O que é a tecnologia de impressão 3D - Como funciona, aplicativos e obstáculos

Essas impressoras revolucionárias são cada vez mais visíveis em nossas vidas cotidianas:

Armas. Em 2013, o autodeclarado "cripto-anarquista" Cody Wilson projetou, criou e imprimiu uma arma de plástico por meio da tecnologia de impressão 3D. Cody disparou e distribuiu os arquivos CAD da arma pela Internet. Havia mais de 100.000 downloads antes do governo dos EUA fechar o site. Em maio de 2014, Yoshitomo Imura foi preso no Japão por posse de cinco armas impressas em 3D.
Cosméticos. No programa TechCrunch Disrupt, em Nova York, em maio de 2014, Grace Choi, graduada em MBA em Harvard, demonstrou o Mink, uma impressora 3D que custa menos de US $ 200 que combina tinta aprovada pela FDA com uma variedade de substratos para criar qualquer tipo de maquiagem, de pós, a nata, a batom. De acordo com Choi, “as grandes empresas de maquiagem pegam o pigmento e os substratos, misturam e depois aumentam o preço. Fazemos a mesma coisa e permitimos que você faça a maquiagem em sua própria casa. ”
Partes do corpo. De acordo com um relatório de 2013 da revista TIME, as impressoras 3D já estão escavando partes do corpo, como orelhas e narizes, nas células do corpo. Enquanto em estágio inicial, a tecnologia é promissora para cirurgia plástica e plástica.
Comida. O Massachusetts Institute of Technology desenvolveu uma impressora 3D para alimentos chamada “Cornucopia”, e o French Culinary Institute está usando o FabatHome, desenvolvido pela Cornell, para a preparação de alimentos. Talvez os replicadores de alimentos da era espacial retratados em “Star Trek” não estejam tão longe no futuro quanto poderíamos pensar.
Forense e Arqueologia. No programa de televisão "CSI: New York", a impressão 3D é usada para replicar uma bala dentro de um corpo para evitar cirurgia. Os arqueólogos podem replicar artefatos frágeis para estudo sem danificar os objetos inestimáveis originais. Por exemplo, os visitantes da Exposição King Tut da Discovery Time Square puderam ver uma réplica impressa em 3D quase idêntica da múmia pela empresa Materialize.

Michelangelo explicou uma vez que todo bloco de pedra tem uma estátua e é tarefa da escultura descobri-lo. Uma vez que o artista entenda a imagem tridimensional que ele procura, sua tarefa é remover cuidadosamente o material estranho para revelar a estrutura oculta. Se Michelangelo tivesse conseguido usar uma impressora 3D, seu processo criativo teria sido exatamente o oposto: começando do nada e criando gradualmente sua imagem mental, adicionando substância até que o formulário que ele procurava estivesse completo.

Como funciona a impressão 3D

O termo "impressão 3D" é um nome impróprio, pois há pouca semelhança com a impressão bidimensional, na qual a tinta é aplicada ao papel. No entanto, o processo é semelhante à impressão, pois o resultado é o acúmulo de diferentes camadas de materiais dispostas seqüencialmente em diferentes formas para criar um objeto tridimensional sólido. Uma descrição mais precisa seria “fabricação aditiva”, um método diferente de criação do que a fabricação tradicional, baseada na remoção de material sólido de uma massa não formada maior.

O processo começa com um projeto auxiliado por computador (CAD) ou um scanner 3D para converter um modelo em medições tridimensionais digitais. Usando o material selecionado (líquido, pó, papel ou material em folha), várias camadas finas são colocadas no lugar e fundidas por aquecimento, cura, centralização, laminação ou foto polimerização para criar um único objeto unificado.

A tecnologia de impressão 3D evoluiu nos últimos três séculos; um relatório de 2014 do Patent Insight Pro listou aproximadamente 2.635 patentes relacionadas à tecnologia de impressão 3D que foram emitidas desde o início da década de 1970. Embora cada patente possa ser específica em relação a suas reivindicações e justificativas para garantir a emissão de uma patente, elas geralmente podem ser categorizadas com base no seguinte:

Processo tecnológico identificado. Atualmente, existem 33 processos diferentes usados na impressão 3D, desde a modelagem por deposição por fusão (FDM) - um processo de aquecimento de materiais termoplásticos até estados semi-líquidos, extrudindo-o camada por camada ao longo de um caminho controlado por computador - até a estereolitografia, processo em que um laser ultravioleta endurece uma camada de fotopolímero líquido à medida que é elevado ou abaixado por uma plataforma imersa em um tanque de polímero líquido semelhante à aplicação de camada após camada de tinta até que as múltiplas camadas resultem na peça acabada.
Materiais especificados na patente. Até o momento, as patentes emitidas cobrem 45 materiais diferentes, incluindo cerâmica, argila, paládio, papel, borracha, prata, titânio e cera.
Uso ou Aplicação. Na última contagem, havia pelo menos 22 aplicações comerciais de impressão 3D, incluindo as indústrias de construção, defesa e alimentação.

Estado da indústria de impressão 3D

Muitos observadores da indústria afirmam que a falta de penetração nos mercados de massa até hoje se deve às extensas patentes de diferentes empresas e à probabilidade de ações de propriedade intelectual. Simplificando, as empresas não gastaram os recursos para explorar a tecnologia porque têm medo de serem processadas.

Essa barreira à concorrência manteve os novos entrantes fora do mercado e os preços altos; muito alto, de fato, para suportar aplicativos de consumo do mercado de massa. Como muitas das patentes que cobrem a tecnologia básica expiraram em 2013 e mais expiraram em 2014 e 2015, é provável que haja uma explosão de novos produtos e uma redução no preço dos equipamentos semelhante à queda de outros hardwares eletrônicos, como televisores, computadores e telefones celulares. Os preços mais baixos fornecerão acesso aos consumidores em uma base ampla pela primeira vez.

De acordo com Pete Basiliere, analista líder de impressão 3D do Gartner, um aplicativo atraente para o consumidor - algo que só pode ser criado em casa por uma impressora 3D - aparecerá em 2016 e terá um impacto semelhante nas impressoras 3D da planilha para PC ou PC. adição de uma câmera ao celular. Um relatório da Gridlogics Technologies projeta que a tecnologia se tornará um item de mercado de massa porque permitirá que os consumidores substituam ou criem objetos domésticos comuns que agora são produzidos com métodos de fabricação tradicionais e incluem os custos associados de marketing, logística e manutenção de estoque. Charles W. Hull, criador da primeira impressora 3D em meados dos anos 80 e co-fundador e diretor de tecnologia da 3D Systems, prevê que o setor será um negócio de US $ 4,5 bilhões até o final desta década.

Aplicações de impressão 3D

Os usos futuros da impressão 3D ainda estão sendo descobertos. A seguir, são apresentados alguns dos aplicativos atuais em andamento que provavelmente serão usados primeiro.

1. Médico
Segundo a CNN, as impressoras 3D já estão sendo usadas pelos pesquisadores para imprimir pequenas tiras de tecido orgânico (bioprinting), bem como apêndices faciais (orelhas e narizes). Órgãos impressos como rim ou fígado - o próximo estágio na evolução da tecnologia - poderiam ser usados inicialmente para testes de drogas e vacinas e, finalmente, produzir órgãos muito necessários para transplantes.

Basiliere declara: “As instalações de bioprinting 3D com a capacidade de imprimir órgãos e tecidos humanos avançarão muito mais rápido do que a compreensão geral e a aceitação das ramificações dessa tecnologia.” Em resposta, Mike Titsch, editor-chefe da 3D Printer World, afirma: “Muitas grandes descobertas médicas sofreram resistência moral, de transplantes de órgãos a células-tronco. Somente os ricos poderão pagar? Estamos brincando de Deus? No final, salvar vidas tende a superar todas as objeções. ”

2. Membros artificiais
Os estudantes da Universidade de Washington desenvolveram um braço protético para uma menina de 13 anos que havia perdido o membro em um acidente de barco. Embora não seja tão avançado quanto outras próteses, o custo de US $ 200 para materiais estava substancialmente abaixo do custo de US $ 6.000 de dispositivos similares, um fator que impede a aplicação generalizada em muitas empresas.

Kylie Wicker, de Rockland, Illinois, nascida sem dedos na mão esquerda, recebeu um conjunto operacional de dedos plásticos impressos em 3D por um custo de US $ 5 e projetados por uma turma de engenharia do ensino médio. Um professor canadense está trabalhando em um processo de impressão 3D para fazer com que membros protéticos sejam enviados ao Uganda para vítimas de suas persistentes guerras civis.

3. Moda
A moda utilizou a impressão 3D para criar vestidos e acessórios visualmente impressionantes apresentados nas passarelas da New York Fashion Week 2013, além de um vestido exclusivo de "fumaça" apresentado no Salão Internacional do Automóvel de Frankfurt de 2013. O vestido de fumaça cria automaticamente um véu de fumaça sempre que alguém pisa no espaço pessoal do usuário.

Lady Gaga usou o primeiro vestido voador do mundo, Volantis, outro vestido impresso em 3D, no ArtRave 2013. A Continuum oferece o primeiro biquíni pronto para vestir e totalmente impresso em 3D do mundo, o N12, nomeado para o material de que é feito: Nylon 12.

4. Protótipos e modelos de teste
A Oxfam International, uma confederação internacional de 17 organizações que trabalham para encontrar maneiras práticas e inovadoras para as pessoas saírem da pobreza, juntou-se à MyMiniFactory.com para desenvolver projetos inovadores para resolver os problemas de higiene da água nos países do Terceiro Mundo. Os projetos podem ser impressos, testados e modificados rapidamente antes de serem movidos para a produção em massa. Embora ainda esteja no início do processo, os patrocinadores acreditam que o teste rápido de novos dispositivos e as modificações subsequentes possíveis com a impressão em 3D serão bem-sucedidos em projetos humanitários, como dispositivos de saneamento para os atuais 2,4 milhões de refugiados sírios que vivem em condições insalubres e lotadas.

O inventor italiano Enrico Dini desenvolveu uma impressora 3D, conhecida como D-Shape, que une partículas de areia para criar pedras sedimentares. Diz-se que a impressora permite a construção de um edifício quatro vezes mais rápido que os meios convencionais por metade do custo. O Urbee, um automóvel híbrido projetado pela Kor Ecologic, é um veículo de dois lugares que chega a 200 milhas por galão, com um custo estimado em torno de US $ 20.000, e é totalmente fabricado por impressão 3D.

5. Uso Pessoal
As pessoas poderão imprimir jóias personalizadas, utensílios domésticos, brinquedos e ferramentas para o tamanho, forma ou cor que desejarem, além de poder imprimir peças de reposição em casa, em vez de pedir e aguardar a entrega . De acordo com a empresa de pesquisa Strategy Analytics, a impressão 3D doméstica pode evoluir para uma indústria de US $ 70 bilhões por ano até 2030.

As impressoras 3D para alimentos podem até resolver o problema de fazer as crianças comerem seus vegetais, pois os pais poderão moldá-las em todos os tipos de formas. Talvez uma criança mimada possa ser convencida a comer couve de Bruxelas se preparada na forma de um dinossauro.

Obstáculos à impressão 3D

Embora a promessa das impressoras 3D seja substancial, há obstáculos igualmente significativos a serem superados antes de atingir as expectativas dos defensores da indústria.

1. Falta de impressoras simples e baratas para consumidores
As impressoras 3D vendidas por menos de US $ 1.000 têm capacidade limitada, podem ser difíceis de operar, podem não ser confiáveis e podem exigir a montagem manual. Embora esses defeitos sejam eventualmente superados, pode levar considerável tentativa e erro e tempo até que um modelo de consumidor acessível esteja disponível.

Um artigo de 2013 da Strategy + Business observa que "independentemente de quão barata a impressora 3D se torne, uma fábrica continuará oferecendo economias de escala nas matérias-primas para a impressão do artefato". O artigo também questiona se o consumidor utilizará uma impressora 3D em casa para fazer um garfo de plástico ou peça de xadrez, se puder comprá-lo no Walmart local..

2. Falta de materiais adequados para impressão
As impressoras atualmente disponíveis a preços ao consumidor (US $ 2.500 ou menos) contam com a tecnologia de modelagem de deposição fundida e plásticos PLA e ABS. Este material não é resistente e tem uma usabilidade limitada. Especialistas acreditam que a próxima geração precisará utilizar compostos e metais de carbono para ser útil ao consumidor médio.

Um artigo de 2014 no The Telegraph do Reino Unido zomba dos defensores da nova tecnologia que proclamam futuros tão brilhantes, observando que mesmo as impressoras 3D domésticas de sucesso "criam modelos que parecem ter sido deixados no radiador por algumas horas". O escritor continua observando que, embora seja muito bom fazer o upload de peças de armas para a Internet, mas sem os meios para fazer metal (as impressoras 3D de consumo ainda não possuem), “é mais provável que você se solte do que atire uma bala. ”

3. Necessidade de conhecimento de design CAD
Embora arquivos disponíveis para download para diferentes objetos estejam disponíveis em sites como Thingiverse e Shapeways, eles geralmente são técnicos e podem não ser compatíveis com todas as impressoras 3D. Devido ao entusiasmo de marketing em torno das impressoras, elas podem ser descritas como mais fáceis de operar do que a experiência dos usuários reais.

Tom Meeks, um colaborador do blog 3D Printer Users, observa o paralelo entre as impressoras 3D e o sistema Keurig de cafeteiras e a importância do design e da facilidade de uso do consumidor, observando que Keurig levou 16 anos para obter a aceitação no mercado atual. E deve-se reconhecer que há muito mais bebedores de café do que os possíveis usuários de impressoras 3D. Os especialistas em marketing acreditam que as impressoras devem ser tão simples de operar quanto as impressoras convencionais a laser ou matriciais, se quiserem obter ampla aceitação.

4. Lento, confuso e potencialmente perigoso
Embora perfeitas para objetos caros únicos ou complicados, as impressoras são muito lentas para a fabricação em massa. Os materiais utilizados e suas emissões durante o uso, especialmente pós, podem ser sujos e potencialmente tóxicos. Finalmente, as impressoras 3D atuais que usam plástico PLA operam em temperaturas muito altas (220 a 230 graus). Embora esses problemas não sejam intransponíveis, eles levarão tempo e investimento para superar.

Palavra final

Não se sabe se as impressoras 3D terão o impacto da televisão, computador ou telefone celular, conforme esperado por seus advogados. À medida que a tecnologia evolui, as possibilidades e os benefícios são infinitos. Certamente é uma tecnologia que um consumidor astuto estaria ciente e pronto para usar à medida que amadurece e se torna um produto de consumo.

O que você acha? Você está interessado em possuir uma impressora 3D?