A história da impressão 3D: uma retrospectiva de 40 anos

A manufatura aditiva é, sem dúvida, uma das maiores e mais revolucionárias tecnologias dos 20º e 21º séculos. Hoje, a impressão 3D é uma indústria estabelecida e em constante crescimento que mudando o design global, fabricação e cenário da cadeia de suprimentos como a conhecemos. Seus recursos avançados criaram e continuam a criar soluções inovadoras para quase todos os setores.

Com isso em mente, vamos dar uma olhada rápida nos vários desenvolvimentos marcantes na história da impressão 3D.

Anos 80

A história começa: Em 1981, Hideo Kodama, do Instituto Municipal de Pesquisa Industrial de Nagoya, publicou o primeiro relato de um sistema de prototipagem rápida de fotopolímero em funcionamento. Um modelo impresso sólido foi construído usando camadas diferentes, cada uma correspondendo a uma fatia transversal na estrutura. No entanto, Dr. Kodama nunca deu seguimento ao seu pedido de patente e, portanto, nunca comercializou seu novo processo de impressão. As próximas pessoas que conhecemos e que tiveram um impacto na indústria foram Jean-Claude André, Olivier de Witte, e Alain o Méhauté em 1984.

Hideo Kodama – o primeiro pioneiro da prototipagem rápida

O primeiro sistema de impressão 3D: Na mesma época, em 1983, Charles Hull fez história na impressão 3D inventando a estereolitografia, que permitiu aos designers criar modelos 3D usando dados digitais. Em 1986, ele fundou a 3D Systems Corporation – a primeira empresa de impressão 3D, que lançou o primeiro sistema comercial de impressão 3D do mundo, o SLA-1 em 1987.

A primeira impressora 3D fabricada para uso comercial

O SLA-1 tornou possível fabricar peças complexas, rapidamente, uma camada de cada vez. A patente de Hull para estereolitografia marcou o início do uso comercial da impressão 3D. Na verdade, muitas novas tecnologias e sistemas de manufatura aditiva geralmente foram desenvolvidos a partir do padrão Tipo de arquivo STL – nativo do software CAD de estereolitografia criado pela 3D Systems.

Sinterização seletiva a laser: Em 1988, Carl Deckard foi o pioneiro de um método alternativo de impressão 3D durante seus estudos de graduação na Universidade do Texas, chamado de Sinterização seletiva a laser (SLS). Ele usou um laser para transformar pó solto (em vez de líquido) em um sólido.

Carl Deckard – Inventor da Sinterização Seletiva a Laser (SLS)

Modelagem de deposição fundida: Alguns anos depois, em 1989, e inspirado na tentativa de fazer um brinquedo para sua filha, o casal Scott e Lisa Crump, inventou e patenteou um novo método de impressão 3D chamado Modelagem de Deposição Fundida (FDM). FDM envolve um método de extrusão de fusão usado para depositar filamentos de termoplásticos de acordo com um padrão definido. Scott Crump continuou a fundar Stratasys Inc., uma das empresas de manufatura aditiva mais proeminente do mundo hoje e líder de mercado renomada para impressoras 3D de alta precisão. Na verdade, a empresa ainda detém a patente de sua tecnologia FDM de marca registrada.

Scott Crump – fundador da Stratasys e inventor da Fusion Deposition Molding (FDM)

Anos 90

Comercialização: Em 1992, a startup DTM de Carl Deckard desenvolveu a primeira máquina de sinterização seletiva a laser (SLS). Em 1996, o processo de comercialização da 3D Systems começou para Impressão ColorJet (CJP).

A DTM Sinterstation 2000 – A primeira impressora industrial SLS comercializada

A saúde lidera o caminho: Durante os anos 90, os cientistas estavam causando sérias ondas nesta área. Em 1999, o primeiro Órgão impresso em 3D (uma bexiga humana) foi criada. Outros desenvolvimentos notáveis ​​incluíram a fabricação de um rim em miniatura funcional, uma prótese de perna e a bioimpressão dos primeiros vasos sanguíneos usando apenas células humanas. Avance até hoje, e a impressão 3D é parte integrante da fabricação de equipamentos médicos (próteses, dentaduras, equipamentos cirúrgicos) e a bioimpressão está sendo cada vez mais explorada. A sala de operação do futuro pode ver a impressão óssea 3D sob demanda como padrão, para citar apenas um exemplo.

Uma bexiga humana impressa em 3D totalmente funcional

Década de 2000 a 10

Fabricação de aditivos para todas as indústrias: Esta foi uma época na história da impressão 3D em que os processos realmente começaram a ser adotados por indústrias de todos os tipos. Em 2000, a 3D Systems lançou o primeiro simulador cirúrgico de realidade virtual Simbionix e, como mencionado anteriormente, a primeira máquina SLS chegou ao mercado em 2006 – a última das quais instigou o início da fabricação de peças sob demanda. Objeto (agora mesclado com Stratasys) criaram uma máquina que podia imprimir em vários materiais, permitindo que uma única peça fosse fabricada em diferentes versões e propriedades de materiais variadas. Então, em 2009, a 3D Systems também lançou a capacidade de fabricação de peças sob demanda e, posteriormente, em 2013, impressão direta de metal.

O interior de uma impressora Stratasys J55 Polyjet

Em 2011, os engenheiros da Universidade de Southampton projetaram a primeira aeronave não tripulada impressa em 3D do mundo e o Urbee, um protótipo de carro com corpo impresso em 3D, foi apresentado em uma conferência TEDx no Canadá. Poucos anos depois, em 2013, o então Presidente dos Estados Unidos, Barack Obama, fez uma famosa referência à impressão 3D durante seu discurso sobre o Estado da União de 2013, dizendo que tinha: “o potencial de revolucionar a maneira como fazemos quase tudo”.

Urbee – O primeiro carro impresso em 3D com baixo consumo de combustível do mundo

A impressão 3D torna-se mais acessível a todos: A essa altura, as barreiras de entrada de designers, fabricantes e inventores aparentemente estavam desaparecendo. Em 2005, o Dr. Adrian Bowyer com o Projeto RepRap lançou uma iniciativa para inventar uma impressora 3D que pudesse essencialmente construir-se sozinha. Seu lançamento de 2008, Darwin, era uma impressora que se auto-replicava capaz de cumprir exatamente essa tarefa. Isso significa que a impressão 3D se tornou acessível para as massas, como reafirmado pelo lançamento de 2009 da Kickstarter que impulsionou a noção de dar vida a projetos criativos por meio da fabricação personalizada. Em seguida, houve o início dos serviços de colaboração, como Shapeways (um mercado de impressão 3D onde os designers podem receber feedback de outros profissionais e consumidores antes de criar certos produtos) e MakerBot (kits DIY de código aberto para os criadores construírem suas próprias impressoras 3D e produtos).

Uma impressora de mesa MakerBot Replicator 2

Nos últimos 5 anos: Os últimos anos nós vimos casas de impressão 3D, ossos, espaçonaves, órgãos, aviões, carros, joias, roupas, maquiagem e em tempos mais recentes protetores faciais, testes COVID e peças do respirador. Na verdade, a impressão 3D está sendo usada em indústrias que variam entre as seguintes:

Empresas como Bugatti e General Electric, agências governamentais como a NASA, planejadores de cidades e setores de saúde em todo o mundo estão mudando a forma como operam para aproveitar as vantagens da impressão 3D.

Vimos softwares revolucionários (como Loja GrabCAD) levar ao palco, maior automação e maior colaboração. O custo das próprias impressoras 3D diminuiu e a impressão 3D como um todo está se tornando muito popular nos círculos de manufatura. Dito isso, a maneira como os fabricantes e designers estão adaptando a impressão 3D processada para atender às suas necessidades exclusivas continua a ter um progresso revolucionário. As próprias máquinas também estão ficando mais inteligentes a cada dia.

Conclusão

Uma vez que a manufatura aditiva oferece a capacidade de economizar tempo e custos, reduzir o desperdício e usar resíduos de materiais durante o próprio processo de impressão e simplificar as cadeias de abastecimento, haverá oportunidades crescentes de colaboração entre a manufatura aditiva e outras indústrias importantes no futuro.

A impressão 3D continua a demonstrar seu potencial no cenário mundial e as formas como ela se desenvolverá no futuro serão fascinantes de assistir. Olhando para o futuro, espere ver mais impressão 3D orientada por dados e maior automação na manufatura aditiva. Sem dúvida, também veremos sua implementação em ainda mais setores de maneiras ainda mais exclusivas.