Como as impressoras 3D estão transformando tudo, desde casas em cirurgia de mandíbula

O conto de Murray Leinster As coisas passampublicado em 1945, inclui o que pode ser a primeira descrição das impressoras 3D:

Mas esse construtor é eficiente e flexível. Eu alimento plásticos magnetronices – as coisas que eles fazem casas e navios de hoje em dia – neste braço em movimento. Faz desenhos no ar após desenhos que variam com células fotográficas. Mas o plástico sai do final do braço de desenho e endurece quando vem … seguindo apenas os desenhos.

Impressoras 3D práticas, ou fabricação aditiva, como também é conhecida, existem desde os anos 80. Após alguns experimentos teóricos, o American Bill Masters desenvolveu e patenteou várias técnicas que lançaram as bases para as primeiras impressoras 3D comerciais. 40 anos depois, as impressoras 3D se tornaram tão baratas e fáceis de usar que qualquer pessoa interessada pode conseguir uma.

Desenvolvimento rápido

Por um longo tempo, a tecnologia foi usada apenas como uma maneira de criar rapidamente protótipos antes que um design final fosse produzido em um processo mais maduro e mais barato, como moldagem por injeção. Por um longo tempo, também só foi possível imprimir objetos 3D em vários materiais plásticos, mas nos últimos anos as aplicações e os materiais se ampliaram.

“O que eu vi é que as impressoras 3D percorreram um longo caminho nos últimos anos. Tanto o hardware quanto o software melhoraram, mas o mais importante é que o ecossistema amadureceu. As impressoras agora podem lidar com muitos materiais diferentes-desde o PLA (um tipo de poliéster) e resina a aço, KeVLar e até os materiais orgânicos. Agora, uma evolução em que as impressoras 3D estão se espalhando de especialistas para uso mais amplo na indústria e entre os consumidores ”, diz Chris Fotheringham, desenvolvedor de jogos e empresário que está apenas iniciando uma nova empresa combinando impressoras 3D e IA.

Brian Loudon, consultor de design com sede em Glasgow, diz que até as antigas técnicas de comprovação e testes evoluíram muito nos últimos anos. Isso é particularmente verdadeiro para as impressoras de filamentos, também conhecidas como Fdm ou Fff (Como na fabricação de filamentos fundidos) – o tipo de impressora 3D com a qual a maioria das pessoas está familiarizada, que é alimentada com fios longos de, por exemplo, plástico ABS.

“Depois de uma patente-chave no FDM expirou em 2009, houve uma explosão de impressoras de consumo de baixo custo que tornaram possível usar impressoras 3D em vários hobbies. Os grandes cortes de preços também ajudaram os pequenos estúdios de engenharia e a mina. Neste mercado, a Bambu Lab. Vibrações e muito mais, com impressões limpas, apesar das altas velocidades. ”

“O que costumava tomar um dia útil inteiro agora pode ser feito em uma hora”, diz Brian Loudon. Agora ele pode ter uma idéia de manhã, produzir um modelo CAD e ter um protótipo inicial à tarde.

As impressoras baseadas em resina, que usam polímero líquido, também se tornaram significativamente mais rápidas.

Novos materiais abrem novas possibilidades

Como Chris Fotheringham, Brian Loudon aponta para os muitos novos materiais que podem ser usados ​​com as impressoras 3D modernas como uma parte importante do desenvolvimento, dando como exemplo a empresa Markforged, que faz um filamento com fibra de carbono. Isso possibilita imprimir acessórios e outros componentes que precisam de alta resistência e resistência ao calor.

O metal chegou forte nos últimos anos como material usado para fabricação aditiva. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, em Gotemburgo, por exemplo, fizeram grandes progressos para materiais que podem obter propriedades semelhantes ao elenco ou forjamento.

Concreto é outro exemplo. Hoje, várias empresas em todo o mundo fabricam vários edifícios no local usando enormes impressoras 3D que constroem casas em camadas. Recentemente, um fabricante japonês desenvolveu mais uma tecnologia que combina com as técnicas com milhares de anos. O trabalho da LIB usa fibras do solo, cal e naturais e seus edifícios alcançaram o mais alto nível de segurança do terremoto.

Em 2024, a Universidade do Maine revelou a maior impressora 3D do mundo, que pode imprimir objetos de até 29 metros de comprimento. Chamada de fábrica do futuro 1.0, deve ser usado principalmente para fazer peças da casa para reformas de edifícios históricos. Com até 227 kg impresso por hora ou mais de cinco toneladas por dia, não é feito.

Mikael Wallerstedt

Pode criar estruturas anteriormente impossíveis

Cecilia Persson, professora da Universidade de Uppsala, discute outra conseqüência emocionante dos desenvolvimentos na fabricação aditiva: a possibilidade de criar formas e estruturas que não foram possíveis antes.

As impressoras 3D podem fazer algo que nunca foi possível antes?

“Sim, eles podem! Normalmente, dou dois exemplos, um na fabricação de componentes e outro em materiais. Você pode otimizar as estruturas, por exemplo, para minimizar o uso do material, mas obtenha a mesma força, para durabilidade, por exemplo, incluindo o combustível de economia de componentes mais leves. Em outras palavras, você tem um tipo de liberdade diferente. O vidro de vidro.

Brian Loudon também fala sobre como as impressoras 3D permitem componentes mais leves, otimizando a estrutura tridimensional, como para trocadores de calor extremamente eficientes que não puderam ser fabricados usando métodos tradicionais, como máquinas CNC ou moldagem por injeção.

Fazendo uma grande diferença na tecnologia médica

A pesquisa da Cecilia Persson se concentra em como a fabricação aditiva pode ser usada em tecnologia médica.

“As impressoras 3D são usadas principalmente para três coisas diferentes: modelos anatômicos para praticar e/ou explicar procedimentos cirúrgicos, guias cirúrgicos-isto é, auxiliares específicos do paciente à cirurgia-e implantes específicos do paciente e/ou implantes com impressão específica que não podem ser alcançados com outros métodos de manufatura, ou são muito mais fáceis de impressão de 3D.

Ela aponta para um artigo na edição de 2023 de Tandläkartidningen que mostra como as impressoras 3D já estão sendo usadas para reconstruir os mandíbulas danificadas, permitindo que os pacientes recebessem implantes dentários que, de outra forma, não seriam capazes de ser anexados em nenhum lugar. (*Cuidado com imagens gráficas de procedimentos cirúrgicos.)

Atualmente, uma área está pesquisando é o desenvolvimento de materiais degradáveis ​​para implantes temporários, como ossos de reposição que se quebram à medida que os ossos do corpo voltam a crescer.

Brian Loudon

Brian Loudon também trabalha com clientes desenvolvendo dispositivos médicos de vários tipos. Ele costuma usar impressoras 3D em combinação com scanners 3D para produzir, por exemplo, diferentes tipos de suportes que se encaixam exatamente no corpo de um paciente.

Ele explica: “Eu também usei impressoras 3D que lidam com mais de um material de cada vez para desenvolver novos suportes para pacientes com artrite com o Centro Nacional de Próteses e Ortóticos em Glasgow. O produto acabado será moldado por injeção com um núcleo rígido e o exterior macio, e as impressoras multi-materiais permitiram prototiples do mesmo projeto a ser produzido.

Design personalizado e fabricação flexível

Brian Loudon trabalha com impressoras 3D para prototipagem e desenvolvimento de design há mais de dez anos. Para ele, os benefícios de poder passar de uma idéia para um protótipo físico mais ou menos instantaneamente são óbvios, mas ele também vê a tecnologia sendo usada cada vez mais para fabricar os produtos finais.

“Essa é uma das grandes mudanças que estamos começando a ver. Talvez ainda não seja exatamente a escala necessária para a produção em massa, mas tanto a Adidas quanto a Nike, por exemplo, começaram a fazer entressóis com impressoras 3D e, na Fórmula 1, a McLaren usa componentes impressos em 3D em seus carros. Philips Fixables Com a pesquisa da Prusa para incentivar os usuários a reparar, em vez de descartar gadgets quando qualquer parte quebrar.

Chris Fotheringham acredita que a capacidade de produzir designs exclusivos e personalizados impulsionará um grande crescimento do lado do consumidor, pois os consumidores poderão resolver problemas e realizar suas próprias idéias. Ele cita o exemplo de como as impressoras 3D estão sendo usadas no hobby do cosplay para produzir peças de fantasia com detalhes incríveis.

Em vários hobbies, as impressoras 3D mudaram há muito tempo o que é possível para os indivíduos fazerem a si mesmos e também o que os fabricantes de papéis desempenham. Isso é especialmente verdadeiro para jogos em miniatura e modelos de ferrovias. As impressoras 3D possibilitam a impressão de peças e componentes de reposição que os fabricantes nunca venderam separadamente. Os usuários também podem projetar e imprimir componentes e acessórios completamente novos. Onde, no passado, muitas pessoas construíram paisagens manualmente usando materiais como papelão, isopor e painéis celulares, hoje o uso de impressoras 3D se tornou comum.

Privat

“No lado industrial, o potencial é ainda maior. Vejo impressoras 3D como uma maneira de localizar novamente a fabricação. Os países poderão fabricar exatamente o que precisam em casa. Olha, por exemplo, como a Ucrânia usou impressoras 3D em sua própria defesa”, diz Fotheringham.

Sua nova empresa está desenvolvendo software baseado em IA, que transforma imagens bidimensionais em modelos 3D que os usuários podem imprimir sem nenhum conhecimento prévio. Na imagem oposta, você pode ver um exemplo de uma figura de cachorro que Chris Fotheringham fez para testar e mostrar o software.

Chris Fotheringham

“Um de nossos objetivos de longo prazo é criar um catálogo de produtos domésticos imprimíveis, para ajudar as pessoas a retornar a uma cultura de reparo”.