A impressão 3D em grande escala envolve uma variedade de tecnologias e materiais e tem sido aplicada em muitos campos. Na verdade, a definição de "grande" é relativa e não existe um padrão fixo. De um modo geral, casas, barcos e móveis grandes são itens grandes. A impressão 3D em grande escala tornou-se gradualmente popular no mercado à medida que fabricantes, artistas e empresas escolhem a impressão 3D para atender às suas necessidades de produtos em grande escala. Os desenvolvedores superam o tamanho das impressoras 3D passo a passo, superam os limites técnicos e imprimem mais e maiores produtos. Então, quais são as áreas de aplicação da impressão 3D em grande escala? E as grandes impressoras 3D?
O tamanho do produto muitas vezes depende da tecnologia e dos materiais, e é necessário encontrar um equilíbrio entre precisão e tamanho, o que torna a escolha da impressora 3D certa um fator chave para o sucesso. O software também desempenha um papel importante na criação de produtos grandes, pois a melhor maneira de imprimir objetos grandes geralmente é imprimi-los em pedaços e montá-los. Os produtos impressos em 3D em grande escala incluem, mas não estão limitados aos seguintes itens:
● Displays, adereços e sinalização
● Casas e elementos arquitetônicos
● Peças industriais e metálicas
● Móveis e veículos
△O Centro de Biodiversidade Naturalis na Holanda tem seu próprio laboratório de impressão 3D e usou duas impressoras 3D Builder Extreme 1500 Pro para fazer uma réplica do Tyrannosaurus rex
●Um museu de dinossauros sem um Tyrannosaurus rex certamente não é um museu de verdade! Com base em uma digitalização 3D de um fóssil real de T. rex, o Museu de Dinossauros do Japão imprimiu em 3D a réplica de 12-metros de comprimento e 5-metros de altura como uma grande parte impressa usando dois Builder Extreme em grande escala Impressoras 3D usando filamento de plástico PLA.
● Curadores de museus, cenógrafos e designers de adereços, parques de diversões, fabricantes de displays para conferências e Expos Mundiais, etc. também escolhem impressoras 3D de grande formato para acelerar a produção. Além das vantagens de velocidade e custo, o software de design auxiliado por computador (CAD) também desempenha um papel. Grande efeito, não precisa mais de nenhuma escultura artificial ou criação secundária. Além disso, uma grande variedade de materiais está disponível, desde espuma ultraleve até nylon com enchimento de fibra de carbono extremamente durável.
△O artista cobre gesso sobre uma réplica impressa em 3D de 17-pé de altura do David de Michelangelo recriada para a Expo 2020 Dubai
●Este David de Michelangelo impresso em 3D com 17-pés de altura foi exibido na Expo 2020 Dubai para promover o turismo em Florença. É impossível para uma impressora 3D de polímero suficientemente grande produzir uma única réplica com detalhes ultrafinos, então ela foi dividida em 14 partes imprimíveis e depois montadas à mão, com o exterior em mármore pintado à mão. Dentro do David impresso em 3D há uma estrutura de malha treliçada que ajuda a manter seu peso em apenas 550 kg, mas tem a força para embalar e enviar adequadamente.
△Estilos da Alemanha Werbetechnik usa impressoras FDM de grande escala Tractus3D para produzir letreiros luminosos mais rápido do que os métodos tradicionais
●Styles Werbetechnik, uma empresa alemã de produção de sinalização, escolheu a tecnologia de impressão 3D em grande escala para fabricar sinalização externa. A empresa não apenas queria acelerar a produção, mas também fazer letras internamente, em vez de depender de designs de letras padrão de produtores estrangeiros. A empresa diz que o uso da impressão FDM de polímero oferece possibilidades ilimitadas de design para a fabricação de letras contornadas. Por exemplo, a profundidade da letra para sinalização iluminada é limitada a um mínimo de 60 mm nos métodos tradicionais, mas pode ser reduzida para 30 mm na impressão 3D. Eles também podem funcionar à noite e nos fins de semana, acelerando os tempos de produção, já que as impressoras 3D não precisam ser atendidas durante o processo.
△O Smithsonian Museum imprimiu em 3D 120 estátuas em tamanho real de líderes femininas no campo STEM
Em 2022, a Smithsonian Institution em Washington, DC abriu uma exposição em homenagem a mulheres cientistas, incluindo 120 estátuas impressas em 3D em tamanho real. Chamada de "IfThenSheCan - The Exhibit", é a maior coleção de estátuas femininas de todos os tempos, cada uma delas impressa usando a tecnologia FDM.
casas e elementos arquitetônicos
Quando se trata de projetos de impressão 3D em grande escala, é claro que projetos habitacionais são indispensáveis. Embora poucos edifícios sejam exclusivamente impressos em 3D (muitas vezes exigindo ou incorporando suportes estruturais, como reforço de aço ou estruturas tradicionais de madeira), a impressão 3D pode servir devido à sua velocidade, economia de mão de obra e durabilidade estrutural. Para casa e hotel. Espera-se que o mercado global de impressão 3D para construção cresça quase 20% nos próximos cinco anos.
●O prédio de dois andares na foto abaixo foi concluído em conjunto pelas empresas de projeto arquitetônico e engenharia Hannah and Cive e Peri 3D Construction, que forneceram impressoras 3D. A casa de 4,000-pés quadrados foi vendida a um licitante anônimo e levará um total de dois anos para ser concluída. A impressora de pórtico Cobod Bod2 da Peri, a impressora líder em arquitetura de impressão 3D, é usada para extrudar misturas de concreto especializadas para criar escadas e outras estruturas funcionais, e um total de 330 horas foram impressas neste projeto.
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△A primeira casa de dois andares totalmente impressa em 3D nos Estados Unidos está localizada em Houston
● Além de construir edifícios, as impressoras 3D são amplamente utilizadas para elementos arquitetônicos, incluindo fachadas e elementos históricos para restauração, e para design de interiores, incluindo paredes, displays e divisórias de ambientes. Existem até pisos impressos em 3D, pontes impressas em 3D e recifes de corais artificiais impressos em 3D. Materiais semelhantes ao concreto não são a única opção na construção, os polímeros também desempenham um papel. A Branch Technology é especializada em impressão 3D em grande escala usando extrusoras robóticas de polímeros, criando desde esculturas até habitats espaciais. Seu inovador sistema de painéis de construção chamado BranchClad abre novas oportunidades para fachadas de edifícios. Basta olhar para a superfície lunar instalada no lado operacional do novo Space Camp do US Space and Rocket Center (abaixo). Criadas a partir de escaneamentos digitais da lua, as fachadas exibem uma surpreendente fidelidade à superfície lunar. O molde positivo do padrão lunar foi impresso em 3D e depois pintado com um material de estuque.
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△A nova parede lunar impressa em 3D da Branch Technology é instalada ao lado da nova operação de acampamento espacial do US Space and Rocket Center
Peças Industriais e Metálicas
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△Relativity Space's Stargate metal impressora 3D
●O fabricante de foguetes Relativity Space afirma que seu foguete impresso em 3D Terran 1 é a maior estrutura impressa em 3D de todos os tempos, com 35,2 metros de altura e 2,3 metros de diâmetro. O foguete de próxima geração da empresa, o Terran R, é igualmente grande. Ambos são impressos em 3D em metal proprietário usando a impressora Stargate 3D da empresa, usando tecnologia de deposição de energia dirigida robótica. A Relativity Space disse que a capacidade do foguete de suportar o estresse do lançamento foi uma grande vitória, demonstrando a integridade estrutural de seu método de impressão 3D de metal.
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△Queen Maxima da Holanda abriu oficialmente a ponte de impressão 3D de metal MX3D.
●A ponte metálica sobre o canal de Amsterdã projetada pelo laboratório de Joris Laarman foi impressa pela MX3D usando a tecnologia de fabricação aditiva de arco robótico. A "ponte inteligente" de aço inoxidável de 12-metros de comprimento inclui uma rede de sensores incorporada para ajudar os pesquisadores de Amsterdã a estudar o papel dos sistemas IoT no ambiente construído. Desenvolvido usando design generativo e técnicas de otimização de topologia, a estrutura é extremamente leve. A ponte MX3D também mostra a aplicação da impressão 3D de metal em arte e escultura.
●Abaixo está outro trabalho de impressão MX3D instalado pelos artistas Mariagrazia Abbaldo e Paolo Albertelli em Turim, Jardim Real da Itália. Apelidada de "A Passagem da Baleia", a escultura de 880 kg mostra as barbatanas de uma baleia passando do chão. Todos os modelos feitos durante este projeto foram impressos em 3D.
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△"Whale Pass" foi desenhado por Mariagrazia Abbaldo e Paolo Albertelli, e impresso em 3D por MX3D
●A impressão 3D de grandes metais pode ser usada em muitos setores, com empresas nos setores marítimo, de petróleo e gás e equipamentos de construção pesada capazes de produzir peças grandes mais rapidamente, geralmente no local. Por exemplo, a hélice marítima abaixo foi impressa em 3D usando a tecnologia WAAM para produzir uma forma quase líquida, que foi então usinada com tolerâncias mais rígidas. Nesse caso, o WAAM substitui o forjamento e pode ser feito mais próximo de onde é necessário, usando menos matéria-prima.
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△Esta hélice marítima é um dos primeiros exemplos de aplicação industrial da tecnologia WAAM
●A impressão 3D de metal também pode reduzir o peso das peças, porque a impressão 3D pode produzir formas que não podem ser obtidas por forjamento ou fundição. A parte do trem de pouso da aeronave (abaixo), medindo 455 x 295 x 805 mm, é a primeira peça impressa em 3D de fusão de leito de pó a laser do mundo, de acordo com o fabricante de impressoras SLM Solutions. A peça não é apenas 15% mais leve do que as peças forjadas tradicionais, mas a tecnologia também reduz o tempo de execução. Como o componente faz parte de um sistema que transfere cargas das rodas para a estrutura da aeronave, ele é feito de titânio para maior resistência. A escolha dos materiais confere à peça fortes propriedades mecânicas, ao mesmo tempo em que é resistente à corrosão sem a necessidade de revestimento, impressa em uma impressora quad-laser SLM 800 3D. "A manufatura aditiva ajuda a economizar tempo na fase de qualificação e certificação, entregando rapidamente as peças para teste. Somos capazes de produzir os principais componentes em poucos dias. O processo de forjamento leva vários meses."
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△ Peças do trem de pouso frontal impressas em 3D para jatos particulares
A impressão 3D de grandes moldes para peças metálicas fundidas é uma aplicação importante da impressão 3D em grande escala. Para peças industriais metálicas que devem ser fundidas, a etapa de fabricação do molde é trabalhosa e demorada. Com as impressoras 3D de areia, os fabricantes podem imprimir em 3D moldes e fundições de areia diretamente, sem a necessidade de modelos em escala real. A VX4000 da Voxlejet é a maior impressora 3D de fundição em areia do mundo e usa a tecnologia de jato de encadernação para produzir não apenas moldes enormes, mas milhares deles em um único processo de impressão.
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△Impressora VX4000 da Voxlejet (Fonte: Voxeljet)
móveis e veículos
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△Uma cadeira fabricada em uma peça única usando uma impressora WASP 3D.
●Os designers de interiores também estão gradualmente escolhendo a impressão 3D de grande formato para realizar projetos complexos e o uso de materiais exclusivos. Polímeros, especialmente plásticos reciclados, são os materiais mais usados para móveis impressos em 3D, mas concreto e metal também podem ser usados. Esta carteira escolar de tamanho infantil na Gâmbia (abaixo) é um exemplo de impressão 3D atendendo a uma necessidade prática. Leve e durável, este design pode ser produzido a partir de plástico reciclado, resolvendo também o problema do lixo plástico. O modelo foi impresso em uma impressora Magnum 3D na The Industry Sweden em plástico PETG, comumente usado em garrafas de bebidas.
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△ Protótipos de carteiras para testar o conceito de móveis escolares impressos em 3D na Gâmbia, possivelmente usando plástico reciclado
●Existem inúmeros exemplos de belas cadeiras e mesas impressas em 3D, incluindo a adorável coleção de mesas de centro da NYXO Visionary Design (abaixo) feitas de PLA de espuma leve impressa em uma impressora Colossus XS 3D.
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△A série de mesas de escultura Primavera foi projetada pela empresa de arquitetura e design de produtos NYXO Visionary Design, com sede em Dubai, e impressa usando ColorFabb PLA em uma impressora Colossus XS (Fonte: Colossus)
Entrando no Guinness Book of World Records como o maior barco impresso em 3D e o maior objeto fisicamente impresso em 3D até o momento, está o barco impresso em 3D da foto abaixo, com 7,72 metros de comprimento. O barco foi impresso em 2019 pelo Centro de Estruturas e Compósitos Avançados da Universidade do Maine. É feito de plástico e celulose de madeira. Demorou apenas 72 horas para imprimir em 3D e pesa 2,2 toneladas.
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△ Um barco em tamanho real totalmente impresso em 3D produzido pela Universidade do Maine
●Os fabricantes de bicicletas também escolheram a tecnologia de impressão 3D para resolver problemas de soldagem em sua cadeia de fabricação. Um quadro impresso em 3D de uma peça não apenas economiza tempo, mas também permite novos graus de liberdade de design não limitados por juntas estruturais. A fabricante de bicicletas produziu modelos em compósitos de titânio, aço e fibra de carbono. A e-bike com estrutura de aço abaixo de Urwahn foi produzida em massa usando impressão 3D de metal para alcançar um equilíbrio de forma, função, construção leve e materiais. Elásticos traseiros especiais suspendem as rodas traseiras e geram um novo tipo de conforto ao dirigir, enquanto a estrutura de aço integra o motor e a bateria, diz a empresa.
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△ Bicicleta elétrica de estrutura de aço impressa em 3D de Urwahn
Dicas de design e software para impressões grandes
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△A estátua impressa em 3D de 30-pés de altura é montada a partir de 365 peças individuais impressas em 3D, e cada peça leva 28 horas para ser impressa em impressoras 55 3D
A impressão 3D de peça única geralmente é ideal porque elimina o trabalho de montagem, acelera a produção e melhora a integridade estrutural porque não há costuras ou superfícies. No entanto, se o objeto impresso for tão grande que você precise dividi-lo em várias partes, como dividir o modelo em impressões 3D?
● Para concluir a impressão 3D grande, você pode dividir o modelo diretamente no software CAD (como Fusion360 ou Solid Works), que tem a vantagem de permitir que você projete alguns auxiliares de montagem e alinhamento, como pregos, saliências e ranhuras, bordas, ou orifícios e ranhuras;
●Se você for apenas colar objetos grandes ou usar parafusos (somente para materiais mais fortes, como nylon com fibra de carbono), você pode deixar a operação de divisão para uma ferramenta de corte como Cura. A segmentação é rápida e automatizada usando as ferramentas de malha do Cura;
● Ao segmentar manualmente o modelo digital, evite passar diretamente pelas áreas de detalhe ou áreas de suporte. evitar a divisão no ponto mais fraco do projeto,
Ou seja, aquelas áreas que são muito mais finas que o resto do modelo.
Impressora 3D de tamanho grande
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△GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D Printer (Fonte: Gefertec)
Se você quiser usar uma impressora 3D para criar peças como grandes peças de plástico, adereços e sinais, pode usar impressoras 3D de filamentos de grande formato, que são essencialmente iguais às impressoras de filamentos de mesa. Algumas impressoras podem imprimir com materiais duráveis de nível de engenharia.
Se você quiser ir além das maiores impressoras FDM (mais 1.600 x 1.200 x 1.300), precisará de uma impressora 3D de braço robótico, um braço robótico com uma cabeça de extrusora conectada ao final. Eles podem ser colocados em trilhos ou pórticos suspensos, portanto, em teoria, é possível imprimir no tamanho dos trilhos disponíveis. O Recorde Mundial do Guinness para a maior impressora 3D é um conjunto de cabeça de extrusão de pórtico na Universidade do Maine, que pode atingir 30,000 x 6.700 x 3,000 mm. No entanto, esta impressora não está à venda. Outra vantagem das impressoras de braço robótico é que elas geralmente imprimem usando polímeros em uma forma de pellet mais econômica
As impressões 3D em resina geralmente não podem ser maiores que 1,000mm, com algumas exceções, como a Kings 1700 Pro e a 3D Systems ProX 950 devido aos tempos de impressão extremamente longos. A resina geralmente leva mais tempo do que o FDM.
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△Impressora 3D de concreto de tamanho médio se destaca em aplicações de arte de grande formato
As impressoras 3D de concreto são um mercado em expansão, não apenas para a construção de residências, mas para qualquer tipo de fôrma de concreto, móveis, construção e até mesmo vasos de plantas e esculturas. A impressão 3D de peças metálicas muito grandes geralmente é obtida com uma técnica de impressão 3D de deposição de energia direcionada, como a fabricação aditiva de arco elétrico (WAAM). Esses métodos usam um cabeçote de impressão 3D montado em um braço robótico, que possui amplo alcance e é limitado apenas pelo tamanho do braço.
