A impressão em 3D está a evoluir de um processo de nicho para uma tecnologia de fabrico de alto volume. A Evonik fornece materiais personalizados para todas as principais tecnologias e está a impulsionar o desenvolvimento de impressoras da próxima geração.
Está em curso uma mudança de paradigma nas instalações de fabrico industrial. Normalmente, o material plástico deve ser fundido e fundido ou prensado em moldes pré-definidos para produzir o elemento correspondente. Quando estes processos de moldagem satisfazem as suas limitações, os processos de aditivação captam a folga: Com base num plano digital tridimensional, o material é aplicado em camadas sobre uma superfície de base. Após cada aplicação, a superfície é rebaixada por uma fracção de milímetro e é adicionada outra camada. Muito em breve é produzida uma estrutura tridimensional que corresponde exactamente à especificação digital - sem necessidade de moldes especiais ou pós-processamento extensivo.
Os processos aditivos - normalmente referidos como impressão em 3D - têm sido utilizados até agora principalmente para protótipos e modelos. As vantagens são óbvias: se o resultado não for óptimo, o conjunto de dados é simplesmente alterado e a impressão é repetida. Além disso, quando os produtos são necessários apenas em pequenas séries de produção, o fabrico convencional é normalmente demasiado trabalhoso e dispendioso; exemplos são componentes para veículos com extras opcionais, caixas para máquinas especiais, e até pinças para robôs que transportam e embalam objectos sensíveis e em constante mudança.
Construção aeronáutica e tecnologia médica como condutores de tecnologia
Desde há alguns anos, este novo tipo de moldagem também se tem vindo a estabelecer na produção em série. Entre os condutores mais importantes encontram-se a construção de aeronaves e a tecnologia médica. Na construção de aeronaves, as peças devem ser leves, muito compactas, altamente funcionais e também resistentes ao calor. Na tecnologia médica, outro factor desempenha um papel: não há duas pessoas iguais. Por conseguinte, as próteses, ajudas ou mesmo dispositivos cirúrgicos devem ser medidos e adaptados individualmente. A impressão em 3D é utilizada para criar pequenos aparelhos de perfuração e serragem para operações ao joelho ou aparelhos auditivos, por exemplo.
Para os plásticos, o fabrico de aditivos é um mercado altamente promissor. Os plásticos são duráveis, facilmente fusíveis, e quase infinitamente variáveis nas suas propriedades, sendo, por isso, idealmente adequados para esta tecnologia de ponta. Com a poliamida 12 (PA12), a Evonik é um dos principais fornecedores mundiais de pós para impressão 3D; com a poliamida 613, o Grupo oferece mesmo um material em pó para utilização na gama de alta temperatura mais elevada. A Evonik entregou os primeiros pós de polímero para fabrico de aditivos já em 1996, estabelecendo padrões para materiais plásticos que ainda hoje são válidos. Agora, a empresa de especialidades químicas está a lançar uma verdadeira campanha de materiais para tecnologias aditivas. Com uma variedade de materiais inovadores de alto desempenho da marca INFINAM® do grupo, desde materiais reforçados a materiais ignífugos e elásticos, a Evonik está a aproximar a indústria gráfica 3D de um passo decisivo para a produção em série.
Impressão em 3D para as massas
A impressão em 3D continua a ser utilizada principalmente para criar acabamentos ou pequenas peças que são invisíveis para os compradores de automóveis. Isto não é surpreendente, uma vez que cada nova aplicação tem primeiro de provar o seu valor em áreas menos críticas. A impressão em 3D tem de competir principalmente com a bem estabelecida técnica de moldagem por injecção, que tem sido aperfeiçoada ao longo de muitos anos. As vantagens da impressão em 3D são que permite liberdade na concepção e abre oportunidades completamente novas para investigadores e engenheiros desenvolverem componentes leves e criarem funções totalmente novas. "Estamos a redesenhar completamente as peças para a impressão 3D para que tenham as propriedades que desejamos", diz Monsheimer.
Este processo é simplificado por um dos novos parceiros da Evonik, a empresa israelita Castor em fase de arranque. O software da empresa realiza uma análise técnica e económica abrangente, a fim de determinar quando o fabrico de aditivos é económico em comparação com os métodos de produção convencionais.
Um componente que é reinventado para impressão 3D tem muitas vezes pouco em comum com a peça original. Enquanto uma peça moldada por injecção tem de ser pesada e maciça para que possa resistir a grandes tensões, uma peça equivalente impressa em 3D pode ter um desenho de filigrana aparentemente constituído por arcos, escoras, e estruturas alveolares. Pode suportar tensões tão bem como a peça moldada por injecção, mas pesa apenas uma fracção do mesmo.
Estas reduções de peso fazem do fabrico de aditivos uma técnica muito interessante para a construção de aviões. Cada grama conta neste sector, e há uma procura crescente de máquinas mais eficientes em termos de combustível e menos prejudiciais para o clima. As inovações do fabrico de aditivos também são inicialmente discretas aqui. A Força Aérea Americana, por exemplo, utiliza a impressão em 3D para produzir peças de substituição para os seus veteranos aviões a jacto.
Vitrina de Impressão 3D
De acordo com Monsheimer, maiores volumes de produção exigirão, mais do que qualquer outra coisa, que o fabrico de aditivos se torne mais rápido. "O processo tornar-se-á especialmente interessante para a indústria automóvel quando começarmos a produzir dezenas de milhares ou centenas de milhares de unidades", diz ela. A nova parceria entre a Evonik e a empresa americana Evolve poderá ser a chave para desbloquear este potencial. A técnica de arranque, que é conhecida como STEP, funciona basicamente como uma impressora laser e atinge assim velocidades muito mais elevadas.
A Evonik está a contribuir com as suas décadas de experiência material para a parceria - uma situação vantajosa para todos, diz Sylvia Monsheimer, chefe do segmento de mercado das Novas Tecnologias de Impressão 3D: "Podemos desenvolver novo material se tivermos uma máquina em que possamos testar. Os outros podem desenvolver uma nova máquina se tiverem um bom material. E assim o Centro de Tecnologia de Aplicação da Evonik em Marl oferece uma vitrine para a cena internacional das impressoras 3D. Para além de máquinas da HP e da 3D Systems, a exposição apresenta máquinas dos líderes de mercado alemães EOS e Voxeljet, a empresa suíça Sintratec, e o fabricante chinês TPM.
Este profundo entendimento ajuda no desenvolvimento de novos materiais para os vários processos de impressão, diz Monsheimer. "Dependendo dos requisitos, precisamos entre seis meses e dois a três anos para um novo material - por vezes até mais". A poliamida 12 (PA12), que é utilizada em inúmeras aplicações, é frequentemente a base para isto, e os criadores de materiais da Evonik utilizam aditivos para lhe conferir novas propriedades. "Os retardadores de chama, por exemplo, tornam-na adequada para aplicações na indústria eléctrica ou para componentes na indústria aeroespacial. E para que o material seja particularmente estável, incorporamos partículas de vidro, por exemplo".
Material ofensivo para a impressão 3D
Estão também a ser criadas combinações de material completamente novas em Marl. Só no ano passado, Evonik apresentou o pó de alto desempenho PA 613, que combina as vantagens das poliamidas de cadeia longa e curta: É particularmente estável em termos de temperatura, forte mas flexível - e absorve pouca água. Em 2018, o elastómero INFINAM® TPA (amida termoplástica), que foi introduzido nos anos 80, serviu de base para um pó que pode ser utilizado para imprimir objectos de consistência quase borracha.
"Nenhuma outra empresa no mundo pode confiar em tantos métodos diferentes de produção de pó como a Evonik", diz Monsheimer. E muitas coisas que ainda não são possíveis serão tornadas possíveis com uma nova tecnologia de produção que a empresa adquiriu em 2019: A empresa norte-americana Structured Polymers desenvolveu um processo que pode pulverizar muito mais materiais do que a Evonik era capaz de fazer antes. Um novo pó co-poliéster INFINAM® TPC, o primeiro material produzido com a tecnologia inovadora, é o melhor exemplo disso.
Mas os peritos também trataram de outros materiais de base. Há cerca de dois anos, a Evonik abriu um novo centro de investigação em Singapura, onde especialistas em formulação estão a trabalhar no desenvolvimento de fotopolímeros da próxima geração para estereolitografia. "Ainda há muito território desconhecido em polímeros", diz Monsheimer. "Desde que comecei aqui, sempre quis fugir ao princípio de 'uma empresa - um processo'. Estou muito satisfeito por ser exactamente isto o que está a acontecer agora.
Independentemente da rapidez com que a produção de aditivos irá ganhar uma base industrial, os especialistas em polímeros da Evonik estão determinados a conquistar consistentemente cada nova aplicação. Isto significa observar a dinâmica do mercado, impulsionar a inovação, e contribuir com os nossos próprios conhecimentos de uma forma orientada e numa fase inicial. Acima de tudo, a Evonik vê a cooperação com fabricantes de fábricas e utilizadores 3D como uma porta aberta para um dos mais excitantes mercados futuros para plásticos de engenharia e polímeros de alto desempenho.
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