Impressão 3D + corte a laser abre possibilidades interessantes para a impressão 3D de madeira

Na verdade, a impressão 3D foi uma inspiração para o pensamento inovador. A abundância de tecnologias aditivas por aí se tornou um ponto de partida para um cenário totalmente novo de processos de fabricação. Isso inclui um novo método para imprimir grandes estruturas de madeira em 3D, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Qilu e da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Florestal do Nordeste, ambas na China.

Os autores de um artigo intitulado “Um método de fabricação de aditivos usando madeira em grande escala inspirado na fabricação de objetos laminados e na tecnologia de madeira compensada” na revista Polymers, Yubo Tao, Qing Yin e Peng Li, descrevem como madeira cortada a laser pode ser empilhada em um aditivo maneira de criar objetos de madeira. Eles chamam o processo de laminação folheada cortada a laser (LcVL) e foi inspirado em grande parte pela fabricação de objetos laminados (LOM), um método de impressão 3D que ainda não encontrou uso generalizado na indústria, mas tem várias aplicações de nicho importantes.

A LOM se originou com uma empresa chamada Helisys Inc., que laminava peças de material revestido com adesivo, como plástico, antes de cortar as camadas para produzir um objeto final. Embora a iteração da tecnologia dessa empresa esteja agora extinta, outros adotaram o conceito e o incorporaram a novos processos de produção.

Mcor, também extinto, tinha uma tecnologia muito interessante que aplicava LOM à impressão em papel, usando uma impressora jato de tinta 2D para imprimir em camadas individuais de papel e, em seguida, usando uma lâmina para cortar a pilha. A Fabrisonic aplica uma abordagem semelhante às folhas de metal, soldando as folhas por ultrassom e, em seguida, cortando-as com um cabeçote CNC. O Impossible Objects tem um processo LOM mais envolvido que permite a impressão 3D de composições.

Os pesquisadores, neste caso, estão usando LOM para imprimir com madeira, vendo-o como uma força potencial em relação aos métodos alternativos de impressão de madeira. Até agora, a impressão 3D com madeira está limitada a métodos de extrusão ou colagem granular. O primeiro é uma técnica de modelagem por deposição fundida que derrete filamentos compostos de madeira-plástico e os expulsa em um substrato. Este último vê partículas de polímero de madeira derretidas com lasers de alta potência em máquinas de sinterização seletiva a laser. Alternativamente, os sistemas de jato de aglutinante podem ligar partículas de madeira com um aglutinante inorgânico.

Essas técnicas são até agora limitadas, tanto em termos do tamanho dos objetos que podem ser feitos quanto das discrepâncias gerais na aparência e nas propriedades mecânicas entre os objetos impressos e a madeira original da qual são feitos.

“Metodologia de design de modelo. (a) Contorno de uma camada transversal com padrão celular de Voronoi; (b) Definir parâmetros de processamento do laser no software LaserCAD, como potência do laser, velocidade de movimento, etc.; (c) Madeira cortada a laser; (d) Uma fatia da camada após 1,5 mm de extrusão; (e) Empilhamento de camadas ao longo do eixo Z para criar um modelo em camadas; (f) As camadas são giradas para produzir o modelo do produto desejado.” Imagem cortesia da Polymers.

Os pesquisadores propõem a ideia de converter um modelo 3D em fatias individuais de madeira que seriam cortadas a laser e coladas camada por camada. Eles escolheram o folheado de choupo feito de madeira Aspen com espessura de 1,5 mm e teor de umidade de 8%. A madeira foi então cortada usando um cortador a laser Modelo 4060 da Huitian Laser Instrument Co., Ltd. Em seguida, as camadas foram revestidas com adesivo de acetato de polivinila (PVA) e empilhadas, com um molde dos contornos do modelo usado para pressionar as pilhas juntas em uma prensa fria.

“Comparação entre o produto de laminação folheada a laser (LcVL) e seu modelo 3D. (a) Vista ortográfica do produto LcVL; (b) Vista ortográfica do modelo 3D do produto; (c) Vista superior do produto LcVL; (d) Vista superior do modelo 3D do produto; (e) Vazios tubulares presentes no modelo 3D de pós-rotação do produto; (f) Vazios tubulares presentes no modelo 3D da pré-rotação do produto.” Imagem cortesia da Polymers.

Os autores acreditam que tal processo de produção, se automatizado, poderia ser usado para criar objetos com boa absorção sonora e que as partículas de madeira remanescentes do processo de corte a laser poderiam ser reaproveitadas para o filamento de impressão 3D de madeira-plástico. No entanto, eles também observam que o processo LcVL não é ideal para objetos mais geometricamente complexos com saliências significativas.

“Direção da textura da madeira (indicada por setas vermelhas) e soluções de corte de camada distintas (a) Solução de corte com a camada 1 e camada 2 cortadas de maneira idêntica. As direções da textura da madeira resultantes da estrutura são 2,25° entre cada camada. (b) Solução de corte que produz um produto com uma direção de textura de madeira consistente. (c) Solução de corte que produz um produto com direções de textura de madeira ortogonal entre as camadas.” Imagem cortesia da Polymers.

Como a madeira é anisotrópica, com a forma como os grãos são orientados determinando o quão forte ela é em uma determinada direção, a forma como as camadas de madeira são empilhadas apresenta algumas possibilidades interessantes. Os autores escrevem:

Se a camada 2 foi cortada com 90◦ no sentido anti-horário mais 2,25◦ no sentido anti-horário, como mostrado na Figura 7c, então as direções da textura da madeira das camadas 1 e 2 seriam ortogonais em um produto com camadas giradas no sentido anti-horário 2,25◦. A direcionalidade de tal produto pode ser analisada com o princípio ortogonal da tecnologia de madeira compensada. A capacidade de design das estruturas do produto LcVL é essencial para a criação de modelos de materiais e matrizes para compostos de propriedades variáveis ​​com LcVL.

Dada a necessidade de abandonar os materiais à base de petróleo, as alternativas derivadas de combustíveis não fósseis devem ser uma prioridade para a incipiente indústria de impressão 3D. Nesse caso, o LcVL de madeira como possível matéria-prima pode ser uma adição interessante ao portfólio de aditivos. Podemos até imaginar LcVL usado para uma variedade de outros materiais, sustentáveis ​​ou não. Este é claramente apenas o início da pesquisa da equipe, pois ainda não automatizou o processo de empilhamento. Será emocionante ver se eles serão capazes de desenvolver seu estudo em um futuro próximo.

Fonte: 3DPrint.com

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