Tecnologia avança para manufatura aditiva com polímeros sintéticos – 3D

Plástico Moderno, Caixa para eletrônicos feita com filamentos fundidos de ABS pela Printgreen 3D
Caixa para eletrônicos feita com filamentos fundidos de ABS pela Printgreen 3D

De bijuterias feitas em casa a componentes presentes em aviões. De brinquedos ou utilidades domésticas a peças de reposição e ferramentas produzidas na Estação Espacial Internacional da Nasa. De pequenos lotes de peças plásticas a moldes de injeção para pequenos lotes de peças. As possibilidades proporcionadas pela manufatura aditiva, nome dado à confecção de peças por impressão 3D, multiplicam-se em grande velocidade nos últimos anos.

O fenômeno se deve em grande parte ao impressionante avanço da tecnologia presente nas impressoras. Desde a década de 1980, quando ocorreram as primeiras experiências com a técnica, surgem máquinas a cada dia mais ágeis e precisas, capazes de produzir peças complexas de vários tamanhos, cores e com mais de um material. A evolução veio acompanhada da redução de preços, que caíram mais de cem vezes desde o surgimento dos primeiros modelos. A queda se dá das unidades desktops, acessíveis às pessoas interessadas em contar com os aparelhos para uso doméstico, aos modelos de uso industrial, indicados para aplicações mais nobres.

De acordo com estudo realizado pela TechSci Research, consultoria internacional especializada em soluções de tomada de decisão para empresas, o mercado de impressão 3D chegará a US$ 12 bilhões em 2020. A estimativa para o Brasil é de que esse número chegue a US$ 400 milhões em 2021, caso a crise econômica não atrapalhe muito o crescimento do setor.

Esse atraente filão de negócios atrai empresas ligadas à indústria do plástico com diferentes perfis. Entre elas, as fornecedoras de matérias-primas. “O mercado de manufatura aditiva apresenta comportamento exponencial, com taxas de crescimento de 20% a 25% ao ano”, informa Alexandre Di Pintor, pesquisador em ciência de polímeros da Braskem.

Di Pintor destaca que em 2016, foram gastos US$ 760 milhões em polímeros para manufatura aditiva, de acordo com o relatório Wohlers Associates de 2017. “Em 2025, a estimativa é que se atinja o patamar de US$ 6 bilhões gastos somente com polímeros e desejamos participar deste segmento”.

A popularização da operação torna esse nicho interessante tanto para as fabricantes de commodities, como o polipropileno e polietileno, quanto para as especializadas em materiais de elevado desempenho, casos do ABS, PC, blendas PC/ABS e PA, entre outros. Existem exemplos de peças confeccionadas também com plástico reforçado. As matérias-primas para a operação precisam de adaptações em relação aos produtos usados em outros métodos de transformação. A partir das resinas comercializadas pelas indústrias químicas, fornecedores de impressoras também investem na pesquisa e desenvolvimento de fórmulas com as quais se torna possível a obtenção de peças para aplicações as mais variadas.

A indústria da transformação é outra de olho nesse nicho e deve ganhar participação cada vez mais significativa no uso dessa tecnologia. Alguns exemplos ajudam a explicar tal interesse. Com o avanço da indústria 4.0 cresce a oferta de produtos personalizados e a versatilidade proporcionada pela impressão 3D surge como alternativa estratégica em várias aplicações. Outro exemplo. No caso de produtos os mais distintos que exigem dos fabricantes a produção de pequenos lotes de peças de reposição, a técnica supre tal necessidade com vantagens.

Vale lembrar: a indústria do plástico também se beneficia da impressão 3D como usuária. A técnica a cada dia se mostra mais útil em determinadas situações. Uma delas é no desenvolvimento das peças. O método permite a produção de protótipos, seja para comprovar a funcionalidade do design projetado, seja para colaborar com o desenvolvimento de soluções estéticas.

Para a ferramentarias, no caso do desenvolvimento do projeto de um molde de injeção, cavidades usinadas por impressoras 3D podem ser usadas para testar o projeto, avaliar o funcionamento da matriz ou os melhores modos de se efetuar a adição de insertos. Quando um transformador precisa de lotes pequenos de peças injetadas, com o uso de materiais adequados pode produzir o próprio molde de injeção por manufatura aditiva. Entre outras aplicações.

Indústria 4.0 – O uso de manufatura aditiva em ambientes fabris ainda é incipiente. Por enquanto, as impressoras 3D não têm a velocidade necessária para a produção de grandes quantidades, as peças geradas são economicamente competitivas em lotes de, no máximo, 500 unidades. No caso de peças injetadas, por exemplo, as peças passam a ser competitivas em lotes mínimos de 5 mil peças.

Com o advento da indústria 4.0, que tem como uma de suas premissas oferecer produtos cada vez mais personalizados, esse é um cenário que deve se alterar. “Estão começando a aparecer impressoras 3D voltadas para produções maiores, há dois ou três anos essa tecnologia vem sendo desenvolvida nos países com tecnologia de ponta. Acredito que no futuro esse será um grande mercado a ser explorado pelas empresas do setor”, explica Wilson do Amaral Neto, engenheiro de aplicações da SKA, há sete anos uma das revendedoras no Brasil da Stratasys, marca norte-americana surgida em 1989 e uma das líderes mundiais especializadas em impressoras e sistemas de produção 3D.Novos mercados para esse processo de transformação começam a ganhar corpo. Podemos citar a revolução que está ocorrendo no campo da odontologia, para o qual a Stratasys desenvolveu linha de equipamentos específicos. “Temos um mercado funcionando, vendemos impressoras para modelos de dentes ou maxilares para escolas, com as quais alunos podem se especializar em cirurgias. Também vendemos para dentistas que podem planejar e produzir em seus próprios consultórios aparelhos alinhadores a partir de moldes feitos com os pacientes”.

Esse mercado deverá crescer em progressão geométrica quando surgirem materiais biocompatíveis, que possam ser usados como próteses finais. Fabricantes de impressoras, como a própria Stratasys, e grandes nomes da indústria química, como a Solvay, são exemplos de empresas que estão investindo na pesquisa e desenvolvimento de polímeros que no futuro poderão ser aproveitados em próteses dentárias.

Amaral Neto lembra outra possibilidade de uso no campo da saúde. “Uma loja especializada em fones de ouvido pode fazer aparelhos de acordo com a cavidade auricular de seus clientes. Não existirão mais os tamanhos P, M e G, o aparelho do ouvido esquerdo pode ser diferente do direito. Eles serão fabricados de acordo com as características dos usuários”. Esses não são casos isolados. Cada vez mais as fábricas de calçados, roupas, automóveis e muitos outros produtos procuram desenvolver soluções particularizadas de acordo com as necessidades ou preferências dos consumidores.

Enquanto a manufatura aditiva nas indústrias se encontra em processo incipiente, o uso industrial da impressão 3D como apoio para o desenvolvimento de peças ganha velocidade. A Stratasys conta com ampla linha de produtos para esse nicho, dotados com duas tecnologias distintas. Uma delas, chamada de FDM, funciona a partir do modelamento por deposição de material fundido. Em outras palavras, as informações fornecidas por desenhos tridimensionais presentes no computador conduzem as operações de fundição de “fios” de plástico, material que é depositado pela máquina por um bico em uma câmara até que o protótipo atinja o formato idealizado. As máquinas trabalham com vários tipos de matérias-primas. “Já estamos usando poliamida reforçada com 35% de fibra de vidro”, exemplifica.

A outra técnica, chamada de Polyjet, a empresa adquiriu em 2012, após se fundir com a israelense Objet. A modelagem nas máquinas oferecidas com esse perfil ocorre a partir de cartuchos de tinta e é indicada para o desenvolvimento de embalagens, mock-ups para campanhas publicitárias e até cavidades de moldes de injeção para a produção de pequenos lotes de peças.

As vendas da SKA para a indústria plástica no Brasil têm sofrido as consequências da crise econômica nos últimos dois anos. “O brasileiro não tem no sangue a vontade de criar”, lamenta Amaral Neto. Com as dificuldades econômicas, essa característica se acirra. “As empresas param de investir em coisas novas”.

Dupla extrusão – Reconhecida pela revista eletrônica alemã All3DP como detentora da melhor tecnologia de impressão 3D no ano passado, a Ultimaker3 é uma impressora desktop capaz de trabalhar com dois filamentos ao mesmo tempo, o que possibilita peças com maior resolução e detalhes. Fabricada pela holandesa Ultimaker, a impressora é revendida no Brasil com exclusividade pela Wishbox, empresa no mercado há quatro anos e voltada para a distribuição no Brasil de equipamentos com tecnologias para processos de inovação.

Plástico Moderno, Impressora 3D de bancada fabricada pela holandesa Ultimaker
Impressora 3D de bancada fabricada pela holandesa Ultimaker

“Ampliar a capacidade de criação de protótipos, modelos e objetos em geral por meio do conceito de dupla extrusão, tecnologia que combina o uso de duas matérias-primas simultâneas durante a operação, garante a produção dos mais diversos tipos de objetos com alta qualidade e detalhamento”, garante o diretor Tiago Marin. O modelo transforma PLA, ABS, CPE, PA e também o PVA, material normalmente usado nos suportes das peças por ser solúvel em água.

Marin não se queixa dos negócios. Desde que sua empresa passou a revender os produtos para impressão 3D, as vendas crescem de forma significativa. “O baixo custo dos equipamentos desktop quando comparado com os modelos industriais existentes no mercado com recursos semelhantes é um diferencial positivo. Hoje as usuárias têm condição de ter as máquinas em seus escritórios”.

No campo das impressoras 3D, a empresa também representa no mercado nacional os equipamentos desktops das empresas norte-americanas Makerbot, especializada em modelos com a tecnologia FDM, e Formlabs, fornecedora de equipamentos que operam pela solidificação por laser de resinas líquidas.No espaço – Entre as fabricantes de matérias-primas interessadas em atender o mercado de manufatura aditiva se encontra a brasileira Braskem. Para esse mercado, a empresa conta em seu portfólio com um case muito especial. Um grade da sua linha de polietileno verde, produzidos a partir da cana de açúcar, está sendo usado há mais de um ano na Estação Espacial Internacional da Nasa (National Air Space Administration). Com essa matéria-prima, uma impressora 3D instalada na estação confecciona peças de reposição e ferramentas usadas no dia a dia dos astronautas, estratégia adotada para proporcionar maior autonomia às missões espaciais.

O desenvolvimento consumiu mais de um ano de esforços em parceria entre a Braskem e a Made in Space, fabricante da impressora. O feito é inédito, pela primeira vez estão sendo impressas peças em ambiente com gravidade zero. A estratégia prevê o envio de e-mails dos computadores da agência espacial com o design digital das peças a serem impressas. O PE verde foi escolhido por ser de fonte renovável e reunir características como flexibilidade, resistência química e reciclabilidade.

Na superfície terrestre, a Braskem está focada no desenvolvimento de polímeros específicos e de tecnologia proprietária. “As novas resinas terão o potencial de aplicação de diversos mercados e aplicações, como o automobilístico, embalagens, setor de calçados, próteses e até mesmo o uso doméstico, entre outros”, informa Di Pintor.

De acordo com o pesquisador, em breve, uma nova geração de filamentos para impressoras deve chegar ao mercado. Por enquanto, se encontra disponível o primeiro filamento de polipropileno da série, desenvolvido no ano passado em parceria com a fabricante de equipamentos Arburg. “A resina apresenta como principais características excelente processabilidade e ótima estabilidade dimensional”. Ela é indicada para usos que requeiram ‘efeito dobradiça’, como fixadores de cabos automotivos; estabilidade dimensional, casos de tampas e engrenagens; ou que necessitem manter água, como embalagens e copos.

Além disso, a empresa avança no desenvolvimento de resinas na forma de pó para a tecnologia powder bed fusion, pela qual se aplica um laser para gerar a sinterização das partículas para criar objetos sólidos por adição de camadas.

Plástico Moderno, Vides: filamentos de qualidade dão origem a peças funcionais
Vides: filamentos de qualidade dão origem a peças funcionais

Poliésteres, poliamidas… – Derivados da linha tradicional de poliésteres elastoméricos da DuPont, os filamentos para impressão 3D da multinacional são disponibilizados em dois níveis de dureza (eles são comercializados com as marcas Hytrel 3D4000FL com dureza Shore D de 40 e Hytrel 3D4100 com dureza Shore D de 60).

“Com eles, os clientes poderão confeccionar peças funcionais flexíveis que combinem resiliência, calor e resistência a produtos químicos, mecanicamente robustos e duráveis. As peças finais são comparáveis às obtidas em moldagens por injeção”, afirma Thiago Vides, líder de vendas para a América Latina. De acordo com o executivo.

Esses dois produtos são exemplos da preocupação da companhia com esse nicho de mercado. “O mercado de impressão 3D está estimado em bilhões de dólares, com significativo crescimento ano a ano. Ao permitir a produção de peças funcionais como protótipos, ferramentas e produções de pequenos e grandes volumes, nós esperamos ser um dos principais fornecedores neste segmento”.

Para esse mercado a empresa também comercializa os filamentos para impressão Zytel 3D1000FL, indicado para a confecção de peças tenazes e rígidas. “Além da resistência mecânico-química superior, as peças impressas com Zytel apresentam altas temperaturas de deflexão ao calor, baixa deformação, baixa sensibilidade à umidade e excelente aparência superficial”.

Entre as aplicações indicadas, se encontram peças de automotivas, de eletrodomésticos, solados de calçados, palmilhas ortopédicas, componentes náuticos e aeronáuticos e protótipos para a indústria. “Nossos materiais já estão disponíveis para compra na América do Norte, Europa, Oriente Médio, África e China. Em breve estarão disponíveis na América do Sul”.

Plástico Moderno, Linha de filamentos da DuPont supre diversas aplicações
Linha de filamentos da DuPont supre diversas aplicações

A Basf também acompanha com atenção e investe no desenvolvimento de materiais para esse mercado. A expectativa da multinacional é de evolução de 20% ao ano para esse nicho de mercado por um bom período. “Devido à nossa estreita colaboração com os fabricantes de equipamentos originais, por exemplo, no setor automotivo, sabemos que muitos clientes estão bastante interessados em aplicar a nova tecnologia aos processos em escala industrial”, diz Rony Sato, gerente de inovação e tecnologia para a América do Sul.

Plástico Moderno, Sato: clientes buscam novos materiais para elaborar em 3D peças de uso industrial
Sato: clientes buscam novos materiais para elaborar em 3D peças de uso industrial

A multinacional vende materiais e formulações, além de serviços para diversas indústrias e aplicações. “As solicitações mais comuns dos clientes incluem o desenvolvimento de soluções para pequenas produções em série, protótipos funcionais e peças sobressalentes”.

Um exemplo: há mais de um ano a Basf vende pós Ultrasint PA6 LM para sinterização a laser com ponto de fusão de 193ºC. As peças feitas com esse produto apresentam maior resistência e estabilidade térmica dimensional em relação às fabricadas usando os pós PA12 tradicionais. A multinacional também está trabalhando no desenvolvimento no campo de fotopolímeros para atender as necessidades da indústria aeroespacial e automotiva.

“Os clientes das Basf 3D Printing Solutions são empresas que querem usar a impressão 3D para produção industrial. Nossa atuação no segmento, por enquanto, está concentrada na Alemanha, mas os clientes brasileiros podem ter acesso às soluções por intermédio das equipes locais”, informa.

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