Impressão 3D é a próxima grande novidade do ciclismo?

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Anonim

Impressoras auto-replicantes criando objetos a partir de desenhos de computador? Não é ficção científica, mas uma realidade preparada para revolucionar a manufatura

Embora você não pense, 1986 foi um ano crucial. A desregulamentação da Bolsa de Valores de Londres mudou a forma como pensávamos sobre dinheiro; Chernobyl mudou a forma como pensávamos sobre a energia nuclear; Top Gun mudou a forma como pensávamos sobre trilhas sonoras de filmes e, para quem presta atenção, um cavalheiro americano chamado Chuck Hull mudou a forma como pensávamos sobre fabricação.

Naquele ano, em 11 de março (talvez um milhão de dias desde a tradicional fundação de Roma), Hull recebeu a patente americana número 4.575.330: ‘Aparelho para produção de objetos tridimensionais por estereolitografia’. E assim nasceu a impressora 3D.

‘Chuck Hull foi o cara que começou tudo’, diz Phil Kilburn, gerente de vendas da empresa de impressão 3D 3T RPD. “Ele estava trabalhando para a Xerox na época e teve a ideia de colocar tintas umas sobre as outras para criar um modelo tridimensional sólido. Ele pegou esse processo e iniciou a primeira empresa de impressão 3D, a 3D Systems.'

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No início

A impressora 3D original de Hull usou uma luz ultravioleta para desenhar uma forma bidimensional sobre a superfície de uma cuba de fotopolímero líquido, uma substância que se torna sólida quando exposta a raios ultravioleta. Esse processo acontece repetidamente, construindo camadas 2D para criar um objeto 3D. Embora os processos e materiais usados nas impressoras 3D tenham percorrido um longo caminho desde então, os rudimentos permanecem os mesmos.

'As máquinas que usamos agora empregam lasers', diz o gerente de TI da 3T RPD, Martyn Harris. “O processo é extremamente inteligente, mas em sua forma básica é muito simples: pegue um pouco de pó e derreta. Portanto, em nossas máquinas, você tem um leito de material em pó, por exemplo, nylon, que é aquecido na câmara da impressora até um pouco abaixo do ponto de fusão. Os lasers então traçam seções transversais bidimensionais do componente que você deseja produzir sobre o pó, derretendo uma camada 2D a cada vez. Uma vez que uma camada é traçada, a base da impressora desce, digamos, 120 mícrons [0,12 mm], então um braço re-coater espalha outra camada de material em pó sobre o topo e o processo começa novamente, com os lasers traçando a próxima camada.'

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Este processo é baseado no método de 'sinterização', onde em altas temperaturas os átomos nas partículas de um pó se difundem e se tornam uma peça sólida. Mas não basta apontar um laser para algum plástico e esperar que um objeto útil surja.

‘O que você faz primeiro é fazer um modelo 3D CAD [computer-aided design] do que você quer fazer’, diz Harris.“Então, usando um software personalizado, você embala os modelos em um espaço 3D virtual que espelha o tamanho da mesa da impressora. A partir daí, você salva todos os seus arquivos em STL – estereolitografia ou arquivos triangulados – e, quando os arquivos estão prontos, você basicamente os corta em qualquer espessura que esteja construindo. Todos esses arquivos fatiados são enviados para o computador que controla a impressora e, em seguida, basta pressionar go, e a impressora o imprimirá. Ironicamente, muitas das peças dessas impressoras são impressas em outras impressoras aqui, então elas se tornaram auto-repetitivas.'

Harris está envolvido com 3T RPD nos últimos 13 anos e, mais recentemente, fundou a Race Ware, uma empresa de componentes para bicicletas que fabrica seus produtos – de suportes de plástico Garmin a coletores de corrente de titânio – usando impressoras 3T RPD.

‘Entrei nisso porque administro um SRM e tenho um par de barras Easton TT’, diz Harris. “Quando fui procurar um suporte de barra, tudo o que encontrei foi um kit adaptador horrível, então pensei em fazer o meu próprio. Achei que se estivesse fazendo um para mim, veria se mais alguém queria um também, então entrei em um fórum TT e perguntei. Esse cara chamado Jason Swann disse que queria um Garmin, e ele era um designer de CAD, então ele me deu o design. Levamos apenas três ou quatro meses para chegar da primeira iteração à versão que estamos vendendo agora.'

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Como Harris indica, um dos principais avanços que vem com a fabricação 3D é a velocidade e a facilidade com que os produtos podem ser produzidos e aperfeiçoados. O processo geral, desde a prancheta até o artigo acabado, é excepcionalmente rápido em comparação com os métodos mais tradicionais - embora os tempos de construção possam levar de algumas horas a cerca de uma semana, dependendo da complexidade e do número de produtos sendo impressos.

‘Ao contrário de outros processos de fabricação, como moldagem por injeção, com a impressão 3D não há ferramentas ', diz Harris. ‘Tudo o que preciso fazer é criar o modelo CAD, fazer alguns testes, fazer alguns ajustes e, quando estiver satisfeito, começar a imprimir. As pessoas acham difícil colocar suas cabeças em torno disso. Eles perguntam qual é o prazo de entrega e eu posso responder: “Duas ou três semanas”, enquanto eles estão acostumados a alguém dizer: “Estará pronto no quarto trimestre do próximo ano.”’

Prototipagem rápida

Claro que 3T RPD e Race Ware não estão sozinhos; existem outros fabricantes e indústrias atualmente colhendo os benefícios da impressão 3D e procurando expandir ainda mais os limites. A Audi usou robôs de impressão 3D para criar o carro conceito RSQ que apareceu no filme I, Robot; Equipes de Fórmula 1, como a Sauber, usam dutos de freio impressos em 3D em seus carros e, mais recentemente, a empresa de arquitetura holandesa Dus Architects anunciou planos para imprimir em 3D uma casa inteira. Então, se tudo isso for viável (a casa supostamente será construída em partes em uma impressora de seis metros de altura chamada 'KarmerMaker'), quais seriam as implicações para as próprias bicicletas? Um homem que acha que sabe é o chefe de pesquisa e desenvolvimento da Ridley bikes, Dirk Van den Berk.

‘Estamos imprimindo pequenos componentes de protótipos nos últimos dois ou três anos, como o freio para o garfo Noah Fast’, diz Van den Berk. “Mas pela primeira vez este ano [2013] imprimimos um quadro inteiro como parte do desenvolvimento da nossa nova versão da bicicleta Dean TT. Não é forte o suficiente para ser montado ou testado em estresse, mas é ótimo para testes aerodinâmicos no túnel de vento e testes de montagem, onde podemos construí-lo com componentes reais para ver se tudo se encaixa.'

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Assim como no Race Ware, esse tipo específico de impressão 3D – conhecido como prototipagem rápida – permite que Ridley faça alterações de forma rápida e barata. ‘O reitor começou com formas de tubos para testar no túnel. Em seguida, construímos quadros completos. Testamos, avaliamos e depois voltamos e fazemos pequenas alterações. Essa é a grande coisa – pequenas mudanças podem ser feitas muito rapidamente. Você só precisa apertar um botão e esperar que a impressora pare de imprimir.

‘Anteriormente você usava computadores e softwares para criar uma moldura, até o ponto em que você dá luz verde e os fabricantes de moldura começam a cortar os moldes. Embora a impressão 3D não seja uma tecnologia barata, é certamente mais barato do que abrir um molde, ver algo errado com o quadro e ter que recomeçar”, acrescenta Van de Berk.

Então, se empresas como 3T RPD podem imprimir em metal e fabricantes como Ridley já estão imprimindo protótipos completos de quadros de bicicleta, por que não podemos juntar os dois e começar a imprimir bicicletas para pedalar?

‘Para um quadro completo, é bastante difícil por causa da maneira como o quadro é carregado durante a pilotagem’, explica Van den Berk. “É uma estrutura complexa que precisa ser capaz de lidar com todos os tipos de tensões e tensões. Com o carbono, a maneira como você cria as camadas é o que torna um quadro forte ou rígido em uma determinada direção. Com a impressão é muito mais difícil controlar as propriedades de

o material e é isso que dificulta a produção de quadros. No entanto, as coisas certamente estão indo nessa direção.'

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Economias de escala

De volta ao Canal em Bristol, há uma empresa para a qual a realidade das molduras impressas em 3D está cada vez mais próxima – pelo menos em parte.

Charge Bikes tem trabalhado com a EADS (European Aeronautic Defense and Space Company) para criar os primeiros dropouts impressos em produção. Feitos de titânio Ti6Al4V, os dropouts são impressos nas instalações da EADS antes de serem enviados para Taiwan para serem soldados nas bicicletas cross-freezer da Charge. No entanto, enquanto os testes EN e os cansativos oito meses sob o comando do piloto profissional de Charge, Chris Metcalfe, mostraram que os desistentes são tão bem-sucedidos quanto seus primos CNC, eles e o processo do qual fazem parte não estão isentos de limitações.

Charge's Neil Cousins diz: Atualmente, as desistências impressas adicionam 20% ao custo de um quadro Freezer padrão, em parte porque cada construção só pode produzir um máximo de 50 desistências devido ao tamanho da impressora. Também estamos limitados pelo número de impressoras disponíveis - atualmente apenas três outras empresas no Reino Unido as possuem - e a experiência e as habilidades necessárias para usá-las.'

Cousins ress alta que não há razão para que, no futuro, o custo de produção dessas peças não possa diminuir à medida que o tamanho e o número de máquinas aumentam, mas por enquanto ele é realista sobre o rumo da tecnologia: 'Estamos sempre com planos de peças e acaba de contratar um novo desenhista industrial aqui. Uma coisa a lembrar é que muitas das peças serão tão caras que temos que ter cuidado para não fazer algo que ficará nas prateleiras de nossos distribuidores por anos. Dito isso, muitos dos grandes players da indústria de bicicletas entraram em contato conosco e com a EADS para obter mais informações sobre a tecnologia e, no curto prazo, posso ver facilmente a impressão 3D sendo usada para fabricar componentes como hubs, mechs e cassetes.'

Martyn Harris, da Race Ware, pode estar um passo à frente, tendo colaborado com o guru aerodinâmico Simon Smart para fazer uma haste de titânio. Embora longe de ser um item finalizado e vendável (Harris estima que a versão atual lhe custou £ 5.000, então mudar de um pode ser um pouco difícil), serve apenas para provar em que nível a impressão 3D está atualmente e também o que vai demorar para chegar onde empresas como Race Ware e Charge gostariam de chegar.

‘A chave para o futuro da impressão 3D é entender o processo’, diz Phil Kilburn, da 3T RPD. “Foi preciso muito trabalho missionário de nossa parte para fazer as pessoas acreditarem na tecnologia, para educar as pessoas sobre o que ela pode e não pode fazer. Somente depois de entender o processo, você poderá aproveitá-lo. Ainda não chegou lá, mas quando chegar, a impressão 3D vai explodir.'

As letras miúdas: como a impressão 3D realmente funciona

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  • Além de construir em plástico, a 3T RPD possui uma série de máquinas que imprimem peças metálicas, como esses coletores de corrente de titânio encomendados pela Race Ware.
  • A câmara da impressora é aquecida a 70°C, antes que um único laser de fibra, operando a 1.000°C+, trace as camadas bidimensionais em um leito de pó de titânio.
  • A luz branca brilhante que você pode ver não é o ponto do laser, mas sim uma luz intensa que é emitida quando o titânio em pó se funde.
  • Os coletores de corrente são construídos em camadas de 20 mícrons – após cada camada ter sido traçada, a base da impressora cai 0,02 mm antes que uma nova camada de pó seja espalhada.
  • As impressoras de metal tendem a ser muito menores do que as de plástico. Mas as máquinas mais recentes da 3T RPD já são 50% mais altas do que suas antecessoras.
  • O grande problema de tornar as impressoras maiores vem com os lasers de foco. As impressoras de metal menores usam um único laser, enquanto as impressoras de plástico de área maior devem usar dois.
  • A impressão de três coletores de corrente em titânio leva cerca de quatro horas. Até 50 podem ser espremidos na base da impressora, mas o tempo de construção aumentará para cerca de 12 horas.
  • Quando a construção estiver concluída, as peças podem ser removidas quase como se fosse retirar uma pedra de um monte de areia. Grande parte do pó restante é reciclado e colocado de volta na próxima construção.

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