Responsável: Prof.  Jonas de Carvalho
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Introdução

  Nos últimos anos surgiu uma nova família de máquinas altamente inovadoras que permitem, com tecnologias e materiais diferentes, obter um protótipo de um modelo ou de um molde, de maneira precisa e rápida a partir do modelo sólido gerado no sistema CAD 3D. Tais máquinas, conhecidas como máquinas de Prototipagem Rápida, permitem obter peças físicas acabadas, de modo automático, de qualquer forma e em dimensões finais, com complexidade e detalhes que não permitiriam sua obtenção em máquinas convencionais de usinagem, ou tornariam sua execução demorada ou complexa em centros de usinagem numericamente comandados. Dessa forma, tais máquinas possibilitam uma maior velocidade e menor custo na obtenção de protótipos se comparado aos processos tradicionais de usinagem. Além disso, em certos casos estas técnicas permitem a obtenção de matrizes capazes de produzir uma quantidade limitada de peças, ideal para o emprego na produção de lotes pilotos. Tal tecnologia possibilita que as empresas possam desenvolver produtos mais rapidamente (menor time to market) e com menor custo, e, principalmente, com um acréscimo na qualidade por meio de uma melhor avaliação do projeto. Leva também à uma diminuição das incertezas e riscos . É o caso do ferramental, por exemplo, cujo risco de perda por falhas no projeto diminui drasticamente e também, do produto que, uma vez tornado físico pode ser melhor avaliado antes da decisão de dar continuidade ao seu desenvolvimento.
 

Segundo Wohlers (1998), o custo das mudanças de projeto ao longo do ciclo de desenvolvimento do produto, aumenta aproximadamente em cerca de uma ordem de magnitude conforme passa-se de uma fase para a seguinte conforme indicado na figura 1.

 
 

Figura 1 – Custo de alteração de projeto ao longo de ciclo de desenvolvimento do produto (Wohlers, 1998).
 

Conceitos

Prototipagem Rápida é uma tecnologia que possibilita produzir modelos e protótipos diretamente a partir do modelo sólido 3D gerado no sistema CAD. Ao contrário dos processos de usinagem, que subtraem material da peça em bruto para se obter a peça desejada , os sistemas de prototipagem rápida geram a peça a partir da união gradativa de líquidos, pós ou  folhas de papel. Camada por camada, a partir de seções transversais da peça obtidas a partir do modelo 3D, as máquinas de prototipagem rápida produzem peças em plásticos, madeira, cerâmica ou metais. Os dados para as máquinas de prototipagem são gerados no sistema CAD no formato STL , que aproxima o modelo sólido por pequenos triângulos ou facetas. Quanto menor forem estes triângulos, melhor a aproximação da superfície, ao custo naturalmente de maior tamanho do arquivo STL e tempo de processamento. Um vez que o arquivo STL é gerado, as demais operações são executadas pelo próprio software que acompanha as máquinas de prototipagem rápida. Basicamente estes softwares irão, além de operações básicas de visualização, gerar as seções tranversais do modelo que será construído.  Tais dados são então descarregados para a máquina que irá depositar  as camadas sucessivamente até que a peça seja gerada.

As figuras 2 , 3 e 4 ilustram esquematicamente os processos de estereolitografia ( SLA), Sinterização seletiva (SLS - Selective Laser Sintering) e LOM ( Laminated Objet Manufaturing)
 
    

Figura 2 - Processo de Estereolitografia ( SLA – 3D Systems Inc.). ( http://www.3dsystems.com/)  

 

Figura 3 - Processo de Sinterização Seletiva ( SLS – DTM Corp.). ( http://www.dtm-corp.com/Technology/sls_process.htm )  
 

Figura 4 - Processo LOM. ( http://helisys.com/ )  

Histórico

Sistemas de Prototipagem rápida surgiram inicialmente em 1987 com o processo de estereolitografia (StereoLithography - SL) da empresa americana 3D Systems, processo que solidifica camadas (layers) de resina foto-sensível por meio de laser. O sistema SLA-1, o primeiro sistema de prototipagem disponível comercialmente foi um precursor da máquina SLA - 250, bastante popular nos dias de hoje. Após a empresa 3D Systems iniciar  a comercialização de máquinas SL nos EUA, as empresas japonesas NTT Data e Sony/D-MEC passaram a comercializar suas versões de máquinas de estereolitografia em 1988 e 1989, respectivamente. Em seguida, em 1990, a empresa Eletro Optical Systems - EOS na Alemanha, passou a comercializar o sistema conhecido como Stereos.

Logo após  vieram as tecnologias conhecidas como  Fused Deposition Modeling  (FDM) da empresa americana Stratasys, Solid Ground Curing (SGC) da israelense Cubital e Laminated Object Manufacturing (LOM), todas em 1991.  A tecnologia FDM faz a extrusão de filamentos de materiais termoplásticos camada por camada, semelhante à estereolitografia, só que utilizando um cabeçote de fusão do material em vez de cabeçote laser.  SGC , também trabalha com resina foto-sensível a raios UV, só que solidifica cada camada numa única operação a partir da utilização de máscaras criadas com tinta eletrostática numa placa de vidro. LOM solidifica e corta folhas de papel (atualmente folhas de termoplásticos reforçado com fibras)  usando laser controlado  por computador.

Sistemas de sinterização (Selective Laser Sintering - SLS) da empresa americana DTM e o sistema Soliform de estereolitografia da japonesa  Teijin Seiki  tornaram-se disponíveis em 1992. Usando calor gerado pelo laser , SLS funde pós metálicos e pode ser utilizado para obtenção direta de matrizes de injeção.
Em 1993, a americana Soligen comercializou o produto conhecido por Direct Shell Production Casting (DSPC), que utiliza um mecanismo de jato de tinta para depositar líquido agregante em pós cerâmicos para produção de cascas que podem por sua vez serem utilizados na produção de moldes e peças injetadas em Alumínio, processo este desenvolvido e patenteado pelo MIT (Massachussets Institute of Technology).

Em 1994 muitas outras tecnologias e sistemas surgiram:

 O sistema Personal Modeler 2100 da empresa BPM Technology (EUA) foi vendido comercialmente a partir de 1996 (BPM significa Ballistic Particle Manufacturing). A máquina produz peças a partir de um cabeçote a jato de cera. No mesmo ano a empresa Aaroflex (EUA) passou a comercializar o sistema SOMOS em estereolitografia da multinacional DuPont, e a empresas Stratasys (EUA) lançou seu produto Genisys, baseado em extrusão , similar ao processo de FDM, mas utilizando sistema de prototipagem desenvolvido no Centro de Desenvolvimento IBM (IBM´s Watson Research Center). No mesmo ano, após oito anos comercializando produtos em esterolitografia, a empresa 3D Systems (EUA) comercializou pela primeira vez seu sistema Actua 2100, sistema baseado em impressão a jato de tinta 3D. O sistema deposita materiais em cera camada por camada através de 96 jatos. No mesmo ano, Z Corp. (EUA) lançou o sistema Z402 3D para prototipagem baseado na deposição de pós metálicos  em 3D.
 

Outras tecnologias e empresas apareceram e desapareceram durante os anos. Companhias como a Light Sculpting (EUA), Sparx AB (Suécia) e Laser 3D (França) desenvolveram  e implementaram sistemas de prototipagem, mas não tiveram impacto industrial. Nos EUA, atualmente somente uma empresa estrangeira, a israelense Cubital, mantém escritórios de venda (Wohlers, 1998).

Aplicações

As técnicas de prototipagem rápida podem ser aplicadas às mais diversas áreas tais como, automotiva, aeronáutica, marketing, restaurações , educação, paleontologia e arquitetura. A figura seguinte ilustra como estas técnicas têm sido utilizadas nos EUA:   

Figura 5 – Aplicações de prototipagem rápida em diferentes áreas produto (Wohlers, 1998).

 

Figura 6 -  Exemplos de aplicação de técnicas de prototipagem rápida na fabricação de moldes.
 

 

Informações Adicionais - última verificação 11/11/1999   (voltar para início da página)

WOHLERS, T. (1998). Rapid Prototyping & Tooling  - Worldwide Progress Report, Colorado, USA 

CLARK, K.B., FUJIMOTO, T. (1991) Product development performance: strategy, organization and management in the world auto industry. Boston-Mass.: Harvard Business School Press. ( Disponível na biblioteca da FEA - USP ). 

 Sites Relacionados

The Rapid Prototyping Home Page: http://www.cc.utah.edu/~asn8200/rapid.html

 Wohlers Associates: http://www.wohlersassociates.com/

The Rapid Prototyping Database: http://www.icom.cz/mcltd/RPdatabase.html

Rapid Prototyping in Europe and Japan: http://itri.loyola.edu/rp/toc.htm
 

The world of Rapid Prototyping: http://ecoleing.uqtr.uquebec.ca/geniedoc/gmm/productique/rpworld.htm

 
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