A impressão 3D tornou-se uma tecnologia muito mais popular, com máquinas de impressão disponíveis em praticamente todos os preços. A maioria das pessoas que deseja uma impressora 3D provavelmente pode encontrar um modelo que possa pagar. Apesar disso, a impressão 3D ainda é tão nova que poucas pessoas sabem como ela funciona. 

É por isso que agora é um bom momento para responder à pergunta “ Como^(How) funciona a impressão 3D?”. Há uma boa chance de você ter que usar um eventualmente!

Impressão 3D aditiva vs subtrativa^{(Additive vs Subtractive 3D Printing)}

Existem duas grandes categorias de impressão 3D. As impressoras 3D que você pode comprar são quase todas máquinas “aditivas”. Em outras palavras, eles constroem objetos 3D adicionando material (geralmente em camadas) até que o objeto esteja completo. As impressoras 3D que as pessoas pensam quando ouvem “impressora 3D” são quase sempre da variedade aditiva.

A impressão 3D subtrativa é muito diferente. Aqui você começa com uma quantidade fixa de material e, em seguida, remove o material até restar apenas o objeto acabado. Um escultor fazendo uma estátua de mármore está usando um método subtrativo. As máquinas subtrativas geralmente são encontradas em grandes oficinas e ambientes industriais. Os sistemas de fresagem CNC^(CNC) (controle numérico computadorizado) são provavelmente o exemplo mais conhecido.

Vamos nos concentrar apenas em máquinas aditivas daqui em diante, já que elas são relevantes para o consumidor médio. Apenas saiba que as máquinas subtrativas pertencem à mesma família estendida de impressoras 3D que você pode colocar em uma mesa.

Modelagem por deposição fundida, estereolitografia e sinterização seletiva a laser^{(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)}

Os três principais métodos de impressão 3D aditiva são FDM (modelagem por deposição fundida), estereolitografia ( SLA ) e sinterização seletiva a laser ( SLS ).

A impressora FDM da Vinci^{(The da Vinci FDM Printer)(The da Vinci FDM Printer)}

O FDM^(FDM) é o sistema de nível de consumidor mais comum. Com estes tipos de impressoras, um filamento de material passa por uma cabeça de impressão quente. A cabeça de impressão é posicionada com precisão no espaço 3D e deposita uma camada de material de acordo com as instruções programadas exatas. Existem diferentes abordagens para o FDM , mas chegaremos a isso em breve.

A impressora SLA Nobel^{(The Nobel SLA Printer) (The Nobel SLA Printer )}

A estereolitografia^{(Stereolithography)} é muito menos comum em sistemas de consumo. Essas impressoras usam lasers para curar uma resina líquida em um material plástico sólido. Normalmente, o objeto é “puxado” de uma cuba de resina, formando camada por camada à medida que sobe do material. Nos últimos anos, as impressoras SLA tornaram-se mais compactas e acessíveis. Portanto, é uma alternativa real às impressoras FDM , dependendo do tipo de modelo final que você escolher.

^(Selective)A sinterização seletiva a laser ( SLS ) usa um poderoso laser para fundir um pó de polímero. O próprio pó atua como uma estrutura de suporte para a impressão, portanto esse tipo de impressão não precisa de andaimes especiais. O SLS^(SLS) não é um tipo de FDM que você encontrará na área de trabalho. Ainda é uma tecnologia industrial por enquanto.

Impressoras Robô Cartesianas e Delta^{(Cartesian & Delta Robot Printers)}

Uma impressora robô Delta^{(A Delta Robot Printer)(A Delta Robot Printer)}

O tipo mais comum de impressora FDM é a impressora 3D cartesiana. O nome refere-se a coordenadas cartesianas. Essas são as coordenadas XYZ que todos aprendemos na escola. A cabeça de impressão pode ser movida para qualquer coordenada XYZ dentro do espaço do volume de impressão. A matemática é simples, as impressoras são bastante acessíveis e a qualidade de impressão é precisa. 

No entanto, dependendo da granularidade das coordenadas XYZ, as superfícies curvas podem não ser tão lisas quanto poderiam ser, exigindo algum trabalho de acabamento manual.

As impressoras de robôs Delta^(Delta) adotam uma abordagem diferente. A cabeça de impressão é montada em três braços que correm em três trilhos. Variando a altura de cada braço, a cabeça de impressão pode oscilar. Este design permite que a cabeça de impressão balance em curvas reais e também permite que objetos altos sejam impressos dentro do volume de impressão.

Basicamente, quanto mais longos os trilhos, mais alto o modelo pode ser. Em vez de coordenadas XYZ, as impressoras de robôs delta usam trigonometria para calcular a posição da cabeça de impressão. O resultado final é que elas não conseguem atingir a mesma resolução de impressão das impressoras cartesianas.

Para realmente entender o conceito de robô delta, você precisa vê-lo em ação. Dê uma olhada neste vídeo de Johann Rocholl e você rapidamente entenderá o conceito.

Observe^(Notice) a articulação nos braços e como o cabeçote de impressão pode se mover livremente e suavemente.

Materiais da impressora 3D^{(3D Printer Materials)}

As impressoras 3D usam uma variedade de materiais, mas existem dois plásticos que são de longe os mais comuns em aplicações de consumo: ABS e PLA .

O ABS^(ABS) ( Acrilonitrila Butadieno Estireno^{(Acrylonitrile Butadiene Styrene)} ) é exatamente o mesmo plástico de que são feitos os tijolos LEGO . Este plástico é suscetível a empenar ao resfriar e precisa de uma impressora com mesa de impressão aquecida. É bastante resistente a impactos, mas não particularmente forte. É adequado para fazer peças de protótipo e até peças finais que não suportam carga.

PLA ( Ácido Polilático^{(Polylactic Acid)} ) tem um baixo ponto de fusão, não empena muito, é fácil de trabalhar e tem menos impressões com falhas. Também é muito frágil para qualquer uso prático, mas é brilhante para criar modelos suaves e detalhados que devem ser vistos apenas.

A boa notícia é que a maioria das impressoras 3D de consumo trabalhará com esses dois materiais baratos. Assim, você pode alterá-los conforme suas necessidades.

O filamento de nylon^(Nylon) é outra opção e existem até impressoras que utilizam madeira ou metal como material. As impressoras de última geração também podem lidar com mais de um filamento por vez, permitindo impressão de materiais mistos ou multicoloridas.

O processo típico de impressão 3D^{(The Typical 3D Printing Process)}

Se você nunca fez uma impressão 3D, provavelmente está curioso sobre como ela realmente funciona do ponto de vista do usuário. Embora usar uma impressora 3D não seja tão fácil quanto fazer impressões 2D em uma impressora a laser ou jato de tinta, não é tão difícil quanto você imagina.

Após configurar a impressora conforme o manual, com calibração e nivelamento feitos corretamente, primeiro você precisa de um modelo para imprimir.

Você pode fazer seu próprio modelo, usando algo como Zbrush ou AutoCAD^{( Zbrush or AutoCAD)} , mas a maioria das pessoas provavelmente baixa um modelo de um site online. A primeira parada definitivamente deve ser o Thingiverse , que é possivelmente a coleção mais famosa de modelos enviados por usuários. No entanto, existem muitas alternativas^{(alternatives)} .

Depois de obter um modelo em um formato compatível, você o abrirá no software que acompanha a impressora. Todos eles parecem e funcionam de maneira diferente, mas o conceito básico é o mesmo. Você também pode tratar primeiro um modelo 3D com o Meshmixer^(Meshmixer) , que garante que um modelo 3D seja sólido e adequado para impressão.

No software da impressora 3D, você escolherá o tamanho e a qualidade do modelo e o software o converterá em “fatias” representando cada camada de impressão. Ele também irá calcular o “scaffolding” que deve ser impresso para suportar o modelo enquanto ele está sendo feito. Este material pode ser quebrado quando a impressão é feita.

Com todo esse trabalho de preparação atrás de você, a impressão pode começar. Dependendo das configurações de qualidade, você pode esperar muito! As impressões de alta qualidade variam de algumas horas a alguns dias. Felizmente^(Thankfully) , algumas impressoras 3D permitem monitorar o progresso de sua impressão remotamente por meio de um aplicativo.

Quando a impressão estiver pronta, você a removerá da cama e a libertará do andaime. Em muitos casos, você terá que finalizar o modelo usando lixa e ferramentas de corte especiais para remover imperfeições. Algumas pessoas até pintam seus modelos! O único limite real é a sua criatividade.

Se você está ansioso para comprar uma impressora 3D, essas são nossas melhores escolhas^{(best picks)} e, se você estiver com orçamento limitado, essas são opções mais econômicas.

HDG Explains : How Does 3D Printing Work?

3D printing has become а much more mainstream technology, with printing machines aνailable at just about every price point. Most peoрle who want a 3D printer can probably find a modеl they can afford. Despite this, 3D printing is still ѕo new that few people know how іt works. 

This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!

Additive vs Subtractive 3D Printing

There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.

Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.

We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.

Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering

The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).

The da Vinci FDM Printer

FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.

The Nobel SLA Printer 

Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.

Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.

Cartesian & Delta Robot Printers

A Delta Robot Printer

The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise. 

However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.

Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.

Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.

To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.

Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.

3D Printer Materials

3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.

PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.

The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.

Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.

The Typical 3D Printing Process

If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.

After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.

You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.

After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.

In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.

With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.

Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.

If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.

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