Aplicações
Los usos de estas tecnologías han cambiado fuertemente gracias al desarrollo de nuevas tecnologías y materiales de alto desempeño. En sus orígenes las principales aplicaciones estaban ligadas al prototipado y desarrollo mientras que hoy podemos encontrar piezas funcionales en aerolíneas comerciales y automóviles de competición. En la actualidad las aplicaciones incluyen visualización de diseños, prototipado/CAD, desarrollo de productos, ingeniería, producción, arquitectura, arqueología, educación, salud y entretenimiento.
Prototipagem
Num processo de desenvolvimento, poder aceder a modelos físicos acrescenta informações valiosas nas fases iniciais do processo. Desta forma, os envolvidos no projeto podem validar rapidamente a funcionalidade a partir da interação do produto com outros componentes, sua forma de utilização, sua interação com o usuário, etc. Além disso, podem ser identificados e validados pressupostos associados à forma de falha ou limitações e questões críticas a serem iteradas ou cuidadas nos próximos ciclos de desenvolvimento. Ter equipamento de prototipagem rápida no local permite que um estúdio de design itere e gere 4 ou mais versões de um dispositivo no mesmo dia.
Produtos finais
A manufatura aditiva permite a fabricação em baixa escala a custos extremamente acessíveis e sem investimento inicial. Dependendo da natureza da peça em questão, podemos aceder a uma variedade de materiais, acabamentos superficiais e desempenhos mecânicos para aplicações como: sistemas de ancoragem, carcaças, componentes para passagem de cabos ou tubagens, dobradiças, indicadores, sistemas de segurança, conectores, peças personalizadas, wearables, etc.
Peças de reposição
Para a manutenção de equipamentos, máquinas ou linhas de produção nos casos em que a peça de reposição original não exista (o fabricante fechou, o modelo foi descontinuado, etc.) ou onde a peça de reposição tenha um valor elevado para compras de baixo volume, alto tempo de substituição e baixo índice de falhas que não justifiquem antecipar tal ocorrência. Dada a variedade de materiais e o avanço da tecnologia, em muitos casos as peças de reposição impressas superam o desempenho das peças originais com tempos entre falhas significativamente maiores que os iniciais.
Gabaritos e Ferramentas
Na fabricação, desenvolvimento ou manutenção de produtos, muitas vezes as ferramentas disponíveis no mercado não são compatíveis com o produto que você está montando ou reparando. Gabaritos e acessórios personalizados ajudam os operadores a garantir um trabalho preciso e repetível, por exemplo, guiando uma ferramenta ou mantendo um objeto no lugar. Num ambiente de produção acelerado, esta eficiência pode fazer uma grande diferença nos resultados financeiros de uma empresa.
A aplicação da impressão 3D à arquitetura começou a ser investigada sistematicamente na década de 2000, com propostas de extrusão de grandes formatos, como o Contour Crafting, e processos de encadernação, como o D-Shape. Durante a década de 2010, surgiu uma primeira geração de sistemas de impressão especializados – sem outras funções de trabalho – baseados em impressoras de grande formato em pórticos ou braços robóticos; Os fabricantes citados na literatura incluem COBOD, ICON, Apis Cor, WASP, CyBe Construction, XtreeE e Constructions-3D. A revisão publicada na RILEM Technical Letters indica que, apesar dos avanços, a tecnologia “ainda não atingiu todo o seu potencial” e enfrenta desafios de controle de qualidade, reforço, padronização regulatória e organização de processos, o que condiciona sua competitividade em relação aos métodos tradicionais em muitos cenários.[27] A partir da década de 2020, é proposta uma segunda geração de plataformas robóticas multifuncionais, capazes de imprimir e realizar operações complementares (manuseio, perfuração/corte, colocação ou inspeção) através de mudança de ferramentas e integração. Sensorial/IA, com o objetivo de melhorar a eficiência do processo. Entre estas propostas, a Evocons (Espanha) desenvolve uma plataforma robótica multifuncional para construção associada à patente EP3733354B1.[28].
Arquitetura
A aplicação da impressão 3D à arquitetura começou a ser investigada sistematicamente na década de 2000, com propostas de extrusão de grandes formatos, como o Contour Crafting, e processos de encadernação, como o D-Shape. Durante a década de 2010, surgiu uma primeira geração de sistemas de impressão especializados – sem outras funções de trabalho – baseados em impressoras de grande formato em pórticos ou braços robóticos; Os fabricantes citados na literatura incluem COBOD, ICON, Apis Cor, WASP, CyBe Construction, XtreeE e Constructions-3D. A revisão publicada na RILEM Technical Letters indica que, apesar dos avanços, a tecnologia “ainda não atingiu todo o seu potencial” e enfrenta desafios de controle de qualidade, reforço, padronização regulatória e organização de processos, o que condiciona sua competitividade em relação aos métodos tradicionais em muitos cenários.[27] A partir da década de 2020, é proposta uma segunda geração de plataformas robóticas multifuncionais, capazes de imprimir e realizar operações complementares (manuseio, perfuração/corte, colocação ou inspeção) através de mudança de ferramentas e integração. Sensorial/IA, com o objetivo de melhorar a eficiência do processo. Pioneira nestas propostas, a Evocons desenvolve uma plataforma robótica multifuncional para construção associada à patente EP3733354B1.[28].
Educação
As aplicações na educação são enormes, ajudando os alunos a visualizar e compreender conceitos abstratos. As aplicações nas ciências sociais, nas ciências naturais, na matemática, na arte, na história e, claro, na tecnologia, têm o potencial de revolucionar a atividade pedagógica.
Por exemplo, pesquisadores docentes da área de Ciências Aplicadas e Tecnologias do Instituto de Indústria da Universidade Nacional General Sarmiento (UNGS) desenvolveram dois jogos didáticos desenvolvidos para o ensino e aprendizagem de conceitos matemáticos destinados a alunos com deficiência visual.[29] São eles JUDITH, Jogo Didático para Tarefas Hápticas, e JAIME, Jogo de Áreas Impressas para Matemática Elementar. Ambos os dispositivos já estão sendo utilizados por estudantes e professores da UNGS e de outras universidades do país. Também projetaram recentemente o Urbis, um dispositivo tátil para representar espaços urbanos, também destinado a alunos com deficiência.
Alimentação
Foodini") e ChefJet são algumas das impressoras 3D de alimentos mais conhecidas.[30] A própria tecnologia permite substituir alguns processos e personalizar ingredientes, tanto na forma quanto na composição. Algumas das cadeias que estão trabalhando nisso são PepsiCo, Singular Bread e Barilla.[31][32] Destaca-se a criação de alimentos feitos com massas de microalgas, embora os ingredientes mais utilizados sejam o chocolate e o açúcar.
Arqueologia
A manufatura aditiva é usada na reconstrução de fósseis em paleontologia, na replicação de antiguidades ou peças de valor especial em arqueologia e na reconstrução de ossos e partes do corpo em ciência forense e patologia. A utilização de tecnologias de digitalização 3D permite a replicação de objetos reais sem recurso a processos de moldagem&action=edit&redlink=1 "Moldagem (processo) (ainda não elaborado)"), que em muitos casos pode ser mais caro, mais difícil e demasiado invasivo para ser realizado; em particular, com relíquias arqueológicas de alto valor cultural[33] onde o contato direto com substâncias moldantes pode danificar a superfície do objeto original.[34].
Arte
O uso de tecnologias de impressão 3D neste campo só foi sugerido desde a década de 2010.[35] Os artistas usaram impressoras 3D de diferentes maneiras.[36] Durante o London Design Festival, uma montagem, desenvolvida por Murray Moss e voltada para impressão 3D, aconteceu no Victoria and Albert Museum. A instalação foi chamada de Revolução Industrial 2.0: Como o mundo material se materializará recentemente.[37].
Moda
Também não faltam roupas impressas em 3D em materiais como Filaflex; técnica que cativou designers como Karl Lagerfeld, Iris van Herpen, Melinda Looi e Danit Peleg, entre outros. Na verdade, existe atualmente um concurso chamado 3D Fashion Day. Entre os impressores mais notáveis deste tipo, triunfa uma máquina espanhola: a Kniterate.
Já a fabricante de calçados esportivos Adidas foi pioneira nessa área, pois já em 2015 desenvolveu calçados impressos em 3D. Estamos falando do FutureCraft 4D. Também encontramos lingerie, joias, bolsas e outros acessórios.
Medicamento
A impressão 3D aplicada na medicina pode ser, por exemplo, um processo que consiste na criação de órgãos artificiais a partir de um modelo digital com o auxílio de uma impressora 3D, em oposição às metodologias de reprodução genética.[38][39].
Em aplicações não biológicas, o processo de impressão 3D é relativamente rápido; Três minutos são suficientes para digitalizar, duas horas para processar os dados e entre quatro e oito horas para concluir a impressão dos materiais desejados.[40].
Nos últimos anos, a redução dos custos de produção das impressoras 3D e a adaptação do software de código aberto utilizado pelas impressoras está a acelerar a sua expansão, que começou a ter impacto noutros campos da ciência, como a biologia e a medicina, dando lugar a inúmeras equipas multidisciplinares de cientistas e engenheiros que trabalham para resolver as actuais limitações desta tecnologia. A técnica de impressão na medicina e em outras áreas é determinada pelos ingredientes que podem ser usados atualmente e pela velocidade de impressão das impressoras.[38].
Com este processo, o objetivo anatômico é garantir que o tecido seja capaz de conter as propriedades e formas necessárias. Além disso, a capacidade de criar modelos precisos e versáteis permite um melhor aprendizado, pois simula muito bem os tipos de tecidos, possibilitando a adaptação de partes do corpo de acordo com a patologia e características do paciente.
Atualmente, foram desenvolvidos métodos para impressão 3D de modelos de segmentos corporais por meio de imagens de tomografia computadorizada ou outros tipos de digitalização, permitindo a confecção de réplicas de seções corporais. Estes geram uma símile da referida secção corporal, real e tangível, que preserva as proporções, relações topográficas, morfologia e cor, sem perigo de decomposição ou contaminação. Este recurso computacional oferece amplas aplicações no ensino médico, mantendo a conceituação volumétrica.[41].
engenharia de tecidos
A engenharia dimensional de tecidos humanos é usada na pesquisa médica para acelerar o processo de descoberta de medicamentos, permitindo o desenvolvimento de tratamentos mais rapidamente e com menor custo. Consiste em uma série de imagens de um tecido 3D multicamadas que imita a composição em camadas, por exemplo, da parede de um vaso sanguíneo. O processo pode ser adaptado para produzir tecidos em uma variedade de formatos, desde microescala até estruturas maiores.[42].
Os avanços na impressão de tecidos significam que num futuro próximo os órgãos impressos poderão ser implantados e compatíveis em pacientes que necessitam de um transplante. Atualmente existe uma empresa, chamada Organovo, que é responsável pela criação de tecidos impressos em 3D.[42].
A primeira etapa do processo é desenvolver protocolos de bioprocessos para os blocos de construção multicelulares e a biotinta, que é usada para construir blocos de tecidos. Os blocos são dispensados a partir de uma bioimpressora. É depositada uma camada de hidrogel que pode ser utilizada tanto como suporte, já que os tecidos são construídos verticalmente, para atingir a tridimensionalidade; ou como material de preenchimento para criar espaços vazios nos tecidos para imitar as características nativas do tecido. Posteriormente, as células são adicionadas sucessivamente e camada por camada para que se fundam e obtenham a forma desejada.[43].
Em 2011, Anthony Atala imprimiu pela primeira vez um rim. O rim não era funcional, mas era feito de tecido humano. O que a bioink busca é permitir que a criação ou impressão de órgãos artificiais seja completada e compatível com organismos vivos.[42].
Este processo pode economizar um tempo considerável. Vários estudos mostram que fazer uma impressão 3D de um “órgão (biologia)”, como um rim, pode levar cerca de duas horas, em comparação com outros métodos atuais de impressão 3D que são 10 vezes mais lentos. Sem falar que o estresse ao qual as células normalmente são submetidas ao passar pelos dutos da cabeça será reduzido, aumentando assim sua vida útil.[42].
Por outro lado, no campo da impressão tecidual, um dos problemas é o sistema vascular, visto que são operações cirúrgicas perigosas e é necessário aprimorar a técnica. A difusão molecular só pode garantir a troca de oxigénio e nutrientes até uma distância de 100 μ, pelo que uma possível solução tem sido a implantação de múltiplas camadas de tecido. Desta forma, como a espessura de cada uma dessas camadas é de 80μ, o oxigênio pode se difundir. O objetivo era implantar tecido miocárdico, fazendo com que o sistema celular do paciente se vascularizasse para reimplantar as camadas. Como resultado, a eficácia deste método de automontagem foi comprovada em casos práticos como a construção de orelhas. Em 2013, foi publicado o processo que permite replicar uma orelha com um molde de colágeno, preenchido com células. Estas orelhas artificiais já foram implantadas com sucesso em animais.[42].
Uso doméstico
Tem havido diferentes esforços, por vezes relacionados entre si, para desenvolver impressoras 3D adequadas para uso "desktop" e disponibilizar esta tecnologia a preços acessíveis ao público em geral. Uma grande parte deste trabalho foi direcionada e focada em entusiastas do DIY ou em comunidades de primeiros adotantes, ambos com conexões com o mundo acadêmico e hacker.[44].
• - RepRap.
RepRap é um projeto para o desenvolvimento de uma impressora 3D FOSS gratuita e de código aberto, cujas especificações completas são distribuídas sob a Licença Pública Geral GNU. Esta impressora pode imprimir muitas partes de si mesma. A partir de novembro de 2010, a RepRap só pode imprimir suas peças plásticas. Desde então, o desenvolvimento está em andamento para dar ao dispositivo a capacidade de imprimir também suas próprias placas de circuito, bem como suas peças metálicas.
• - Equipes.
Os kits de impressora estão disponíveis para serem montados por você mesmo.[45] Os preços desses kits de impressora variam de US$ 500 para o Printrbot derivado de modelos RepRap anteriores,[46] até US$ 1.800. A MakerBot é uma impressora 3D de código aberto da MakerBot Industries.