Fabricação digital 101

Atualizado em: 10 de outubro de 2019 às 5:26

A fabricação digital é um processo de manufatura em que os dados digitais acionam o projeto diretamente ao equipamento de fabricação para formar variadas geometrias de peças. Esses dados geralmente vêm do CAD (do inglês Computer Aided Design), que é então transferido para o software CAM (do inglês Computer Aided Manufacturing). A saída do software CAM é um dado que direciona uma máquina específica, como uma impressora 3D ou uma fresadora CNC.

Existe uma grande variedade de ferramentas de fabricação digital, desde máquinas de nível amador até equipamentos industriais especializados usados na fabricação de larga escala. Vamos focar este artigo nas ferramentas mais comuns adequadas para espaços de trabalho profissionais, oficinas mecânicas e fábricas.

Ferramentas de fabricação digital acessíveis fazem a ponte entre o design e a fabricação. À medida que as barreiras à tecnologia de nível profissional diminuem, qualquer pessoa com habilidades de desenhar um produto pode fabricá-lo de forma fácil, capacitando engenheiros, designers de produtos e empresas de todos os tamanhos para produzir desde protótipos até produtos finais.

Neste guia, aprenda os detalhes da fabricação digital em fluxos de trabalho, suas ferramentas e dicas práticas para começar.

Como funciona a fabricação digital?

1. Design

O primeiro passo é criar um modelo virtual de um projeto usando um software CAD. Para servir como entrada para a ferramenta de fabricação, o modelo 3D é exportado como uma malha triangulada, que descreve uniformemente a geometria em termos de pontos na superfície ou vértices, as superfícies entre esses vértices, as bordas dessas superfícies e, em alguns casos, os vetores e informações de cor referentes às superfícies.

2. Preparação

O slicer ou software de fatiamento, serve como intermediário entre a malha virtual e o modelo para ser impresso em 3D. Nesta etapa, os parâmetros de fabricação e as configurações específicas da ferramenta de fabricação são adicionados para fornecer essencialmente uma lista de instruções para a máquina seguir, resultando em um arquivo CAM enviado para a máquina. Nas operações de usinagem, a simulação de software é combinada com a os percursos gerados para a ferramenta, que guiarão a ferramenta de corte pela geometria da peça, levando em consideração a velocidade da ferramenta de corte e a taxa de avanço do material.

3. Fabricação

As ferramentas de fabricação produzem peças com base nos dados CAM, com pouca ou nenhuma assistência ou interação humana. As peças fabricadas podem exigir alguma forma de acabamento para alcançar suas propriedades finais antes de estarem prontas para uso.

Processos de fabricação digital

Impressoras 3D

As tecnologias de impressão 3D ou manufatura aditiva, criam peças adicionando sucessivamente material camada por camada até que uma peça física seja criada.

As impressoras 3D FDM / FFF (modelagem por deposição fundida) fundem e expelem o filamento termoplástico, que é depositado camada por camada por um bico de impressão na mesa de impressão. O FDM é a tecnologia de impressão 3D mais acessível, com máquinas para uso pessoal a partir de R$3.000 e máquinas desktop de uso profissional variando de R$20.000 a R$60.000. As peças impressas em FDM são mais adequadas para modelos de prova de conceito, prototipagem rápida, protótipos de baixo custo e até peças finais.

A estereolitografia ou SLA, usa um laser para curar a resina líquida e transformar em um plástico endurecido, em um processo chamado fotopolimerização. As peças SLA possuem detalhes finos, acabamento superficial suave e propriedades de materiais isotrópicos. A impressão SLA 3D é ideal para projetos complexos, protótipos funcionais, fabricação de ferramentas e matrizes para fundição. Com equipamentos profissionais começando em torno de $30.000, as impressoras desktop SLA são versáteis, fáceis de usar e acessíveis aos usuários profissionais.

Veja como a estereolitografia funciona:

As impressoras 3D SLS ou de Sinterização Seletiva a Laser, usam um laser de alta potência para fundir pequenas partículas de pó de polímero. O pó não fundido suporta a peça durante a impressão e elimina a necessidade de estruturas de suporte. As peças produzidas com impressão SLS possuem excelentes características mecânicas, com resistência comparável às peças moldadas por injeção. O SLS é a mais recente tecnologia de impressão 3D em plástico a aparecer com máquinas menores (para desktop) e mais acessíveis, na casa de R$100.000.

Leia nosso guia detalhado para comparar as tecnologias FDM, SLA e SLS.

Ferramentas CNC

Os processos subtrativos começam com blocos sólidos, barras ou hastes de plástico, metal ou outros materiais que são moldados pela remoção de material por meio de corte, perfuração,  e retificação. Na fabricação digital, essas ferramentas são acionadas por controle numérico computadorizado (CNC).

A usinagem CNC remove o material tanto por uma ferramenta de fiação com uma peça fixa (fresagem) ou uma peça giratória com uma ferramenta fixa (torno mecânico). Pequenas máquinas CNC começam em torno de US$ 2.000, mas as ferramentas de oficina mais avançadas vão muito além disso, dependendo do número de eixos, recursos, tamanho da peça e ferramentas necessárias para materiais específicos. As máquinas CNC podem criar peças a partir de plásticos e metais para prototipagem funcional, fabricação de ferramentas e peças de uso final personalizadas ou de baixo volume.

Os cortadores a laser usam um laser para gravar ou cortar uma ampla gama de materiais com alta precisão. Os cortadores a laser são ferramentas econômicas, rápidas e fáceis de usar para gravação e corte de materiais planos finos para protótipos, peças mecânicas e estruturais. Gravadores básicos estão disponíveis por menos de US$ 500, enquanto máquinas de médio porte para a oficina, que podem cortar vários materiais, custam em torno de US$ 3.500.

Os cortadores a jato de água, usam água misturada com abrasivo e alta pressão para cortar praticamente qualquer material. O corte por jato de água é o mais recente processo do CNC a aparecer em uma forma menor e mais acessível, com preços a partir de cerca de US $ 20.000, e novos projetos prometem em breve ultrapassar US $ 10.000. Os cortadores a jato de água podem cortar folhas mais grossas que os cortadores a laser e trabalhar com materiais duros que normalmente são difíceis de cortar nas formas precisas usando outros processos.

Como começar a fabricação digital

CAD

Para converter uma ideia de design em um modelo virtual, existem várias abordagens:

Modelagem sólida é uma maneira tradicional de criar objetos 3D que é principalmente voltada para movimentos lineares para traduzir a intenção do projeto em geometrias. Os projetos são combinados e finalizados com transições para torná-los adequados para a fabricação. Recursos avançados incluem extrusões elaboradas, filetes de curvatura e operações de padronização.

A modelagem de superfície pode ser executada na maioria dos softwares de modelagem de sólidos contemporâneos, como o Autodesk Fusion 360, SolidWorks, Rhinoceros e SolidEdge. Nesse caso, todas as superfícies externas da geometria são definidas individualmente, permitindo geometrias mais avançadas, como transições entre várias superfícies adjacentes.

A digitalização 3D tornou-se uma rota acessível para a obtenção de um modelos que podem ser impressos em 3D. Soluções acessíveis e novos aplicativos que funcionam com tecnologia de fotogrametria baseada em câmera, proporcionam um ótimo equilíbrio entre velocidade, precisão e custo. No entanto, as digitalizações não são diretamente traduzidas para arquivos 3D e exigem pós-edição extensa com software de edição de malha.

Clique aqui e leia dicas de modelagem para impressão 3D.

Vetores

Sistemas bidimensionais, como fresadoras CNC e cortadoras a laser, podem ser controlados por arquivos exportados de softwares vetoriais, como o Adobe Illustrator. Embora seja um pacote bastante abrangente, para o desenho básico você não precisa de habilidades muito avançadas além da familiaridade com a ferramenta caneta, padronização, rastreamento ao vivo, Pathfinder e um plug-in para criar cantos arredondados.

Preparação de malha

Um projeto 3D que sai de um software CAD como um modelo de malha, geralmente é adequado para impressão 3D. A chave é ter uma malha estanque, o que significa que todos os triângulos estão conectados e não se sobrepõem sobre a mesma direção. Uma abordagem de modelagem sólida, geralmente resulta em uma malha impermeável, modelagem de superfície e design generativo, embora exijam a verificação da ausência de superfícies duplas e colisões de volume.

Existem muitas ferramentas para reparar e otimizar malhas, como o Meshlab. Idealmente, você pode fazer um pequeno investimento em uma ferramenta que permita editar vértices / faces individuais e executar tarefas Booleanas. O Meshmixer é um ótimo programa gratuito para otimizar a contagem de triângulos e permite a recuperação do seu objeto, enquanto o Blender permite operações Booleanas.

Design para Fabricação Digital

Embora as ferramentas de fabricação digital ofereçam um alto grau de liberdade de projeto, o pouco de tempo dedicado à otimização de geometrias de peças ajuda a garantir uma produção eficiente e peças de alta qualidade. Certifique-se de estudar exaustivamente as possibilidades e limitações do processo de máquina, material, software e fabricação que você está planejando usar. Encontre tempo para fazer experiências extensivas em relação a metas que você deseja alcançar antes de mergulhar de cabeça.

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As impressoras 3D são ferramentas de fabricação digital fáceis de usar e acessíveis para espaços de trabalho pessoais, escritórios, oficinas e fábricas. Saiba mais sobre a impressão 3D e conheça novas possibilidades com suas aplicações, ou solicite uma consultoria gratuita com um de nossos especialistas para entender os benefícios para o seu negócio.

Fonte: Formlabs.

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