Três exemplos de aplicação para impressão 3D com sensores inteligentes
Rebeca Tarragô | 12th agosto 2022
A manufatura aditiva já se mostrou altamente eficaz em muitas áreas de atuação. Com uma infinidade de possibilidades de criação e cada vez mais opções de materiais disponíveis do mercado, elas estão sendo cada vez mais buscadas como uma nova alternativa para muitas aplicações diferentes, tornando muitas vezes essas aplicações mais econômicas e flexíveis.
Agora também está surgindo uma nova forma de impressão 3D, onde é possível integrar diferentes tipos materiais em um único processo de impressão – a chamada impressão em multi-materiais. Isso significa que em uma mesma forma produtiva é possível combinar diferentes vantagens de dois ou mais materiais em um mesmo componente, o que é extremamente vantajoso para complementar propriedades mecânicas, como alta resistência ao desgaste e outras características funcionais.
Esse processo também possibilita a integração de sensores diretamente em componentes, marcando o nascimento de sistemas compactos e inteligentes sem grandes esforços de produção ou montagem. Além da pesquisa no setor médico, que está desenvolvendo sensores para monitorar vários parâmetros vitais dos pacientes, o uso de sensores para fins industriais está se tornando cada vez mais popular.
Paralelamente recentemente igus passou a imprimir peças de desgaste resistentes à abrasão usando o método rápido e econômico com essa tecnologia isense 3D. Esses componentes irão alertá-lo quando atingirem seu limite de desgaste e também podem avisá-lo sobre possível sobrecarga. Isso os torna particularmente atraentes para uma manutenção preditiva de excelência em uma ampla variedade de sistemas.
Impressão 3D inteligente
A característica especial da manufatura aditiva de sistemas mecatrônicos é a impressão com diferentes materiais. Por exemplo, as impressoras Fused Filament Fabrication (FFF) imprimem usando diferentes filamentos de plástico com diferentes bicos de impressão. Outros materiais também são usados aqui, como materiais eletricamente condutores ou magnéticos, assim como componentes em polímeros de alta performance.
Um sensor é um componente que detecta eventos ou mudanças em seu ambiente e envia essas informações para um receptor em rede. Devido à possibilidade de processamento de diferentes materiais na impressão 3D, muitos grupos de pesquisa veem oportunidades para o desenvolvimento de uma grande variedade de sensores.
Um exemplo que podemos citar são os microsensores piezoresistivos que são integrados em uma luva externa como medidores de tensão para poder medir a resistência que surge quando os dedos se movem. Além disso, pesquisadores do Wyss Institute da Universidade de Harvard desenvolveram a chamada mão robótica “macia” que pode segurar objetos diferentes com base na pressão alterada e na mudança resultante na resistência nos sensores integrados.
Ao mesmo tempo, a instalação de diferentes sensores em diferentes pontos permite distinguir entre pressão forte e fraca aplicada. Não há limites para a variedade de sensores: até medições de temperatura também são possíveis com os sensores integrados.
Diversidade de sensores como um avanço na medicina
Na indústria médica, os pesquisadores estão aproveitando a oportunidade de integrar sensores em pequenos componentes a um custo relativamente baixo por meio da impressão 3D. Um dispositivo médico chamado “3D BioScope” – tecnologia portátil foi desenvolvido na Universidade Nacional de Taiwan. Isso envolve a colocação de uma tira semelhante a um band-aid e para monitorar os sinais vitais do paciente. Não apenas o pulso é medido, mas também a temperatura e o movimento. Os dados podem ser visualizados por meio de um aplicativo em um smartphone ou tablet. Dependendo dos requisitos, diferentes sensores podem ser instalados ou removidos. Por exemplo, existe um microfone de contato que pode gravar sons de órgãos semelhantes a um estetoscópio. Pesquisadores da Universidade de Minnesota veem uma grande oportunidade no monitoramento, principalmente durante a pandemia em andamento. Eles estão testando a Impressão 3D de sensores em órgãos vivos usando captura de movimento, uma técnica de rastreamento frequentemente usada em filmes. Ao fazer isso, eles esperam em breve poder monitorar a função pulmonar mais de perto em pacientes que contraíram o coronavírus SARS-CoV-2.
Uso na Indústria 4.0
Pesquisas também estão sendo realizadas na área da Indústria 4.0. Na igus, por exemplo, as peças inteligentes resistentes ao desgaste são fabricadas com impressão multi-materiais, que podem relatar o alcance de seu próprio limite de desgaste e detectar uma sobrecarga do componente graças à tecnologia de sensor integrada. Isso é feito medindo continuamente a resistência elétrica no material do sensor. Se essa resistência mudar, os sensores indicam que o componente deve ser substituído. Na variante de medição de carga, os sensores são posicionados entre as camadas das peças resistentes ao desgaste de forma que possam relatar uma mudança na carga imediatamente. A sobrecarga do componente e o desgaste mais rápido são assim evitados. Os componentes inteligentes 3D isense garantem manutenção reduzida e tempo de inatividade da máquina.
O aumento da rede de produtos e máquinas na Indústria 4.0 traz muitas vantagens. O monitoramento inteligente fornece uma visão geral precisa da produção, a eficiência aumenta, os custos são reduzidos e os recursos são economizados. Isso garante uma flexibilidade que faz jus ao ritmo acelerado do mercado e da produção. Essa flexibilidade é particularmente suportada na produção de componentes utilizando impressão 3D. A utilização de uma grande variedade de materiais para inúmeras finalidades, cuja produção ocorre sem ferramentas e economiza recursos, permite redução de custos e produção individualizada e um alto nível de competitividade internacional no mercado moderno.
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