1 de ago de 2018

Impressão 3D: o que é e como funciona a tecnologia?

Udacity Brasil

Tinta e papel. Foi-se o tempo em que a palavra "impressora" se limitava a isso. Atualmente, quando o assunto é impressão, a tecnologia disponível já permite pensar muito além. Quem diria que um dia seria possível imprimir objetos, casas e até próteses humanas? Pois agora, com a impressão 3D, tudo isso se torna realidade.

O "3D" do nome se deve justamente às três dimensões dos itens que essas máquinas produzem, ou seja: altura, largura e profundidade. Atualmente, com o uso da tecnologia certa e de diferentes matérias-primas, as impressoras 3D já são capazes de imprimir aquilo que o ser humano quiser.

Em outras palavras, esse tipo de equipamento literalmente materializa ideias em pouco tempo, dando contornos reais a projetos feitos com a ajuda de programas de computador.

Já há, inclusive, impressoras 3D compactas para iniciantes, indicadas para uso pessoal, sendo vendidas no exterior a partir de 500 dólares. Elas produzem brinquedos, acessórios, pequenos objetos decorativos e utensílios domésticos, e utilizam como matéria-prima filamentos de ABS (termoplástico derivado do petróleo) ou PLA (termoplástico biodegradável derivado de fontes renováveis, como amido de milho).

Mas você já deve ter percebido que as impressoras 3D ainda não se popularizaram a ponto de serem colocadas em listas de presentes de casamento. Afinal, é completamente possível viver sem uma delas dentro de casa. Na verdade, um dos maiores potenciais da impressão 3D parece estar nas oportunidades que as impressoras representam para a indústria.

Leia: Beyond Sports: a startup que utiliza realidade virtual para treinar atletas

De acordo com Tim Minshall, professor do departamento de engenharia da Universidade de Cambridge, "impressoras 3D são ótimas para criar protótipos de produtos de forma rápida e isso realmente ajuda a indústria", explicou ele em uma palestra TEDx. "Também existe a possibilidade de criar partes finais de um produto com a impressora 3D. E não apenas com plástico, mas também com metal. Partes de motores de avião, por exemplo, já estão sendo feitas com impressão 3D."

Minshall continua: "Uma das melhores características das impressoras 3D é que elas podem ser utilizadas para customização. Ou seja, cada produto pode ser diferente, então já podemos pensar em customização de produtos em massa, como próteses".

Como funciona a impressão 3D?

Antes de tudo, é importante esclarecer que "impressão 3D" não se resume a apenas uma tecnologia. Na realidade, trata-se de um termo usado como um guarda-chuva que abrange uma série de tecnologias que permitem criar objetos tridimensionais a partir da adição de camadas de material, uma após a outra, até chegar ao produto final.

É por isso que o nome técnico da impressão 3D é "manufatura aditiva" ou "fabricação aditiva" (do inglês, additive manufacturing). O processo começa com a construção de um modelo em um software de modelagem 3D.

O arquivo é então importado para o software que vem com a impressora. Esse software se encarrega de "fatiar" o modelo, isto é, cortá-lo em finas camadas para enviar para impressão. A seguir, a função da impressora 3D é fazer com que essas camadas sejam fundidas uma a uma – tudo sem cortes, sem desperdício de material e de tempo – até que o produto final seja finalizado.

Timelapse de uma impressora 3D funcionando

Ou seja, diferentemente de linhas de produção convencionais, que utilizam cortes e grandes pedaços de matéria-prima para originar os produtos, na impressão 3D os objetos nascem já com a forma exata que devem ter.

Na impressão de grandes objetos – como casas – não é necessário uma impressora gigantesca. É possível planejar e separar a produção em partes menores para posteriormente montar o produto final.

Esse tipo de máquina usa os mais diversos materiais como matéria-prima – termoplásticos, metais, borracha, cerâmica ou resina. Mas não só. Embora possa parecer surreal, já é possível utilizar alimentos para imprimir criações gastronômicas, como panquecas e chocolates.

A origem da impressão 3D

Como qualquer tecnologia, não foi do dia para a noite que a impressão 3D surgiu. Embora ela tenha sido um grande hype entre os anos de 2012 e 2014, com um boom de informação sobre o assunto e popularização de acesso às máquinas, a história começou muito antes disso.

Em 1980, no Japão, aconteceram as tentativas iniciais do que hoje chamamos de impressão 3D. Foi naquele ano, pelas mãos de Hideo Kodama, que surgiu a primeira patente relacionada a esse tipo de tecnologia – um sistema de prototipação rápida com polímero –, mas ela nunca foi comercializada.

Leia: Veja os salários de desenvolvedores e de outras profissões de TI em alta

Seis anos mais tarde, em 1986, o americano Chuck Hull inventou o aparelho de estereolitografia, ou SLA, uma técnica de impressão 3D em que o objeto é criado camada por camada, com um processo em que lasers fazem com que cadeias de moléculas se unam, formando polímeros. Hull fundou a 3D Systems Corporation, que comercializou o primeiro sistema de impressão 3D do mundo.

Mas a técnica que se usa hoje surgiu apenas em 1989, quando o casal de americanos S. Scott Crump e Lisa Crump inventou e patenteou um método chamado FDM (fused deposition modeling), que basicamente consiste em derreter um filamento de polímero e depositá-lo camada por camada para criar um objeto. O casal fundou a Stratasys, que hoje é uma das líderes mundiais em impressão 3D.

Desde então, as pesquisas avançaram e possibilitaram a criação dos mais variados objetos. Em 1999, por exemplo, cientistas do Instituto Wake Forest de Regeneração utilizaram impressão 3D para construir um órgão humano sintético pela primeira vez: uma bexiga urinária. Ela foi usada como molde para células humanas crescerem ao seu redor originando um órgão novo, capaz de funcionar perfeitamente e ser transplantado.

Leia: Como a Gates Foundation, de Bill e Melinda Gates, investe em tecnologia para mudar o mundo

Outro marco da história das impressoras 3D que merece ser lembrado é que em 2009, com o lançamento da plataforma de financiamento coletivo Kickstarter, uma série de ideias relacionados à impressão 3D puderam ganhar vida. Um dos projetos que levantaram mais dinheiro no site até hoje foi justamente o de uma impressora 3D para uso doméstico: mais de 11 mil pessoas financiaram a The Micro, totalizando 3,4 milhões de dólares arrecadados.

E não há como falar de todo esse universo sem mencionar o movimento maker – uma extensão do movimento DIY (ou "faça você mesmo") baseada na tecnologia, na economia compartilhada, no open source e na inclusão digital. Esse movimento ganha corpo em espaços compartilhados equipados com máquinas e impressoras 3D que incentivam a livre criação, os chamados fab labs ou laboratórios de inovação.

De acordo com a rede mundial de Fab Labs, há mais de 1,2 mil fab labs em todo o planeta e, no Brasil, já existem 49. A cidade de São Paulo foi pioneira no mundo ao criar uma política pública para incentivar o movimento maker por meio da Rede Fab Lab Livre SP, que oferece à população a oportunidade de entrar em contato com impressoras 3D e outras máquinas gratuitamente.

Impressão 3D e fab labs

"A impressão 3D tem um apelo muito grande. Ela é, de fato, uma coisa incrível e fascinante. Com um comando, o modelo digital se transforma em objeto físico", afirma Eduardo Lopes, arquiteto, consultor em manufatura aditiva e pesquisador da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo.

Em 2013, interessado no assunto, Lopes fundou o Garagem Fab Lab, o primeiro fab lab independente do Brasil. Entre diversas máquinas que o local disponibiliza para uso do público estão as impressoras 3D que utilizam termoplástico como matéria prima. "Elas são meio que a 'porta de entrada'. A maioria das pessoas chega até o fab lab por causa delas", diz Lopes.

Ele explica que os principais usuários desse tipo de máquina no fab lab costumam ser estudantes de design, arquitetura e engenharia e que procuram o local para dar vida a projetos e trabalhos de conclusão de curso, por exemplo. Mas ele reforça: "Não é preciso ter conhecimento prévio para começar a usar a impressão 3D. Qualquer pessoa tem condição de aprender. Basta ter curiosidade e vontade. Tem muita informação disponível. O bacana dos laboratórios é isso".

No que diz respeito à impressão 3D no Brasil, Eduardo Lopes considera que houve avanços, mas ainda há um longo caminho a ser percorrido. "Há cinco anos não existia nenhum fabricante nacional de impressora 3D. Hoje, entre fabricantes e importadores, estimo que já deve haver pelo menos uns dez", conta. "Mas, aqui, a impressora mais barata sai por cerca de 5 mil reais. O custo no Brasil ainda é muito alto. No país faltam incentivos e uma política clara de desenvolvimento nessa área para ajudar a disseminar a tecnologia", opina Lopes.

Por outro lado, ele ressalta a importância da existência do laboratório CTI (Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer), do Governo Federal, localizado em Campinas (SP), que realiza pesquisas de ponta em impressão 3D. "Eles desenvolveram um software nacional que é usado hoje no mundo todo. O software usa imagens médicas de tomografia ou ressonância magnética e as transforma em modelo 3D para impressão. Assim, é possível imprimir ossos ou órgãos que ajudam os médicos entender como se preparar casos específicos de cirurgias, por exemplo", revela Lopes.

Ele também comemora a iniciativa da prefeitura de São Paulo com a Rede Fab Lab Livre SP: "É a maior rede de laboratórios públicos do mundo. Embora seja uma iniciativa isolada no país, não existe nada assim no mundo todo. São laboratórios super equipados, de acordo com as diretrizes do MIT [instituição pioneira dos fab labs], com máquinas de corte a laser, impressoras 3D, cursos. Tudo gratuito".

Não é só hype

Não há dúvidas de que a impressão 3D está na moda, mas o fato é que não se trata de algo passageiro. Ela veio para ficar. Essa é a opinião de Johannes Gartner, pesquisador sobre o assunto na finlandesa Universidade de Aalto.

Em uma palestra TEDx, Gartner afirmou que, após o hype, é preciso encarar as possibilidades da impressão 3D de maneira realista. "Não devemos utilizar a impressão 3D apenas para substituir algo que já existe, como um processo fabril bem estabelecido. É preciso empregá-la para resolver novos problemas", defende o pesquisador.

"Os fabricantes precisam repensar seus produtos e talvez toda a linha de produção para criar algo novo", diz Gartner. "Quando somamos automação, criatividade, ciências de materiais e alguma outra disciplina, como a medicina, algo maravilhoso pode surgir". Ele cita o exemplo de próteses médicas que, graças ao avanço das impressoras 3D estão revolucionando a área da saúde, barateando custos e possibilitando personalização para cada caso.

Leia: Neural lace: como funciona e quem investe (de verdade) nesta promissora interface cérebro-máquina

E, por falar em inovação e criatividade, a startup americana SpaceX, de Elon Musk, lançou ao espaço, no ano de 2014, o foguete Falcon 9, que tinha uma válvula feita a partir de impressão 3D. A missão marcou a primeira vez que a SpaceX usou uma peça impressa em 3D e toda a operação foi um sucesso.

Os diversos usos da impressão 3D

Uma pesquisa global da consultoria Ernst & Young feita com 900 empresas afirma que 36% delas já estão aplicando ou pretendem aplicar a impressão 3D. As companhias aeroespaciais e as automotivas são as mais maduras nesse processo.

Segundo a consultoria, o interesse da indústria na impressão 3D tem bons motivos: qualidade e velocidade na fabricação de produtos, praticidade de manutenção, custos reduzidos e facilidade de logística e armazenagem.

A variedade de aplicações da impressão 3D permite que ela seja empregada em uma série de negócios diferentes. Alguns exemplos de empresas que já utilizam a tecnologia são Fiat, ThyssenKrupp, Airbus e Alpargatas. A consultoria americana Wohler Associates prevê que os negócios com impressoras 3D irão movimentar movimentar até R$ 21 bilhões em todo o mundo em 2020.

E a impressão 3D não encanta somente a indústria. A arte também está sabendo tirar proveito da tecnologia. Exemplo disso é Museu Histórico Nacional (RJ) que terá, ainda em 2018, uma escultura hiper-realista do busto de Dom Pedro I. A obra está sendo produzida pelo designer Cicero Moraes com uma impressora 3D e, para isso, leva em conta uma reconstituição científica da face imperador feita em computador.

A seguir, veja um resumo dos usos e aplicações da impressão 3D para além da indústria e da arte:

Construção civil: a impressão 3D pode ajudar a reduzir os custos e resíduos da construção civil por utilizar matéria-prima mais barata e sustentável. A Apis Cor, por exemplo, cria casas com 40% menos custos.

Medicina: a saúde e o bem-estar dos humanos terão cada vez mais apoio da impressão 3D. A Magic Arms cria próteses coloridas e divertidas para crianças que não têm dedos e mãos, dando independência e confiança a elas. Além dos órgãos, órteses e próteses que já têm sido feitos em impressoras, a impressão 3D também promete ajudar na reprodução de mulheres inférteis no futuro. Acredite: a ciência já conseguiu criar ovários que ajudaram ratas de laboratório a ter filhotes.

Veterinária: no Brasil e no mundo, animais que sofreram acidentes estão ganhando melhor qualidade de vida graças à impressão 3D. No país, por exemplo, veterinários criam próteses para animais feridos usando a tecnologia, como bicos e cascos novos.

Alimentação: impressoras já podem preparar pratos sozinhas a partir de receitas elaboradas por humanos. É o que acontece em restaurantes como o inglês Food Ink, que se autodenomina o primeiro restaurante de impressão 3D do mundo. A NASA também vem estudando maneiras de utilizar impressoras 3D na produção de alimentos para astronautas em suas missões.

Leia também:

Sobre o autor
Udacity Brasil

A Udacity, conhecida como a "Universidade do Vale do Silício", é uma plataforma online e global que conecta educação e mercado para ensinar as habilidades do futuro – de data science e marketing digital à inteligência artificial e desenvolvimento. Hoje, há mais de 7 mil alunos ativos no país e 50 mil pelo mundo.