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Impressão 3D – Tecnologias, materiais e aplicações

ISBN: 9789899101593

Autores: Francisco José Gomes da Silva, Flávio Bartolomeu, Teresa Duarte, Fernando Jorge Lino Alves, Outros

Editora: ENGEBOOK

Número de Páginas: 558

Idioma: Português

Data Edição: 2023

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Esta obra pretende ser uma referência atualizada no âmbito da Manufatura/Fabrico Aditivo/Impressão 3D em Portugal, com uma perspetiva alargada quanto a tecnologias, materiais e aplicações, desenvolvida de forma integrada e com objetivos predominantemente pedagógicos.
O objetivo fundamental é que, acompanhando os desenvolvimentos tecnológicos e de mercado, esta obra possa cobrir as necessidades presentes em termos didáticos e científicos, podendo evoluir em edições futuras, de forma a manter-se atualizada e pertinente.
NOTA DE ABERTURA
PREFÁCIO

1. INTRODUÇÃO E PRINCÍPIOS BÁSICOS
1.1. Princípios básicos da fabricação aditiva (FA)
1.2. Terminologia (ISO/ASTM 52900:2015)
1.3. Requisitos e recomendações para o projeto de peças por FA (ISO/ASTM 52910:2018)
1.4. Classificação dos processos e materiais (ISO 1729-2:2015)
1.5. Vantagens e desvantagens da fabricação aditiva
1.6. Evolução do mercado e campos de aplicação
Referências

2. EVOLUÇÃO CRONOLÓGICA DO PROCESSO E CASOS DE SUCESSO
2.1. Evolução cronológica do FA
2.2. Casos de sucesso no FA
Referências

3. SEQUÊNCIA DE OPERAÇÕES EM FABRICO ADITIVO
3.1. Desenho modelo 3D
3.2. Conversão de ficheiros para o formato STL
3.3. Transferência dos ficheiros para o equipamento de FA
3.4. Parametrização do equipamento de FA
3.5. Construção dos componentes através de FA
3.6. Pós-processamento de componentes obtidos através de FA
3.6.1. Remoção de suportes
3.6.2. Lixagem
3.6.3. Granalhagem
3.6.4. Pintura
3.6.5. Imersão em água ou solventes (Dipping)
3.6.6. Suavização através de vapor (Vapour smoothing)
3.6.7. Revestimento com epóxido
3.6.8. Remoção do pó
3.6.9. Remoção de componentes
3.6.10. Relaxação de tensões / Tratamento térmico
3.6.11. Prensagem isostática a quente
3.6.12. Maquinagem
3.6.13. Tratamentos superficiais
3.6.14. Inspeção e testes
Referências

4. PARÂMETROS NO FABRICO ADITIVO
4.1. Estudo de parâmetros utilizados essencialmente em processos baseados em leite de pó
4.1.1. Potência laser
4.1.2. Espaçamento de varrimento
4.1.3. Velocidade de varrimento
4.1.4. Estratégia de deposição
4.1.4.1. Estratégia de via única/traço único
4.1.4.2. Estratégia de "vaivém"
4.1.4.3. Estratégia de tabuleiro de xadrez
4.1.4.4. Estratégia de contorno e núcleo
4.1.4.5. Estratégia de pré-sinterização
4.1.5. Espessura da camada
4.1.6. Dimensão do pó
4.1.7. Diâmetro da projeção do feixe laser na superfície (spot diameter)
4.2. Influências cruzadas de parâmetros de deposição em FA em processos de leite de pó
4.3. Parâmetros relativos à tecnologia FDM
4.3.1. Orientação de construção
4.3.2. Espessura da camada
4.3.3. Ângulo/orientação de varrimento (raster)
4.3.4. Diâmetro do bico de extrusão/deposição
4.3.5. Velocidade de impressão
4.3.6. Temperatura de extrusão
4.3.7. Temperatura da plataforma
4.3.8. Densidade e estilo de preenchimento
4.3.9. Largura de varrimento
4.3.10. Espaço vazio
4.3.11. Orientação de varrimento
4.3.12. Espessura do contorno
Referências

5. SIMULAÇÃO E FÍSICA DO FABRICO ADITIVO
5.1. A importância da física do processo para a previsão da microestrutura e propriedades
5.2. A importância dos parâmetros do processo na microestrutura e propriedades
Referências

6. ENGENHARIA INVERSA NO PROJETO DE COMPONENTES
6.1. Engenharia Inversa: conceito
6.2. Tecnologias de levantamento de forma
6.2.1. Por contato
6.2.2. Sem contato
6.2.2.1. Fotogrametria
6.2.2.2. Projeção de luz estruturada
6.2.2.3. Perfilometria laser
6.3. Engenharia Inversa e a Medicina
Referências7. TECNOLOGIAS PARA FA COM POLÍMEROS E COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA
7.1. Estereolitografia (SLA)
7.1.1. Materiais para SLA
7.1.2. Áreas de aplicação
7.1.3. Vantagens e Desvantagens
7.2. Projeção Digital de Luz (Digital Light Processing-DLP)
7.2.1. Materiais para DLP
7.2.2. Áreas de aplicação
7.2.3. Vantagens e Desvantagens
7.3. Sistema de Luz Digital (Digital Light Synthesis)
7.4. Sisterização Seletiva por Laser (Selective Laser Sintering-SLS)
7.4.1. Materiais para SLS
7.4.2. Áreas de aplicação
7.4.3. Vantagens e Desvantagens
7.5. Modelação por Extrusão e Deposição de Plástico (Fused Deposition Modelling-FDM)
7.5.1. Materiais para FDM
7.5.2. Áreas de aplicação
7.5.3. Vantagens e Desvantagens
7.6. Jato de Metrial (Material Jetting-MJ)
7.6.1. Materiais para MJ
7.6.2. Áreas de aplicação
7.6.3. Vantagens e Desvantagens
7.7. Processo por Jato de Cola (Binder Jetting printing process-BJ)
7.7.1. Materiais para BJ
7.7.2. Áreas de aplicação
7.7.3. Vantagens e Desvantagens
7.8. Tecnologia Multi Jet Fusion (MJF)
7.8.1. Materiais para MJF
7.8.2. Áreas de aplicação
7.8.3. Vantagens e Desvantagens
7.9. Laminated Object Manufacturing (LOM) e Selective Deposition Lamination (SDL)
7.9.1. Materiais para LOM
7.9.2. Áreas de aplicação
7.9.3. Vantagens e Desvantagens
Referências
Bibliografia de consulta
Referências de figuras e tabelas

8. TECNOLOGIAS DE FABRICO ADITIVO DE METAIS
8.1. Fusão de leito de pó
8.1.1. Fusão por Feixe de Eletrões (Electron Beam Melting – EBM)
8.1.2. Fusão Seletiva por Laser (Selective Laser Melting – SLM)
8.2. Deposição por energia direcionada
8.2.1. Deposição Laser Direta (Direct Laser Deposition – DLD)
8.2.2. Comparando a Deposição Laser Direta com EBM e SLM
8.3. Deposição de aglutinante em leito de pó (Binder Jetting – BJ)
8.4. Adição ultrasónica de lâminas (Ultrasonic additive manufacturing – UAM)
8.5. Deposição aditiva usando fricção (Additive Friction Stir Deposition – AFSD)
Referências
Referências de figuras e tabelas

9. TECNOLOGIAS PARA FABRICO ADITIVO COM CERÂMICOS
9.1. Introdução
9.2. Generalidades do processamento por FA de materiais cerâmicos
9.3. Tecnologias de FA de materiais cerâmicos
9.3.1. Tecnologias indiretas de FA
9.3.1.1. Impressão 3D baseada em Pó (P-3DP)
9.3.1.2. Sinterização Seletiva a Laser à base de pó (P-SLS)
9.3.1.3. Estereolitografia (SL)
9.3.1.4. Processos que utilizam barbotinas: S-3DP e S-SLS
9.3.1.5. Fabrico de Objetos Laminados (LOM)
9.3.2. Tecnologias diretas de FA
9.3.2.1. Impressão Direta por Jato de Tinta (DIP)
9.3.2.2. Impressão 3D por Extrusão de Filamento: Robocastring, Gravação Direta de Tinta (DIW), Modelação por Deposição Fundida (FDM)
9.3.3. Tecnologias de FA negativas
9.4. Desenvolvimentos futuros
Referências

10. FABRICO ADITIVO DE COMPONENTES MULTIMATERIAL
10.1. Conceito e vantagens
10.2. Materiais, processos e aplicações
10.2.1. Multimaterial de matriz polimérica
10.2.2. Multimaterial metal-cerâmico
10.2.3. Multimaterial metal-metal
10.3. Principais desafios e trabalho futuro
Referências

11. FABRICO HÍBRIDO
11.1. Conceito e vantagens
11.2. Equipamentos e exemplos práticos
11.3. Desafios futuros
Referências
Referências de figuras e tabelas

12. TECNOLOGIA DE CONVERSÃO DE MODELOS
12.1. Conversão direta
12.2. Conversão indireta
12.2.1. Moldes em silicone
12.2.2. Moldes rígidos em resina
12.2.3. Injeção de ceras
12.2.4. Fabrico das carapaças
12.3. Conversão de protótipos em peças plásticas
12.4. Conversão de protótipos em peças metálicas
12.5. Conversão de protótipos em peças cerâmicas e de vidro
Referências13. ÁREAS DE APLICAÇÃO DO FABRICO ADITIVO
13.1. Indústria do calçado
13.2. Arquitetura e construção civil
13.3. Design industrial
13.4. Covid-19
13.5. Design de moda
13.6. Indústria de torneiras
13.7. Ourivesaria, joalharia e bijutaria
13.8 Indústria de transportes
13.9. Indústria de fundição
13.10. Indústria da cerâmica decorativa e sanitária
13.11. Área médica
13.12. Indústria alimentar
13.13. Ensino e investigação
13.14. Indústria de madeiras
13.15. Indústria Náutica
13.16. Automação Industrial e robótica
13.17. Industria de moldes
13.18. Indústria aeronáutica
Referências de figuras e tabelas

14. GUIA PARA A SELEÇÃO DO PROCESSO MAIS ADEQUADO
14.1. Seleção do processo em função da natureza do material
14.2. Seleção do processo em função da utilização
14.3. Seleção do processo em função da aparência visual
14.4. Seleção do processo pelas capacidades produtivas
Referências
Outras bibliografia consultada

15. APLICAÇÕES INFORMÁTICAS PARA FABRICAÇÃO ADITIVA E PARÂMETROS DE IMPRESSÃO 3D
15.1. Introdução
15.2. Sistema de fatiamento e geração das camadas do objeto
15.3. Parâmetros de impressão 3D
15.3.1. Altura da camada de impressão 3D
15.3.2. Largura da linha
15.3.3. Espessura da parede do modelo
15.3.4. Preenchimento da superfície interna (Infill)
15.3.4.2. Percentagem de preenchimento
15.3.5. Configuração e geração de estruturas de suporte
15.3.5.1. Parâmetros de configuração das estruturas de suporte
15.3.6. Configurações de adesão à plataforma de construção
15.3.6.1. Aba (Brim)
15.3.6.2. Jangada (Raft)
15.3.6.3. Saia (skirt)
15.3.7. Configuração do material de impressão
15.3.7.1. Diâmetro do Filamento
15.3.7.2. Fluxo
15.3.7.3. Temperatura de impressão
15.3.7.4. Outros parâmetros
15.3.8. Configuração de velocidade de extrusão
15.3.9. Velocidade de movimentos no vazio
Referências
Referências de figuras e tabelas

16. OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA
16.1. Conceito de optimização topológica e aplicabilidade ao FA
16.2. Exemplo de aplicação da optimização topológica
16.3. Resultados de outros casos de estudo
Referências

17. MÉTODOS DE TESTE EM COMPONENTES OBTIDOS POR FABRICO ADITIVO
17.1 Controlo
17.2. Ensaios de componentes obtidos por FA
17.2.1. Aparência
17.2.2. Textura superficial
17.2.3. Cor
17.2.4. Dimensões e tolerâncias dimensionais e geométricas
17.2.5. Dureza
17.2.6. Resistência à tração
17.2.7. Resistência ao impacto
17.2.8. Resistência à compressão
17.2.9. Resistência à flexão
17.2.10. Resistência à fadiga
17.2.11. Fluência
17.2.12. Envelhecimento
17.2.13. Coeficiente de atrito e desgaste
17.2.14. Resistência ao corte
17.2.15. Resistência à propagação de uma fenda
17.2.16. Densidade
17.2.17. Exame radiográfico e tomografia computorizada
17.2.18. Líquidos penetrantes
17.2.19. Magnetoscopia
Referências

18. DEFEITOS NA IMPRESSÃO 3D DE METAIS EM LEITO DE PÓ
18.1. Defeitos no FA de metais em leito de pó
18.1.1. Porosidade
18.1.2. Fissuração
18.1.2.1. Fissuração na solidificação
18.1.2.2. Fissuração de liquação
18.1.2.3. Fissuração por baixa ductilidade
18.1.2.4. Fissuração no reaquecimento após produção
18.1.2.5. Fissuração por envelhecimento
18.1.2.6. Fissuração lamelar
18.1.2.7. Fissuração induzida pelo hidrogénio
18.1.3. Distorção e falta de precisão geométrica
18.1.4. Rugosidade
18.1.5. Perda de elementos de liga
Referências

19. PERSPETIVAS DE MERCADO
19.1. Limitações atuais à evolução dos processos de FA e oportunidades
19.2. Perspetivas de crescimento para o FA
19.2.1. Indústria aeroespacial e aeronáutica
19.2.2. Indústria médica
19.3. Expectativas de desenvolvimento por classe de materiais
19.3.1. Expetativas para o FA com materiais poliméricos
19.3.2. Expetativas para o FA com ligas metálicas
Referências

ÍNDICE DE FIGURAS E TABELAS
NOTAS SOBRE OS AUTORES
Coordenada pelo Prof. Francisco Silva (ISEP-IPP), esta obra conta com a participação de Professores especialistas nesta matéria, de instituições de ensino superior como a Universidade de Aveiro (UA), a Universidade do Porto (UP), a Universidade do Minho (UM), o Instituto Politécnico do Cávado e do Ave (IPCA), o Instituto Politécnico do Porto (IPP) e a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC/ Brasil).
Restantes autores desta obra: Flávio Bartolomeu, Teresa Duarte, Jorge Lino Alves, Georgina Miranda, Rui Neto, António Bastos Pereira, Carlos Relvas, Leonardo Santana e Miguel Terroso.

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