Ice creme. Moléculas para medicina. Até mesmo células humanas. A lista dos materiais que são usados na impressão em 3D cresce mais – e muito mais interessante – por dia. E a sua expansão é agora uma corrida armamentista de material multibilionário.
Um estudo de mercado da impressão em 3D recentemente lançado descobriu que o desenvolvimento tecnológico acelerará o valor do mercado da impressão em 3D do seu nível de 2017 de 6,98 mil milhões de dólares para 12 mil milhões de dólares até ao final de 2018. Isto significa um enorme aumento nos materiais que essas máquinas utilizam.
O plástico ainda reina supremo no mundo dos materiais de impressão em 3D. De acordo com um relatório da SmarTech Markets Publishing, a impressão em 3D deverá gerar $1,4 mil milhões de dólares em vendas de plásticos até 2019. Este não é apenas o seu plástico “quotidiano”. A indústria está amplamente a experimentar novas e inovadoras abordagens, tais como resinas biológicas feitas de milho e óleo de soja.
Mas não pára aí no mundo dos materiais de impressão em 3D.
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Metal Mania
Se houvesse um segundo classificado para o plástico, seria o metal. A sinterização directa a laser de metal (DMLS) é a técnica e, ao contrário da impressão de plásticos, pode ser utilizada para fazer quer um produto industrial acabado quer um protótipo. A indústria aeronáutica já é uma das primeiras defensoras e consumidoras da impressão de DMLS para racionalizar as operações e fabricar peças prontas a instalar. Já existem mesmo impressoras DMLS de mercado em massa para a criação de jóias.
O crescimento e popularidade da impressão 3D de metais detém o potencial para fabricar e criar peças de máquinas mais eficazes que actualmente não podem ser produzidas em massa no local. Isto poderia levar a melhores condutores, resistência à tracção e outros atributos dos metais de laboratório do que metais “extraídos e refinados” como o aço e o cobre.
Na indústria aeroespacial, a questão dos materiais é amplamente respondida, e a criação de volume de peças é o Santo Graal. A GE Aviation começará a imprimir injectores para o seu motor a jacto LEAP em 2016 e aumentará para cerca de 35.000 por ano, apenas quatro anos depois disso. É o maior e mais ambicioso projecto de fabrico de aditivos jamais empreendido por qualquer pessoa na indústria.
The Newcomers: Graphite e Graphene
Australian-listed graphite and nickel miner Kibaran Resources fez uma parceria com a empresa gráfica 3D Group para partilhar os custos de desenvolvimento num empreendimento de investigação e desenvolvimento chamado 3D Graphtech Industries.
A parceria está a procurar patentes para investigar a impressão 3D de grafite e grafeno, uma forma pura de carbono criada pela primeira vez num laboratório em 2004. O grafeno conduz melhor a electricidade, é mais forte, mais fácil de isolar, e mais leve do que outros condutores no mercado actual. Tem um desempenho superior mesmo aos melhores condutores várias vezes. Como deve ser criado num laboratório, é um bom estudo de caso para determinar que tipo de produção em massa de aditivos metálicos pode realizar.
Os materiais para investigação e desenvolvimento provêm das minas tanzanianas de Kibaran, onde foi encontrada grafite com elevada cristalinidade e uma pureza de 99,9% de carbono. Isto é incrivelmente adequado à produção de grafeno.
A indústria de semicondutores está interessada em produzir também grandes quantidades de grafeno. Por exemplo, a IBM encontrou recentemente uma forma de o utilizar para iluminação LED. A capacidade de impressão 3D de folhas de material para utilização em LEDs reduziria seriamente os custos de produção de iluminação.
Fibra de carbono: As Strong As Steel?
Related to graphite, a fibra de carbono (que sofre um processo de oxidação que estica o polímero) pode ser adicionada ao plástico mais tradicional para criar um composto que pode ser tão forte como o aço mas menos intensivo de usar do que o alumínio, diz Markforged. As impressoras 3D de grande formato da empresa são concebidas para imprimir peças mais fortes mais rapidamente e a custos significativamente mais baixos.
Meanwhile, startup Impossible Objects tem também explorado a fibra de carbono, bem como o vidro, Kevlar, e a fibra de vidro. A impressora da empresa também pode trabalhar com polímeros termoplásticos PEEK (polieter ether ketone), que são tipicamente utilizados para rolamentos, peças de pistão, e instalação de cabos eléctricos.
Preciso de uma Nova Impressora 3D para estes Materiais?
Então à medida que a lista de materiais cresce, o que é que isto significa para o hardware real? Neste momento, ao nível do consumidor, o plástico é tão bom quanto possível. Por exemplo, o Dremel 3D20 $899 está limitado a um tipo de material de impressão, um polilactida comum (PLA). O PLA é um plástico biodegradável feito de renováveis como o amido de milho.
Existem hoje várias impressoras inteiramente focadas em DMLS, incluindo o 3DSystems ProX 300 e vários modelos da Stratasys, mas estas custam actualmente mais de $100.000 cada, porque as impressoras DMLS queimam muito mais quente do que as suas homólogas de plástico, uma vez que os pós e metais que criam têm pontos de fusão mais altos. Caixas mais fortes e ferramentas de fundição industrial mais poderosas aumentam significativamente os seus custos.
Embora muitos fabricantes de impressoras 3D estejam a oferecer serviços de impressão em metal 3D, levará algum tempo até que as economias de escala que ajudaram a baixar o custo da impressão em plástico 3D afectem o mercado de DMLS. E os sistemas de impressão em 3D com fibra de grafite/carbono começam agora a ganhar tracção no mercado.
A diversidade de aplicações que as indústrias estão a explorar para a impressão em 3D faz com que o tempo seja excitante mas tumultuoso. Desde peças a jacto até iluminação, os novos (e “antigos”) materiais irão proporcionar ainda mais oportunidades de como e o que as indústrias imprimem.
Este artigo foi actualizado. Foi originalmente publicado em Novembro de 2014.