Engenheiros da Lockheed Martin anunciaram recentemente uma inovação no domínio da indústria aeroespacial. Utilizando tecnologias de impressão 3D, conseguiram imprimir cúpulas de tanques de combustível para satélites com diâmetros de mais de um metro. O processo de impressão demorou cerca de quarenta horas, utilizando manufactura aditiva por feixe de electrões. Esta técnica de impressão 3D solidifica titânio em pó construindo, camada a camada, a peça a imprimir.

De acordo com a empresa, este foi um novo recorde de impressão 3D de grandes volumes. Apesar do tempo que demorou, a introdução desta técnica no processo de fabricação de motores de satélites diminui em mais de 80% o tempo usualmente necessário para a construção destes equipamentos.

Para além da redução de tempo de fabricação, a introdução destas tecnologias permite aos construtores tirar partido de outras valências da impressão 3D: diminuição de desperdício no processo de fabricação, e maior fiabilidade estrutural das peças. Sendo uma tecnologia de manufactura aditiva, utiliza apenas o material que a peça realmente necessita, ao invés de tecnologias de manufactura tradicional, onde com maquinação se desbastam blocos de matéria até se obter a forma da peça. Os restos desses processos de fabricação nem sempre podem ser reciclados, mas na manufactura aditiva esse problema não se coloca.

A técnica de manufactura aditiva, com a deposição camada a camada de material fundido por extrusor, laser ou feixe de electrões, tem outras vantagens. Não desbastando blocos de material, os seus interiores podem ser ocos ou com estruturas internas de reforço, com diminuição do peso das peças. Na indústria aeroespacial, a aplicação destas técnicas permite fabricar peças mais leves, que aplicadas em aviões diminuem as necessidades de combustível para voar.

Este processo de fabricação camada a camada traz outra vantagem. Peças complexas podem ser impressas por inteiro, em vez de em elementos separados, posteriormente unidos por soldaduras, que poderão provocar pontos fracos. O resultado são peças complexas mais leves e resistentes do que as obtidas por maquinação tradicional.

Estes desenvolvimentos mostram a maturidade das tecnologias de manufactura aditiva, popularizadas com o nome de impressão 3D. É uma tecnologia que nos parece muito recente, que chegou há relativamente pouco tempo ao olhar do público. Na verdade, é uma tecnologia madura, cujas primeiras patentes datam dos anos oitenta do século XX, com Hideo Kodama no Japão a patentear a primeira técnica de fabricação por solidificação de polímeros, e nos Estados Unidos com as patentes de Chuck Hull para a estereolitografia e Scott Crump para a fabricação por deposição de filamento fundido.  A impressão 3D para utilizadores caseiros e generalista é recente, mas nos domínios da indústria esta tecnologia tem já muitas aplicações comerciais.

A impressão 3D costuma atrair o olhar mediático pelo seu lado mais bombástico. São comuns as notícias de impressoras capazes de imprimir casas, pontes ou comida. Não são falsas. Projetos e testes de impressão de edifícios são bastante comuns. Amsterdão irá em breve receber a primeira ponte pedonal sobre um dos seus canais, impressa em 3D pelo projeto MX3D.

As notícias que mais chamam a atenção falam da possibilidade de utilizar impressoras 3D para imprimir armas de fogo alarmam o público.  Recentemente, a empresa americana Defense Distributed pareceu vencer uma longa batalha nos tribunais americanos, numa disputa legal que ainda não terminou, possibilitando a partilha online de planos e ficheiros 3D para impressão da arma que designam Liberator. Apesar do óbvio risco de proliferação de armas de fogo contido nesta decisão, convém observar que os materiais de impressão 3D disponíveis para uso caseiro não apresentam a resistência necessária para uso como arma. Utilizar PLA seria um convite à mutilação e o ABS não garante tiros sem que os componentes se derretam. PLA (polímero constituído por ácido poliláctico) e ABS (acrilonitrila butadieno estireno) são os materiais comuns de impressão 3D para impressoras de fusão de filamento. Apenas impressoras 3D de nível industrial, capazes de imprimir em metal, poderiam garantir que uma arma deste género fosse bem sucedida. Esse tipo de equipamentos tem custos demasiado elevados para os utilizadores comuns.

Entre o interessante e o preocupante, este tipo de olhar sobre a impressão 3D é distrativo do seu verdadeiro potencial. Ter acesso a impressoras 3D, aliado a capacidades de concepção e modelação 3D, permite a cada um de nós criar os seus próprios objetos. As experiências sucedem-se, em vertentes que vão do uso artístico ao utilitário. No mundo da educação, o seu impacto é tremendo. Utilizar modelos impressos em 3D na sala de aula é um excelente auxiliar de aprendizagens, permitindo aos alunos tocar e sentir objetos que tangibilizam conceitos abstratos e complexos, nas ciências e matemáticas. Nas artes, é uma forma de se conseguir compreender volumetrias de obras de arte que até agora só estão acessíveis através de reprodução por imagem.

Na educação, o maior potencial desta tecnologia é despertado pela combinação com aprendizagem de modelação 3D. Alunos que experimentem aprender estas tecnologias abrem novos horizontes nas áreas CTEM (acrónimo de Ciências, Tecnologia, Engenharia e Matemáticas), aprendendo a utilizar o 3D para criar os seus próprios materiais. A médio prazo, quando chegarem ao mercado de trabalho, têm ao seu dispor mais uma tecnologia com potencial no empreendedorismo.

Apesar deste potencial, e da imagem projetada nos media, a impressão 3D generalizada está longe de se generalizar. Os equipamentos de utilização amigável são ainda muito caros, enquanto que os mais baratos estão pensados para as comunidades maker, que gostam do desafio de assemblar estes equipamentos. As gamas de materiais disponíveis, apesar de em constante desenvolvimento, estão limitadas a alguns tipos de termoplásticos. O processo de impressão é lento, desmotivando utilizadores, e as peças requerem acabamentos e pós-processamento.

Nas indústrias, já não é o caso. Podemos apontar exemplos avançados, a Airbus imprime em 3D peças estruturais das aeronaves A400M e A350, e elementos de cabine nos aviões da série A320. Em Itália, a empresa Avio Aero imprime em 3D peças para as turbinas dos motores de avião da General Electric. Na Agência Espacial Europeia, vários centros de investigação exploram ativamente o desenvolvimento de técnicas de manufatura aditiva para satélites e naves espaciais.

A Thales Alenia utiliza peças impressas em 3D nos satélites que produz. A NASA já testou motores de foguetão  impressos em 3D, enquanto a SpaceX de Elon Musk já utiliza peças impressas em 3D nos motores dos seus foguetões. Estes desenvolvimentos estão na vanguarda da inovação tecnológica, mas as indústrias mais tradicionais também têm sabido tirar partido da manufactura aditiva.

Por cá, para além das empresas portuguesas pioneiras que desenvolvem tecnologias de impressão 3D, a Autoeuropa é um caso de estudo na integração de impressão 3D no fluxo de produção para a  indústria automóvel. Não imprimem peças de automóveis, por enquanto, mas utilizam peças impressas em 3D para auxílio à fabricação na linha de montagem. São peças descartáveis, que permitem aos operários alinhar corretamente componentes dos veículos, ou montá-los sem risco de provocar danos. Antes de utilizar impressão 3D para estas peças, estas tinham de ser adquiridas em lotes no estrangeiro, aumentando os custos de produção e com riscos de paragem de linha de produção caso atrasos na entrega.

As indústrias aeroespacial, automóvel e robótica têm sido as principais utilizadoras de técnicas avançadas de impressão 3D. O potencial de prototipagem rápida e produção personalizada já é explorado nas indústrias tecnológicas, arquitetura e design. Até a moda já experimenta utilizações de impressão 3D. Na medicina, entre a impressão de tecidos vivos à preparação de operações cirúrgicas complexas com estudo prévio de modelos impressos em 3D dos órgãos dos pacientes, as tecnologias de manufactura aditiva já estão a auxiliar os profissionais de saúde a salvar vidas.

A promessa de democratização e acessibilidade global da impressão 3D, que anima aqueles que se dedicam a desenvolver tecnologias e aplicações para os utilizadores comuns, está ainda longe de ser cumprida, se é que alguma vez o será. Por entre a diversidade de possibilidades de fabricação num mundo globalizado, o conceito de ter uma impressora 3D em todos os lares não leva em conta o fato de nem sempre esta tecnologia ser a resposta mais eficaz para problemas, ou que nem todos os utilizadores potenciais estão interessados em esperar horas para que uma peça seja impressa. É na personalização extrema, na possibilidade de cada utilizador criar os seus objetos, à sua medida e estética pessoal, que esta tecnologia revela o seu potencial. Entretanto, uma enorme diversidade de instituições, entre Fablabs, startups, centros de investigação, e empresas de vanguarda tecnológica está a levar cada vez mais longe as capacidades da manufactura aditiva como técnica de produção industrial.

Por Artur Coelho,

Desenho 3d

(Professor de TIC, Mestre em Informática Educacional, Pós-graduação em Programação e Robótica, e formador/colaborador do Lab Aberto)

Nota: Aceite a sugestão do Bit2Geek e leia “Voyager Mission Control: Por favor enviem-nos mais Chuck Berry!”