Até bem pouco tempo atrás era difícil imaginar que uma impressora pudesse mudar a forma como objetos são feitos. Dos mais variados formatos, pequenos ou grandes, passaram a ser criados por impressoras, as impressoras 3D.
Elas têm revolucionado o mercado de tal forma que até mesmo residências já podem ser impressas de forma muito acessível. A impressora 3D funciona, basicamente, com a utilização de camadas sobrepostas.
Hoje, o custo dessas impressoras tem se tornado cada vez mais atrativo para diferentes empresas. Basta comparar com a década de 1990, na qual o valor poderia chegar até mesmo a 1 milhão de dólares com os dias de hoje, onde é possível encontrar modelos de 2 mil reais, por exemplo.
Curte tecnologia como a gente? Continue a leitura até o final!
O que é impressão 3D
Vertente da indústria 4.0, a impressão 3D não é algo tão recente assim! Na verdade, ela foi inventada há mais de 30 anos atrás, por Chuck Hull.
Também chamada de manufatura aditiva, essa família de processos visa obter objetivos por meio da adição de material em camadas até serem moldados à forma final — previamente desenvolvida e inserida no software da impressora 3D.
Tipos de impressão 3D
Antes de descobrir as finalidades dessa máquina, apresentaremos as principais técnicas de impressão 3D.
Fabricação com filamento fundido (FDM ou FFF)
Essa é a técnica mais utilizada no mercado, sobretudo por conta dos baixos custos. Por conta disso, uma grande parcela das impressoras 3D disponíveis no mercado são compatíveis com os filamentos.
Além disso, essa funcionalidade é a mais fácil de aplicar. O nome tem relação com o material utilizado nas impressões práticas, tratando-se de um filamento plástico que deve ser fundido para criar as peças.
Contudo, é preciso saber que ela também não possibilita muitos detalhes nas peças e ainda pode exigir um suporte, dependendo do que será feito.
Estereolitografia (SLA e DLP)
Essa modalidade é especialmente importante por ter sido desenvolvida diretamente pelo criador da máquina, Chuck Hull. Aqui, o processo consiste na utilização de um laser na resina líquida, logo, com a estereolitografia, há uma enorme riqueza de detalhes.
Além disso, a peça pode precisar passar por um tratamento mecânico e químico pós-impressão, destinado à retirada de resíduos, o que torna o custo de produção das peças bem mais caro, se comparado com a técnica FFF.
Sinterização Seletiva a Laser (SLS)
Técnica que possibilita a criação de objetivos com um bom número de materiais — até mesmo o nylon, por exemplo. Além disso, não demanda um suporte para fabricação das peças, o que permite elaborar itens com maior grau de complexidade
O laser utilizado nesta máquina consegue fundir pequenas partículas de um material em pó, o que ajuda na formação das camadas da peça.
Sinterização Direta de Metal a Laser (DMLS)
Aqui, é utilizado o metal como principal material. Para esse procedimento funcionar, é preciso contar com um laser destinado a fundir as partículas da matéria-prima, de forma a desenvolver as camadas da peça.
A principal vantagem dessa técnica é o desenvolvimento de objetos mais complexos, que seriam impossíveis de serem desenvolvidos nos modelos mais tradicionais, no entanto, tem um custo elevadíssimo.
Polyjet
O processo dessa técnica tem muito a ver com a impressão que utiliza jatos de tinta. Aqui, são utilizadas camadas de fotopolímero líquido diretamente em uma bandeja de montagem.
Desse modo, uma mesma peça pode ser impressa com cores e texturas diferentes, além de oferecer um belo acabamento.
Aplicações da impressora 3D
Podemos encontrar aplicações práticas das impressoras 3D em diversos campos, logo, utilizando uma gama completa de materiais e técnicas de impressão. Vejamos!
Medicina
Uma das aplicações de maior impacto de uma impressora 3D é na medicina. Isso porque essa tecnologia consegue criar inúmeros objetos destinados a ajudar em tratamentos e procedimentos diversos.
Assim, é possível imprimir uma prótese de braço, por exemplo, bem mais barata do que as opções que já existem no mercado, claro, usando a técnica de impressão 3D adequada.
Ademais, cientistas já estão trabalhando com modelos destinados à vértebra e até mesmo cartilagens.
Moda
Imagine adquirir um modelo de roupa pela internet e imprimi-lo na sua casa? Em 2011, os vestidos da holandesa Iris Van Herpen, impressos em 3D, figuraram entre as melhores invenções em uma seleção da revista norte-americana Time.
A estilista utilizou um computador e impressora para criar roupas, sapatos e acessórios, ao contrário do método mais comum, que envolve tesouras e fitas métricas.
Na abertura da Paralimpíada, no Rio de Janeiro em 2016, a atleta de snowboard Amy Purdy usava um vestido de impressão 3D desenvolvido com um poliuretano TPE termoplástico a base de elastômero, que permite o movimento.
Gastronomia
Bateu uma preguiça de cozinhar ou de sair para comprar comida? Se você pudesse simplesmente imprimir o que quer comer e se deliciar? Essa possibilidade está cada vez mais provável.
Imagem 01 – Comida impressa com impressora 3D.
Fonte: ALL3DP.
A impressora utiliza como ferramenta as cápsulas semelhantes aos cartuchos de tinta usados em impressoras de jato de tinta, com ingredientes para preparar um prato. Nela, existe uma tela touchscreen em que você mesmo seleciona o alimento.
Hoje, a impressora 3D Foodini já realiza a impressão de alimentos e já se encontra em mais de 60 países, se tornando cada vez mais popular.
Automobilismo
Engana-se quem pensa que as aplicações das impressões em três dimensões se limitam a pequenos objetos! Na verdade, é possível já imprimir bicicletas e até mesmo carros inteiros.
No caso das bicicletas, um exemplo é a Airbike, desenvolvida por diversas camadas de pó de nylon.
Outro é o resultado do trabalho da empresa Local Motors, responsável pelo Strati, o primeiro carro a ser produzido por impressora 3D.
O mais impressionante é que o projeto foi construído ao vivo, com a presença de visitantes, em um evento realizado em Chicago, em apenas 44 horas.
Aplicação na construção civil
Com tudo isso, será que não é possível utilizarmos essa tecnologia para imprimir residências? Pois então, a resposta é sim!
Na China, por exemplo, casas foram construídas com módulos de paredes criados por uma impressora 3D. Neste caso, o material utilizado era uma mistura de concreto e fibra de vidro, que segundo a empresa, por meio do processo utilizado, seria possível construir até 10 casas em menos de 24 horas.
Porém, não para por aí! Prédios também já foram construídos com tecnologia de impressão 3D. Em Dubai, já existe um prédio utilizado como escritório e considerado o primeiro edifício funcional impresso em 3D.
A construção tem em torno de 250m² e demorou 17 dias para ser impressa, dois dias para ser montada e, teve um custo de 140 mil dólares, girando em torno de 560 dólares por metros quadrado.
O trabalho envolvido, desde o monitoramento da impressora até a construção em si, resumiu-se a um grupo de sete pessoas para instalação dos componentes do prédio e mais uma equipe de dez especialistas em engenharia elétrica e mecânica.
O custo com a mão de obra foi reduzido em mais de 50%, quando em comparação com os edifícios convencionais de tamanho similar. O governo de lá prevê que até 2030, um quarto dos prédios construídos em Dubai sejam feitos utilizando a impressão 3D.
Esse plano tem como objetivo reduzir até 70% o custo da construção, 80% do custo da mão de obra e demorar um décimo do tempo que seria necessário se fossem utilizados os métodos tradicionais.
Contudo, vimos até aqui que a impressão 3D pode acelerar drasticamente a produção de tudo em nossa volta. Quando se trata de engenharia civil, a impressão 3D também oferece um grande potencial para construção de casas e edifícios, até mesmo para reparar nossas estradas e trabalhar em pontes e barragens. Impressionante, não é mesmo?
Como funciona essa construção?
Na maioria dos casos, as peças são impressas fora de um contexto de obras, para serem transportadas posteriormente ao local.
No entanto, já existem diversos projetos — inclusive no Brasil — em desenvolvimento e, alguns até em execução (impressão e ajuste do concreto) para que o processo possa ocorrer diretamente no canteiro.
Um projeto bem interessante é o do norte-americano Dr. Behrokh Khoshnevis, chamado Contour Crafting. Ele desenvolveu uma impressora capaz de lançar o concreto, de acordo com o modelo 3D, fazer a inserção do aço, das tubulações e dos dutos elétricos, ou seja, basicamente a construção completa!
A desvantagem do Contour Crafting é o tamanho da impressora, o que dificulta o transporte, a instalação e no caso da construção de edifícios mais altos, sua elevação.
Por isso, outra empresa, chamada Apis Cor, desenvolveu uma impressora menor, com 4×1,6×1,5 metro e 2 toneladas, que pode ser facilmente transportada e instalada.
Imagem 02 – Prédio feito com impressão 3D.
Fonte: APIS COR.
Ela é capaz de imprimir, a partir de um único ponto, uma área de 132 m². Quando o primeiro andar foi concluído, é só mover a impressora para o próximo pavimento e, assim por diante.
Quais são as etapas de desenvolvimento?
O primeiro passo é preparar o canteiro de obras. O ponto de instalação da impressora 3D e os cantos da construção que devem ser marcados, após, devem ser seguidas as etapas abaixo:
Instalando a impressora
Com a definição dos pontos já é possível instalar a impressora 3D, que vai demandar o auxílio de um guindaste. Juntamente dela, deve-se realizar a instalação da unidade de mistura e suprimento do concreto, que fará a mistura do pó com a água, fornecido na sequência para a impressora, ou seja, a “tinta” da impressora.
Após todas as conexões realizadas, é preciso nivelar a impressora com o solo. Os modelos de impressora 3D para construção civil possuem sistemas que auto regulam-se e permitem um desnível de até 5º.
Upload do modelo à impressora
O próximo passo é fazer o upload do modelo 3D da construção, por meio de uma conexão USB e alinhá-la com os pontos pré-determinados. Também é preciso mover o extrusor da impressora, utilizando o controle remoto ou o painel, para o marco inicial.
Isso porque o operador deve instalar um aparelho ultrassônico que permite a impressora analisar a superfície do local e fazer um mapa do relevo. Esse mapa será utilizado para que a impressora possa compensar todas as rugosidades e buracos existentes.
Início da impressão
A partir daí a impressão em 3D já pode ser iniciada! A impressora 3D começa imprimindo a forma da fundação e o operador vai colocando as inserções de fibra de vidro e os reforços conforme o projeto. O sistema avisa o operador da necessidade dessas instalações e não prossegue caso elas não estejam de acordo.
O processo de impressão é pausado e o concreto da impressora deve ser descarregado para evitar entupimento. A forma da fundação deve ser reforçada e preenchida, e todos os conectores instalados.
O processo só pode ser retomado após 12 horas, tempo necessário para o concreto adquirir resistência suficiente para a continuação da impressão. A fundação é impermeabilizada e o extrusor é trocado para as paredes serem impressas com uma superfície mais lisa.
Semelhantemente ao fundamento, ocorre a impressão das paredes, e, caso seja necessário, é possível realizar simultaneamente com a impressão das paredes, a impressão de uma forma de reforço estrutural, que será preenchida com concreto mais denso.
Quando a impressora chega na altura das janelas e portas, ela deixa uma área sem impressão para que as vergas sejam instaladas, permitindo também instalar camadas antitérmicas e de isolamento acústico.
A impressora deixa todos os espaços predeterminados para a passagem da tubulação e dos fios, que são instalados diretamente nas paredes impressas.
A pintura pode ser aplicada nas paredes sem a necessidade do chapisco e emboço, pois a superfície resultante é lisa. Para uma superfície mais plana, só é preciso a execução do reboco.
Vantagens e desvantagens da impressão 3D
Agora que você já conhece com mais detalhes todas as aplicações da impressora 3D, vamos apresentar as principais vantagens dessa ferramenta tão importante, acompanhe:
- Não há desperdício de material;
- Diminuição significativa de mão de obra e de erros de execução;
- Redução do tempo de construção. Uma casa de 100m² pode ser impressa em um dia;
- Consumo da impressora é de 8KW;
- O material utilizado é misturado no local, tem características similares ao concreto M250 e resistência da classe B20. Uma parede sem reforços suporta 550 kN;
- As paredes não precisam ser retas. Elas podem ser feitas em qualquer formato sem que haja adição de custo por isso. Dessa forma, os projetos podem se tornar mais adaptados às condições locais, como por exemplo o vento e posição do sol, além de optarem por um design diferenciado;
- A promessa da empresa é que as residências podem durar até 175 anos;
- Podem ser usadas mais de uma impressora 3D ao mesmo tempo, para cobrir uma área de impressão maior;
- Paredes têm isolação térmica e acústica. A resistência ao calor da parede abaixo é de 3.38 m².⁰C/W.
Mas como nem tudo é perfeito, também existem algumas desvantagens ao utilizá-la, que são:
Desvantagens
- A impressora 3D só pode ser utilizada com um concreto específico para não danificar o equipamento;
- A altura de impressão é limitada a 3,30 metros;
- Impressão das lajes entre pavimentos e dos telhados ainda está sendo desenvolvida;
- A recomendação da empresa hoje é que três seja o número máximo de pavimentos, porém, vale ressaltar que a tecnologia está em constante aprimoramento.
Entendendo os custos
O custo da impressão varia de acordo com diversos fatores, como a espessura da parede, tipo da mistura utilizada, entre outros.
Se pegarmos como exemplo uma parede com 300 mm de espessura, 1 m² de parede requer 0.093 m³ de concreto. O custo do concreto é de 6.000 a 9.000 rubles (331,00 a 496,50 reais) por metro cúbico. Portanto, 1 m² de parede custa em torno de R$ 30 a R$ 46.
Existem, no entanto, outras formas que podem ser utilizadas para poder economizar material.
Quanto ao equipamento, a empresa não está vendendo ou alugando. Conforme contato, o serviço oferecido é de cooperação com empresas que tenham conhecimento no mercado construtivo para implementar o projeto em diferentes regiões. Hoje, existem filiais dessa empresa em São Francisco (EUA), Moscou e Irkutsk (Rússia).
No Brasil também existem startups que estão desenvolvendo tanto a impressora quanto o concreto, como a Inova House 3D e a Urban 3D.
Quais foram os avanços da impressora 3D na construção civil
A grande maioria das indústrias já passou pelo processo de automatização, porém, a indústria da construção civil ainda utiliza métodos construtivos muito similares aos usados há 2.600 anos a.C., que consiste no empilhamento de tijolos cozidos.
Por isso, essa tecnologia chega em um momento muito promissor, o mercado já está fazendo a transição dos desenhos tradicionais em 2D para modelos 3D, por meio da tecnologia BIM.
Dessa forma, como pudemos ver no texto, a impressão 3D pode ser realizada facilmente a partir desses modelos BIM, reduzindo custos, desperdícios, erros, prazos, acidentes de trabalho e otimizando cada vez mais o processo construtivo.
Além disso, a impressora 3D também pode ser utilizada em diversos outros campos: na gastronomia, na medicina, na moda e até mesmo no automobilismo. A tendência é de que a tecnologia esteja cada vez mais presente e acessível.
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