Principais tecnologias de impressão 3D

O mercado do CAD/CAM odontológico tem crescido vertiginosamente, quem não abrir os olhos para as novidades vai ficar pra trás e atualmente os itens que tem tido mais destaque são os scanners intra-orais e as impressoras 3D que dispertam muita curiosidade.

Antes de falar sobre a aplicação na odontologia, precisamos entender quais as principais diferenças entre as tecnologias de impressão 3D usadas atualmente na nossa área, elas se dividem em:

-Fusão e Deposição de Material - Fused Deposition Modeling (FDM)

-Estereolitografia - Stereolitography (SLA)

-Processamento de Luz Direta - Digital Light Processig (DLP)

-Seletive Laser Sintering (SLS)

-Multijet - Polyjet

Fusão e Deposição de Material - Fused Deposition Modeling (FDM)

Como funciona 

Essa tecnologia utiliza como matéria prima um filamento, aplicado por um bico de extrusão e depositado sobre uma base em regiões determinadas em suscetivas camadas, uma sobre a outra, até que se construa a forma desejada. A espessura das camadas é variável de 0.05 mm até 0.4 mm. 

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Na figura, o filamento de plástico (A) é aquecido em um bico móvel (B) que o derrete em camada por camada para desenhar a forma (C). Uma plataforma móvel (E) vai abaixando a cada camada depositada. Quando as estruturas possuem ângulos superiores a 45º é necessário o uso de suportes (D) para impedir que a estrutura quebre.

História

A impressora FDM foi desenvolvida por S. Scott Crump no final da década de 1980 e foi comercializada inicialmente em 1990 pela Stratasys. Com a expiração da patente desta tecnologia, existe agora uma grande comunidade de desenvolvimento de código aberto (chamada RepRap), bem como variantes comerciais e DIY (do it yourself), que utilizam esse tipo de impressora 3D. Isso levou a uma queda de preços enorme desde a criação desta tecnologia, o que beneficia o usuário doméstico.

Usabilidade 

A FDM é popular entre empresas de diversas indústrias, desde automotiva (BMW, Hyundai, Lamborghini) até a fabricação de bens de consumo (Black & Decker, Nestlé). Essas empresas usam FDM ao longo de seus processos de desenvolvimento de produtos, prototipagem e fabricação.

Ela também é usado para produzir peças de uso final, particularmente peças pequenas e detalhadas e ferramentas de fabricação especializadas. Alguns termoplásticos podem até ser usados em embalagens de alimentos e drogas, tornando o FDM um método de impressão 3D popular dentro da indústria médica.

Normalmente esse tipo de impressora também possui uso doméstico e utiliza um filamento plástico para fabricação de brinquedos por exemplo, mas já existem versões enormes usadas para fabricação de casas por exemplo. Essa tecnologia não é muito indicada para a odontologia devido a sua baixa resolução.

Vantagens

A principal vantagem desse processo de fabricação está no custo, como o processo acontece de forma relativamente simples e eficiente, esse tipo de impressora possibilita a produção de peças mais acessíveis tanto para o amador quanto para o profissional.

Desvantagens

As peças fabricadas com esse tipo de processo possuem um acabamento mais grosseiro devido à espessura de suas camadas. Alterações na temperatura do ambiente podem afetar drasticamente a qualidade da peça.

Estereolitografia - Stereolitography (SLA)

Como funciona

Essa tecnologia utiliza como matéria prima uma resina que se polimeriza sob a luz ultravioleta , onde um tanque é preenchido com este material e a plataforma de construção fica mergulhada nele, então um laser de luz ultravioleta de alta potência é projetado sobre essa resina, fazendo com que a mesma endureça nas regiões desejadas, assim o processo repete-se, camada após camada, enquanto a plataforma de construção sobe até que se forme o objeto desejado.

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Um Laser (A) ilumina seletivamente o fundo do reservatório (C) cheio de resina fotopolimerizável (B), a resina curada (D) é puxada progressivamente por uma plataforma móvel (E)

História

A estereolitografia ou a impressão "SLA" é uma tecnologia de impressão 3D precoce e amplamente utilizada. A tecnologia apareceu pela primeira vez já na década de 1970. O pesquisador japonês Dr. Hideo Kodama inventou a abordagem moderna em camadas da estereolitografia usando luz ultravioleta para curar polímeros fotossensíveis. Em 1984, pouco antes de Chuck Hull apresentar sua própria patente, Alain Le Mehaute, Olivier de Witte e Jean Claude André apresentaram uma patente para o processo de estereolitografia. O pedido de patente dos inventores franceses foi abandonado pela francesa General Electric Company (agora Alcatel-Alsthom) e pelo CILAS (The Laser Consortium).

No entanto, o termo "estereolitografia" foi cunhado em 1984 por Chuck Hull quando ele arquivou sua patente para o processo. A estereolitografia patenteada como método de criação de objetos 3D sucessivamente "imprime" camadas finas de um objeto usando um meio curável por luz ultravioleta, começando a partir da camada inferior até a camada superior. Após a concessão da patente em 1986, Hull co-fundou a primeira empresa de impressão em 3D do mundo, a 3D Systems Inc, para comercializá-la.

Usabilidade

Os modelos estereolitográficos têm sido utilizados na medicina desde a década de 1990, para criar modelos 3D precisos de várias regiões anatômicas de um paciente, com base em dados de varreduras de computador. Os modelos médicos são freqüentemente usados ​​para ajudar na construção de placas de Cranioplastia, por exemplo.

A estereolitografia é freqüentemente usada para prototipagem de peças. Por um preço relativamente baixo, a estereolitografia pode produzir protótipos precisos, mesmo de formas irregulares. As empresas podem usar esses protótipos para avaliar o design de seu produto ou como publicidade para o produto final.

Os modelos estereolitográficos são utilizados como auxílio ao diagnóstico, planejamento pré-operatório e design e fabricação de implantes. Isso pode envolver, por exemplo, planejamento e ensaios de osteotomias. Os cirurgiões usam modelos para ajudar a planejar cirurgias, mas laboratórios de prótese também usam os modelos como auxílio ao projeto e fabricação de implantes customizados, mas é uma tecnologia muito lenta em relação a outras tecnologias, ideal para uso mais esporádico ou para iniciar no mundo da impressão 3D.

Vantagens

Dentre as principais vantagens desse processo de fabricação está na incrível definição de detalhes, alta precisão e acabamento, fino e liso das peças. Essa tecnologia consegue produzir peças com camadas de 0.02 mm a 0.1 mm de espessura e nível de detalhe nos eixos X e Y de até 0.05 mm a 0.4 mm.

O preço apesar de mais alto que o da tecnologia FDM, geralmente é muito mais acessível que o de outras tecnologias como o DLP e Polyjet, o que torna essa tecnologia uma excelente porta de entrada.

O tempo necessário para produzir uma única parte depende da complexidade do design e do tamanho.

O tempo de impressão pode durar entre horas e mais de um dia. Muitas impressoras 3D podem produzir peças com um tamanho máximo de aproximadamente 50 × 50 × 60 cm e algumas impressoras são capazes de produzir peças simples com mais de 2 metros de comprimento. Os protótipos e projetos impressos 3D são suficientemente robustos para serem usinados e também podem ser usados para produzir padrões mestres para moldagem por injeção, termoformação, moldagem por sopro e vários processos de fundição de metal.

Desvantagens

Partes suspensas, ainda, precisam de suportes, mas que são facilmente removidos e não prejudicam o acabamento nem deformam a peça como na tecnologia FDM.

Possui um custo de produção bem mais elevado que a tecnologiza FDM.

A velocidade de produção apesar de maior que da tecnologia FDM, perde para outras tecnologias já existentes no mercado.

Processamento de Luz Direta - Digital Light Processig (DLP)

Como funciona

Semelhante à tecnologia SLA, essa , também, utiliza uma resina fotopolimerizável, que fica em um recipiente com uma plataforma de construção, o que muda com relação ao SLA é que ao invés de um laser UV, utiliza outra fonte de luz UV, como uma  uma tela LCD  ou projetor e projeta a camada inteira de uma única vez.

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Um projetor (A) ilumina seletivamente o fundo do reservatório (C) cheio de resina fotopolimerizável (B), a resina curada (D) é puxada progressivamente por uma plataforma móvel (E)

História

Larry Hornbeck, da Texas Instruments, criou a tecnologia para processamento de luz digital em 1987. O DLP é usado para projetores e usa microespelhos digitais dispostos em uma matriz em um chip semicondutor chamado Digital Micromirror Device. Cada espelho representa um pixel na imagem para exibição. Várias aplicações usam tecnologia DLP, incluindo projetores, projetores de filmes, celulares e impressão em 3D.

Usabilidade

As impressoras DLP possuem a mesma usabilidade da impressora SLA, pois seu princípio de funcionamento é o mesmo, no entanto, há uma grande diferença entre os dois, que é a fonte de luz. Enquanto o SLA usa luz ultravioleta, a DLP usa uma fonte de luz mais tradicional, geralmente lâmpadas de arco ou LED. Este processo resulta em velocidades de impressão bastante impressionantes, afinal quando há muita luz, a resina endurece rapidamente (estamos falando segundos). 

Impressoras DLP são adequadas para laboratórios de produção, que exigem alta precisão e alta produção. Com ela é possível produzir os mesmos tipos de peças que a SLA, mas com muito mais velocidade, portanto, uma impressora para uso diário, mais profissional.

Vantagens

Um ponto positivo da tecnologia de impressão DLP é que ele é robusta e produz modelos de alta resolução sempre, além disso é econômica com a capacidade de usar materiais mais baratos para objetos complexos e detalhados. Isso é algo que não só reduz o desperdício, mas também mantém baixos os custos de impressão.

Não podemos esquecer da velocidade, em comparação com a impressão SLA, o DLP atinge tempos de impressão mais rápidos para a maioria das peças. O motivo para ela ser mais rápida é porque expõe camadas inteiras ao mesmo tempo, sendo que na a impressão SLA, um laser tem que desenhar cada uma dessas camadas, e isso leva tempo.

Desvantagens

O preço de entrada para impressoras DLP é mais salgado que o das impressoras SLA e FDM e pode assustar um pouco se é sua primeira vez mexendo com impressão 3D, mas geralmente a velocidade de impressão é capaz de compensar isso em laboratórios e clínicas com alta produção.

Seletive Laser Sintering (SLS)

Como funciona 

Essa tecnologia utiliza um material em forma de pó e permite a produção de peças em diversos materiais, plásticos e metais, sendo o mais utilizado um Nylon especial, que é depositado por um rolo em finas camadas uniformes sobre uma superfície, após a camada de pó ter sido depositada, um laser de alta potência funde o pó em regiões específicas, esse processo se repete várias vezes até que se forme o objeto desejado. Após a retirada da peça da máquina  é feita uma limpeza,  para retirar resíduos de pó.

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Um Laser (A) ilumina seletivamente o topo do reservatório de fabricação(C) cheio de pó (B), o pó sinterizado (D) é empurrado progressivamente por uma plataforma móvel, enquanto isso, um rolo (F) transfere pó do reservatório de suporte (G) que é progressivamente empurrado para cima por uma plataforma móvel (H)

História

Um empresário, inventor e professor americano chamado Dr. Carl Deckard desenvolveu e patenteou a tecnologia SLS em meados da década de 1980. É uma técnica de impressão 3D que usa lasers de CO2 de alta potência para fundir as partículas juntas. O laser sinteriza materiais metálicos em pó (embora possa utilizar outros materiais também, como pó de nylon branco, cerâmica e até vidro)

Usabilidade

Essa tecnologia é aplicável a qualquer caso que possa utilizar as tecnologias anteriores, o seu principal diferencial é que ela é capaz de imprimir metal com grande precisão, o que abre uma nova gama de estruturas que podem ser prototipadas.

Vantagens

As vantagens deste processo é a incrível precisão e resistência do que é produzido, sendo o mais indicado testes funcionais que exijam maior esforço mecânico, maior resistência a impactos e a temperaturas mais altas. Outra vantagem é a possibilidade de produzir geometrias extremamente complexas sem a necessidade de suportes.

Desvantagens

A desvantagem  dá-se pela sua superfície áspera e por não produzir peças tão ricas em detalhes como no processo SLA e, também, pelo seu preço mais elevado.

Multijet - Polyjet

Como funciona

Uma das mais recentes e avançadas tecnologia  3D, neste caso, é a cabeça de impressão que se move sobre uma superfície plana. Nela, deposita-se uma resina plástica, ao mesmo tempo, que emite uma luz ultravioleta para endurecer esse plástico. Um material solúvel pode ser depositado junto ao plástico para que sirvam de suportes.

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Uma cabeça de impressão (A) se move sobre uma superfície plana (B), enquanto jatos (C) depositam resina (D) sobre a mesa de impressão (E) enquanto um laser (F) foto polimeriza a peça (G)

História

Objet Geometries Ltd. foi fundada em 1998 e tem sede em Rehovot, Israel. A impressora PolyJet Objet Geometries foi patenteada quando aconteceu a fusão com a Stratasys em 2012.

Usabilidade

As impressoras Polyjet já vêm sendo amplamente utilizadas no Brasil principalmente na área de ortodontia, mas também são usadas para impressão de modelos e placas miorrelaxantes, elas tem sido substituídas pelas impressoras DLP e SLA principalmente devido ao seu preço.

Vantagens

Dentre outras vantagens deste processo é a capacidade de produzir peças extremamente precisas, duráveis, resistentes, com ótimo acabamento, de geometrias complexas e com incrível definição de detalhes.

A capacidade de produção dessas impressoras é a maior de todas

É possível imprimir mais de um material em uma única peça, isso permite por exemplo que os suportes sejam impressos em um material solúvel, o que diminui o trabalho pós produção.

Desvantagens

Principalmente o seu preço, sendo o maior de todos os outros processos.

Todas essas tecnologias estão sendo usadas em diversos tipos de estrutura na odontologia, desde modelos para mock-up até guias cirúrgicos e crânios completos, mas cada tecnologia tem sua vantagem e desvantagem que deve ser bem pesada no momento da compra de um equipamento tão importante para a produção como a impressora 3D.

Por isso elaboramos um comparativo entre as duas tecnologias mais utilizadas atualmente tanto por clínicas quanto por laboratórios, se quiser saber mais sobre essas tecnologias e ver uma comparação direta clique aqui e veja nosso artigo comparando as impressoras SLA e DLP

BIBLIOGRAFIA

sse texto possui traduções livres dos seguintes artigos estrangeiros:

https://abutmentcompatibili.com/blog/comparativa-form2-shera-d40-xfab-funzionano-veramente-le-stampanti-piu-vendute/

https://formlabs.com/blog/demystifying-3d-printer-specifications/

https://formlabs.com/blog/3d-printing-technology-comparison-sla-dlp/