nova camada é "escrita" por debaixo da placa usando uma fotoexposição convencional, movendo o feixe usando uma traçadora XY. Depois de ter sido escrita a nova camada, a nova estrutura é elevada, separando a camada da placa e o processo é repetido até que todas as camadas estejam colocadas. A montagem final é retirada da placa de suporte.
Nestes quase 30 anos foram sendo desenvolvidos equipamentos primeiro de caráter industrial, depois de caráter profissional e finalmente produtos de caráter pessoal, embora ainda para pessoas com muita curiosidade e gosto por "sujar as mãos". De equipamentos que custavam algo entorno do milhão de dólares a algo que custa cerca de 1000/3000 €. Algumas destas impressoras são vendidas em kit e algumas delas são open source, podendo ser reproduzidas visto estar disponível quer os seus projetos quer o seu software como por exemplo as reprap e as makerbot. Há ainda serviços na web para os equipamentos de gama mais alta, como por exemplo a shapeways.


Muitos métodos de construção

O conceito de impressão tridimensional é um só, visando sempre à produção de um objeto detalhado com volume e profundidade, entretanto, até mesmo para uma única aplicação existem diversas tecnologias diferentes.
A primeira — e uma das mais tradicionais — consiste na sobreposição de diversas lâminas de polímeros, as quais são coladas por meio do conteúdo de um cartucho especial de cola e cortadas em locais específicos, camada por camada, conferindo a forma final. A cor do material também pode ser escolhida (dentre cerca de cinco opções, incluindo algumas translúcidas), mas deve ser aplicada em toda a peça.
Ao término do processo, o usuário precisa apenas destacar as partes remanescentes do bloco principal. Confira um vídeo da tecnologia sendo aplicada abaixo:
O segundo método consiste na aplicação de jatos do material em pó por meio de um cartucho de impressão, que são unidos de forma seletiva por outro cartucho com conteúdo adesivo. Esta é a tecnologia de impressão tridimensional mais rápida existente atualmente, além de ser também a única que permite a aplicação de finalização colorida nos objetos (simulando a pintura).
Uma variação da aplicação de cartuchos utiliza fotopolímeros em estado líquido, que são injetados e tratados em camadas por meio de uma lâmpada UV (ultravioleta). Aqui entra a combinação entre as cores preta e branca para a criação de tons de cinza, muito populares entre eletro-eletrônicos.
Outra mais recente trabalha com materiais sólidos (chamados de ABS), que são aquecidos em uma câmara e derretidos até o ponto de injeção, sendo aplicado então um método similar ao descrito acima. Por tratar com um calor realmente elevado, o objeto construído é imediatamente depositado em uma câmara com água para ser resfriado e finalizado.
Por fim — e voltada especialmente à produção de objetos realmente pequenos — temos a micro-fabricação tridimensional em gel, que utiliza lasers focados em diferentes pontos e distâncias para tratar o material até um ponto em que ele se torne sólido. Todo o restante que não foi focado é simplesmente lavado ao fim do procedimento, se desprendendo da peça. Componentes com tamanhos inferiores a 100 nanômetros são facilmente produzidos. Outro exemplo, novamente, são as peças interligadas com partes móveis.
Fica claro que cada uma delas possui suas próprias vantagens e problemas, cabendo a quem compra o equipamento definir as prioridades e necessidades, dentre questões como: custo dos materiais de impressão, maleabilidade, velocidade de impressão, capacidades (para um usuário ou vários compartilhados), qualidade e resolução (para impressão detalhada) e necessidade de cores.

Quem oferece os equipamentos
Acredite, são inúmeras companhias ao redor do globo, cada uma utilizando seus próprios métodos para a fabricação tanto da tecnologia quanto da impressora. Abaixo listaremos algumas das opções, seguidas dos respectivos modelos e — quando possível — o processo de aplicação dos polímeros.
Objet
A empresa é uma das mais versáteis do mercado, ofertando produtos para praticamente todas as necessidades com três linhas distintas. São elas: Alaris, Eden e Connex. A primeira é a mais compacta de todas (o primeiro modelo que clama ser Desktop), possuindo compatibilidade com processos de fabricação por gel (descrito acima) por meio da tecnologia PolyJet Matrix.
A linha Eden, por sua vez, conta com inúmeros produtos, voltados especificamente para a produção rápida de itens e equipamentos de precisão, bem como prototipagem rápida. Finalizando a linha deste fabricante, temos a série de ponta, Connex.
Linha de produtos Objet
Ela é uma das únicas do mercado a utilizar tecnologia para múltiplos materiais simultaneamente, o que permite objetos de rigidez variável, além de injeção dupla para alta durabilidade. Quer uma escova de dentes ou de cabelo, um molde macio, uma roda já com pneu acoplado ou até mesmo um controle remoto? Sem problemas!
Rodas? Sem problemas
Unique
Apesar do espectro multicolorido que fica por trás das imagens dos produtos, a empresa é séria quando o assunto é impressão tridimensional, colocando praticamente um computador inteiro dentro de cada item para que os projetos possam ser salvos e gerenciados em apenas alguns instantes.
Linha total
Sua linha de produtos tem tamanho variável para acomodar as diferentes necessidades de seus consumidores, e pode também imprimir todo tipo de aparato. O diferencial principal é a secagem rápida do material uma vez fora da câmara de impressão.
Dimension
A companhia carrega em seu slogan a mensagem de que é a número um, tendo como foco principal soluções empresariais e comerciais de médio a grande porte. São quatro modelos básicos, sendo oferecido ao usuário um sistema de questionário para que ele verifique qual é a melhor solução. A saída delas é de alta precisão, portanto voltada a engenheiros e projetos de peças (até mesmo porque o custo é proibitivo, girando em torno de quinze mil a trinta mil dólares).
Desktop Factory
É atualmente uma das companhias com oferta mais barata do mercado: seu modelo de impressora custa cinco mil dólares. Para a construção dos objetos é aplicada tecnologia de camadas, tendo como resultado final objetos fortes e duradouros  que podem ser aquecidos, pintados ou lixados, mas que não necessitam de reforço posterior.
Impressora? Uma das mais baratas
Fabjectory
Diferentemente de todas as concorrentes listadas até agora, a Fabjectory não é uma companhia especializada na produção de impressoras tridimensionais, mas sim um serviço que visa transformar objetos virtuais (a exemplo dos Miis, do Nintendo Wii, ou dos personagens de Second Life) em bonecos e brinquedos.


Termos comuns
 
STL arquivo -. Stl, Idioma Triangulação Standard. Todas as máquinas de prototipagem pode receber arquivos STL para imprimir. Quando você exportar ou salvar um arquivo como STL, todas as superfícies e as curvas de seu projeto são substituídos e convertido em uma malha. A malha contém uma série de triângulos que representam a geometria exata de seu projeto em seu estado original. Por que isso é importante? A importância de saber que isso ocorre é que a resolução do arquivo STL vai desempenhar um papel muito importante na qualidade final do modelo a ser construído. As faces dos triângulos podem aparecer onde deveria ser uma linha suave. Se isso ocorrer será necessário exportar uma resolução maior do arquivo STL e fazer os triângulos muito pequenos e quase imperceptíveis ou numa resolução superior ao da máquina.  
 
Estanques - arquivos STL devem ser estanques, a fim de ser produzido em um dispositivo de impressão 3D. Estanque pode ser melhor explicada como um sólido com volume que não tem buracos. Surpreendentemente, mesmo que você tenha criado sólidos em seu projeto, ainda hajar buracos no modelo que passou despercebido.
 
STL erros - Depois de exportar seu arquivo de projeto para o formato de arquivo STL, muitas vezes "erros" são identificados. Os erros não estão na exportação, mas são, na verdade nos objetos do arquivo. Assim como um software compilador verifica os erros de codificação de um programa antes do processamento, uma impressora 3D ou um visualizador de STL pode verificar o arquivo STL antes de começar a imprimir. Isso ocorre para evitar que o processo seja interrompido durane a fabricação do modelo
 
Seções transversais - Depois que o arquivo STL é criado a Impressora 3D 'dividi' o arquivo em uma série de seções transversais. Similar a como um cortador de laser cria as seções transversais. As seções transversais serão exatamente a espessura da camada das capacidades máquinas, hoje milimétricas. Todos os trabalhos realizados por Impressoras 3D produzem uma série de seções transversais, um em cima da outra, camada sobre camada, até que o modelo está completo.
 
Espessura da camada - cada tecnologia de impressão 3D tem especificações físicas e, portanto, limitações. Uma das especificações mais importante é a espessura em que a máquina cria as camadas (também conhecido como cross-section). Se você tem um detalhe tão fino quanto 0,001" de resolução, mas está usando uma máquina que produz usando 0,01", você pode dizer adeus a esse detalhe, pois a máquina irá ignorá-lo completamente. Trabalhar dentro dos parâmetros das especificações da máquina é algo crítico para obter a saída apropriada de seu projeto em 3D.
 
Material de modelo - Cada tecnologia de impressão 3D utiliza materiais diferentes para produzir a seção transversal de informação. Os materiais variam de plástico, resina líquida a pó de cera. 

Material de apoio - Cada tecnologia de impressão 3D usam materiais de apoio para apoiar as áreas durante a construção da seção transversal do modelo que precisam de apoio. Em suma, qualquer geometria que não tem material do modelo abaixo dela vai gerar material de apoio. Toda a tecnologia de impressão 3D usa material de apoio. O mais próximo é ZCorp que usa o material padrão como material de apoio. Existem custos associados com o uso do material de apoio semelhante ao material do modelo. 
 
Aplicações
 
Revit - O download do Exportador STL torna fácil para a exportação do seu modelo Revit para STL. Revit é um modelador de sólidos mas que não gera sólidos do tipo estanque o que normalmente produzirá erros. Devido aos erros conhecidos sugere-se que seja criado dois modelos sendo um para a construção e outro para impressão 3D já fechados.
Rhino - Muitas vezes as superfícies ou linhas são criados para criar o efeito de visualização desejado, sem ter que usar sólidos. Isso acelera o processo de design para a visualização, mas é definitivamente perdendo o ponto quando se trata de arquivos de STL. A experiência mostra que esse tipo de aplicativo ainda não está preparado para i3D.
3DS Max - Excelente na criação de arquivos STL. O problema é que a maioria dos arquivos projetados em Max foram utilizados para visualização. Transformar um arquivo de visualização em um arquivo de protótipo não é simples. Embora possível de se fazer, a estratégia ideal é projetar com prototipagem em mente.
Sketch Up -Não há exportação direta para STL.  No entanto, não é algo que possa ser descartado, recomenda-se exportar para dwg ou 3ds e importar para o 3DS Max e exportar o arquivo STL a partir daí.
Magics - uma aplicação poderosa STL recentemente lançado versão 13.0 que pode corrigir e manipular arquivos STL exatamente como desejado.O modelo usando Magics é bastante eficiente. Muitas tarefas que precisam ser corrigidos no aplicativo nativo pode ser feito em Magics muito mais rápido. Projetado principalmente para Engenheiros usando as máquinas Estereolitografia (SLA), eles começaram a integrar idéias bacana para ajudar a corrigir arquivos de arquitetura como "shrinkwrapping '. O Magics pode corrigir buracos e bordas ruins,  realizar operação Booleana de união de dois sólidos, inverter as normais dos triângulos, criar sólidos em estruturas de casca e muitos outros recursos. O aplicativo é excelente, mas requer muito tempo de aprendizado para se tornar eficiente.

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