Academia Naval dos EUA usa a impressão 3D para treinar a próxima geração de engenheiros navais
Para ajudar a treinar a força de trabalho de defesa nessas tecnologias, os educadores dos programas de graduação das forças armadas estão aumentando o foco na impressão 3D. O capitão Brad Baker, professor associado da Academia Naval dos Estados Unidos (USNA), tem se mantido atualizado em diferentes tecnologias de impressão 3D há anos.
Form 3 , Form 3B , Form 3L e Fuse 1 da Formlabs
Por meio do Maker Space USNA , todos os alunos da Academia Naval dos Estados Unidos, independentemente da especialização, são expostos a várias tecnologias de manufatura aditiva. Para os estudantes de engenharia especificamente, sua exposição vai muito além, preparando-os para carreiras como engenheiros navais e líderes nas indústrias avançadas de fabricação e defesa. Este nível de educação é possível graças a uma frota de impressoras 3D, incluindo a Form 3 , Form 3B , Form 3L e Fuse 1 da Formlabs, bem como impressoras e equipamentos de outros fornecedores.
O capitão Baker fundou o Maker Space USNA há cinco anos, depois de atuar como consultor técnico para um projeto de engenharia para estudantes. Durante o processo de orientação aos alunos encarregados de projetar um veículo aéreo não tripulado (UAV) lançado de submarino, o Capitão Baker percebeu que o processo iterativo dos alunos e, portanto, o ritmo de aprendizado, era impedido pela falta de acesso à sua própria capacidade de fabricação.
O capitão Baker não foi o primeiro professor no campus a oferecer impressoras 3D aos alunos para seus cursos, mas ele trouxe toda a capacidade de design e fabricação para um local centralizado quando iniciou o Maker Space USNA. Com apenas algumas impressoras de modelagem por deposição fundida (FDM) para começar, ele começou a integrar as máquinas no currículo de engenharia mecânica e disponibilizá-las para os alunos que concluíssem seus projetos principais.
“Foi um sucesso desde o início – houve envolvimento imediato dos alunos, interesse e demanda dos alunos. Começamos com duas impressoras, depois expandimos rapidamente os recursos CAD, bem como a impressão 3D, e fomos o primeiro lugar no campus a centralizar computadores poderosos, CAD poderoso e impressoras 3D poderosas, todos disponíveis diretamente para os alunos.”
Para mitigar a perda de tempo e material, o capitão Baker implementou recentemente um programa de treinamento em camadas. Quando os alunos iniciam seu currículo de engenharia, eles primeiro aprendem como usar o software CAD , depois como operar impressoras FDM, depois passam para a estereolitografia (SLA) e, finalmente , avançam para a sinterização seletiva a laser (SLS) . Agora eles até aprendem digitalização 3D e podem concluir projetos completos de engenharia reversa usando todas as ferramentas que aprenderam.
Como funcionam as tecnologias em impressão 3D, SLA, LSF e SLS
Formlabs
A Formlabs é uma empresa de tecnologia de impressão 3D com sede em Somerville, Massachusetts. A empresa foi fundada em 2011 por Max Lobovsky, Natan Linder, e David Cranor. A Formlabs se destaca por seus sistemas de impressão 3D de alta precisão, que são usados em aplicações como prototipagem, pesquisa médica, e produção de peças de reposição. A empresa também oferece uma ampla gama de resinas para impressão 3D, permitindo que os usuários imprimam uma variedade de materiais com diferentes propriedades.
Tipos de tecnologia em impressoras 3D
- SLA (Stereolithography)
- LFS (Light Field Stereolithography)
- SLS (Selective Laser Sintering)
SLA (Stereolithography)
A impressão SLA funciona a partir da exposição de uma camada de resina fotopolimérica a uma fonte de luz. Isso faz com que a resina se solidifique e se adeque ao formato do objeto desejado. Em seguida, uma nova camada é adicionada por cima e exposta à luz, repetindo-se o processo até que o objeto esteja completo.
LFS (Light Field Stereolithography)
A tecnologia LFS (Light Field Stereolithography) é uma tecnologia de impressão 3D desenvolvida pela empresa Formlabs. É um tipo de impressão 3D que usa luz para solidificar camadas finas de resina e criar objetos tridimensionais. A tecnologia LFS é diferente de outras tecnologias de impressão 3D, como a FDM (Fused Deposition Modeling) ou a SLA (Stereolithography), pois usa uma câmera para mapear a luz que é usada para solidificar a resina. Isso permite que a tecnologia LFS produza objetos com alta precisão e resolução, bem como com uma variedade de propriedades físicas, como dureza e elasticidade. A tecnologia LFS é usada em aplicações como prototipagem, pesquisa médica, e produção de peças de reposição.
As impressoras Form 3+, Form 3L e Form 3B+ utilizam a tecnologia LSF (Estereolitografia de Baixa Força) iluminação linear e um tanque flexível para transformar a resina líquida em impressões perfeitas.
SLS (Selective Laser Sintering)
Já a impressão SLS utiliza um laser para aquecer e fundir o material em pó, formando camadas que são sobrepostas até que o objeto esteja completo. Esse processo é mais rápido e permite a criação de peças mais resistentes, mas também é mais caro e requer materiais mais especializados.
Ambas as tecnologias da Formlabs permitem a criação de objetos precisos e detalhados, sendo utilizadas em diversas áreas, como arquitetura, engenharia, medicina e design de produto.
FUSE 1 – Impressora 3D com tecnologia SLS de alto desempenho
Prototipagem com a FUSE 1 – Impressão 3D de pó de nylon pronta para produção para sua bancada com uma plataforma de sinterização a laser seletiva (SLS) compacta e acessível.
Laboratório equipado com mais de 30 impressoras 3D Formlabs
“Construir e executar um MakerSpace com mais de 30 impressoras 3D que suportam mais de 100 usuários com apenas três pessoas foi um processo desafiador e, assim como meu treinamento na Marinha me ensinou, a melhor maneira de fazer isso é treinar e qualificar os usuários para use nossas instalações. Há uma hierarquia em como fazemos impressão 3D, os alunos podem chegar até a fusão em leito de pó no Fuse 1 e em nossas impressoras de metal aprendendo como falhar primeiro.”
Capitão Brad Baker
O treinamento e a qualificação de usuários colocam muita pressão nas próprias máquinas para que tenham um desempenho consistente. A abordagem de ensino personalizada do Capitão Baker leva os alunos de sistemas FDM mais propensos a erros, mas simples, para as impressoras SLA progressivamente mais robustas e com baixa taxa de falhas, para finalmente os sistemas SLS mais fáceis de usar, porém mais complexos.
“A taxa de falha em nossas impressoras SLA é extraordinariamente baixa. Eu digo a eles, ‘espere até chegar ao SLS’. Na FUSE 1 SLS é quase 0. Praticamente sem falhas, as propriedades do material são boas e a precisão é muito boa.”
Capitão Brad Baker
Novos aplicativos com o Editor de configurações de materiais, Além de ensinar aos alunos de engenharia mecânica como escolher a tecnologia de impressão 3D certa para seus projetos, as impressoras Form 3, Form 3L e Fuse 1 ajudam na pesquisa.
“O Editor de configurações de materiais nos ajudou a entender melhor a impressora — como ajustar os diferentes botões e alavancas que operam a máquina. Originalmente, o adquirimos para aplicações muito específicas porque queríamos usar cerâmica. Tínhamos uma grande ambição de criar um material termoelétrico, que sob o fluxo de calor produzisse corrente. Não havia nenhum que pudéssemos encontrar que fosse fabricado de forma aditiva, então começamos a trabalhar em diferentes maneiras de fabricar o nosso próprio.”
Impressora FUSE 1
“Obtemos a Fuse 1 por alguns motivos incomuns, mas tem sido um sucesso incrível por muitos outros motivos. A impressora é incrivelmente rápida, comparativamente. Tem sido um grande sucesso. A resolução é boa e a precisão dimensional é excelente. A precisão dimensional é a melhor de todas as impressoras que temos. Meus alunos muitas vezes se perguntam por que não começamos com o Fuse 1 e eu digo a eles simplesmente: ‘vocês têm que ganhar o privilégio de chegar ao Fuse 1.’”
Embora o impulso inicial tenha sido criar novos materiais, o capitão Baker descobriu que trabalhar com o Nylon 12 Powder da Formlabs era um processo suave e eficiente, dizendo: “as propriedades do material Nylon 12 são muito atraentes. É leve e forte. Fizemos algumas peças de UAV e outras peças de uso final. Tem boa resistência, ductilidade boa o suficiente, é sólida e, talvez o melhor de tudo, não requer suportes para que possa imprimir modelos desafiadores muito bem.”
Impressoras 3D Formlabs – Form 3 e Form 3B
Uma aplicação que o capitão Baker não havia imaginado quando estava construindo inicialmente seu espaço era o uso de suas impressoras 3D para odontologia. Trabalhando em estreita colaboração com o Protético da Marinha, Capitão Peter Barndt, ele desenvolveu um fluxo de trabalho de digitalização, design digital e impressão 3D para as necessidades odontológicas dos aspirantes da Academia Naval. Usando suas impressoras Form 3 e Form 3B com Gray Resin , Draft Resin, Surgical Guide Resin e BioMed Clear Resin , o Capitão Baker e seu colega Capitão Barndt estão trabalhando na impressão de protetores bucais, protetores noturnos e até mesmo guias cirúrgicos. Entre projetos típicos de estudantes e aplicações secundárias como odontologia, as máquinas do Capitão Baker estão funcionando sem parar.
Ter impressoras confiáveis e de alta qualidade que usam as tecnologias FDM, SLA e SLS permite que a Maker Space USNA faça algo aparentemente impossível: colocar cada aluno da USNA diante de três tipos diferentes de manufatura aditiva. A filosofia do capitão Baker de educação prática e uma abordagem de aprendizado através do fracasso leva essa exposição um passo adiante para os estudantes de engenharia e os prepara para carreiras servindo na Marinha dos Estados Unidos e além.
Para saber mais sobre as impressoras 3D da Formlabs e qual melhor se adequa ao seu projeto, entre em contado com os especialistas da FESMO.
Fesmo distribuidor e representante oficial Formlabs
A Fesmo, soluções em impressão 3D, comercializa impressoras 3D da Formlabs, atendendo a demanda do mercado 3D, respeitando a qualidade esperada pelos projetistas 3D.
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