Grandes transformações estão acontecendo na manufatura de todos os tipos de produtos devido aos dispositivos de prototipagem rápida, também conhecidos por equipamentos de manufatura aditiva, impressoras 3D ou manufatura digital direta [1]. Esta tecnologia já está sendo usada para a construção de todos os tipos de objetos, como por exemplo, casas, turbinas de jatos, aviões, comida, próteses e até mesmo órgãos feitos com suas próprias células [1]. Até mesmo no espaço, a NASA (Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço - EUA) está testando (ano de 2014) esta funcionalidade em gravidade zero, em ambiente sem e até mesmo como suporte para exploração em outros planetas como Marte. Esta tecnologia promete o acontecimento da terceira revolução industrial, em que a produção em massa e a transferência global de produtos serão substituídas pela produção local e altamente personalizada e individual de produtos. Esta produção irá conduzir a sociedade para um contínuo aprimoramento e incremento de inovação local [1]. A manufatura aditiva tem sido usada com diversos tipos de plásticos, borrachas, cerâmicas, metais e alimentos. Esses diversos materiais têm sido depositados em uma estrutura tridimensional através de processos de foto polimerização, fusão de material em pó, extrusão, deposição à jato, laminação e outros [2]. Cada tipo de material tem aberto novas áreas de pesquisa e negócios, sendo que cada material exige uma forma diferente de deposição. Resinas tem sido depositadas através da foto polimerização, que produz resultados com alto grau de definição, podendo ser usadas em aplicações odontológicas [3] [2]. A deposição de plásticos rígidos por extrusão direta ou pela técnica do bowden tube tem sido usada para produzir peças com diversos materiais e cores ao mesmo tempo, assim como a extrusão direta tem sido usada para deposição de plásticos de alta flexibilidade. O uso de extrusoras universais que depositam qualquer tipo de material pastoso tem sido utilizado para a fabricação de materiais em metal, através de argila com metais e aditivos (metal clay) [4], e também a fabricação de material biológico, como vasos sanguíneos, ossos e até tecidos mais complexos, abrindo um grande ramo de pesquisa para o campo de estudo da engenharia de tecidos [3]. Com o domínio de cada técnica de deposição é possível iniciar a etapa de estudo do potencial funcional e financeiro de cada peça e material. A partir da análise da resistência mecânica, rugosidade, peso, tempo de impressão e outros parâmetros é possível determinar se a peça será utilizada apenas de forma decorativa ou se pode compor parte de algum equipamento. Como uso decorativo existe, por exemplo a fabricação de souvenir, miniaturas, peças decorativas, peças de fantasia (festas temáticas e cosplay); o uso de peças impressas como parte de equipamentos pode ser visto na própria impressora 3D que utilizam peças impressas por ela mesma, além de diversas outras aplicações que exigem peças rígidas complexas; o setor de próteses para pessoas ou animais tem sido amplamente divulgada na mídia; além de diversas outras aplicações que ainda devem ser estudadas com o uso de peças em metal, impressões com alimentos, dentre outros. O objetivo deste projeto é, portanto, o domínio de diversas técnicas de impressão, com diferentes materiais, onde serão inseridos outros projetos desenvolvidos por alunos de iniciação científica, mestrado e trabalhos de conclusão de curso não só de engenharia, mas também de todos os seguimentos profissionais que podem se beneficiar da manufatura aditiva.

• Implementar a técnica de impressão com bowden tube.
• Implementar extrusoras universais e produzir peças com os seguintes materiais:
  • Argila com metal (metal clay).
  • Cerâmica e biscuit.
  • Chocolate e outros alimentos.
  • Gel utilizado para impressão com células vivas (engenharia de tecidos).
  • Argamassa e concreto.
  • Outros materiais.
• Analisar o potencial funcional e financeiro de cada produto.
• Publicação de artigos em congressos e revistas da área.

Projetos de pesquisa anteriores sobre técnicas construtivas de impressoras 3D auxiliaram no desenvolvimento de impressoras que movimentam sua base de impressão apenas no sentido vertical e o bico de impressão em duas dimensões. Outros avanços obtidos foram o desenvolvimento de bases aquecidas de impressão com tamanhos personalizados e também o entendimento da técnica de impressão com metais. O projeto atual se concentra no desenvolvimento da ferramenta de deposição de material, no uso de diferentes tipos de materiais e na determinação do potencial funcional e financeiro de cada seguimento de peças. A conclusão deste projeto viabilizará a realização de pesquisas mais sofisticadas evitando o alto custo dessas impressoras no mercado.

            Uma pequena impressora universal produzida por David Hartkop [4] nos Estados Unidos apresenta um baixo custo, contudo ela não é vendida nem entregue no Brasil. Impressoras de plásticos rígidos no modelo Prusa i3 produzidas por diversos fabricantes internacionais e nacionais apresentam custos entre 3 mil reais e 50 mil reais, contudo trabalhos anteriores mostraram que impressoras com o mesmo nível de qualidade puderam ser construídas no laboratório da PUC com custos em torno de 1 mil reais. A reutilização de peças permite que impressoras já montadas possam ser modificadas para construção de outras mais complexas, reaproveitando os investimentos anteriores. A simples extensão dos eixos de uma impressora 3D no mercado pode fazer com que uma impressora com custo na faixa de 5 mil reais chegue a custar 40 mil reais, sendo que na prática essa extensão de eixos no laboratório apresentaria um custo irrisório.

            Grande parte das impressoras comerciais utilizam a técnica de injeção do filamento na extrusora através de um tubo do material PTFE, conhecida como bowden tube, o que torna a impressora inapta para se trabalhar com filamentos flexíveis, contudo as impressoras com extrusão direta já desenvolvidas na PUC são capazes de trabalhar tanto com plástico rígidos quanto flexíveis. Portanto, o domínio da técnica tem se mostrado mais útil até mesmo do que a detenção de recursos de financiamento para a compra de equipamentos prontos no mercado.

            O domínio da fabricação de extrusoras universais para materiais pastosos torna possível a pesquisa da manufatura aditiva com argila com aditivos metálicos, cerâmica, concreto, alimentos e gel orgânico para o estudo da engenharia de tecidos. Através da variação do diâmetro do bico de deposição e do controle da esterilização do ambiente em torno do equipamento é possível utilizar a mesma técnica para imprimir materiais de diferentes densidades e viscosidades.

A implementação das diferentes técnicas de manufatura aditiva 3D também possui o objetivo de contribuir para a pós-graduação da PUC-GO que está em fase de elaboração do laboratório de Prototipagem Avançada (LAPAN) destinado à linha de pesquisa de Engenharia de Produtos e Processos. A formação deste núcleo de pesquisas é capaz de fornecer uma formação de excelência [5][6][7] para os alunos desta instituição e auxiliar a comunidade em diversos setores com todo o potencial promissor desta pesquisa.