Impressão 3D: Designers e desenvolvedores devem prestar atenção?

A impressão 3D não é uma tecnologia nova, mas avanços recentes em vários campos a tornaram mais acessível para amadores e empresas. Comparado a outros setores de tecnologia, ainda é uma indústria pequena, mas a maioria dos analistas concorda que tem muito potencial. Mas onde está o potencial para designers freelancers e engenheiros de software?

Um colega Toptaler me perguntou isso algumas semanas atrás, porque eu costumava cobrir a impressão 3D para algumas publicações. Eu não tinha uma resposta clara. Eu não poderia simplesmente listar as oportunidades de negócios porque esta é uma indústria de nicho com uma vantagem limitada e apelo de mercado de massa. Além disso, a impressão 3D ainda não é uma tecnologia madura, o que significa que não há muito em termos de padronização e recursos online para designers e desenvolvedores dispostos a mergulhar.

No entanto, isso não significa que não existam oportunidades de negócios; eles existem, mas são limitados. Neste post, tentarei explicar o que diferencia a indústria de impressão 3D e o que os freelancers podem esperar daqui para frente.

Impressão 3D para amadores e empresas

Em primeiro lugar, acho que precisamos distinguir entre dois nichos muito diferentes na impressão 3D, ou indústria de manufatura aditiva.

Em uma extremidade do espectro, você tem inúmeros entusiastas de hardware, desenvolvedores de software e designers trabalhando em projetos de código aberto. O projeto RepRap incorpora essa abordagem enxuta e aberta melhor do que qualquer iniciativa semelhante na indústria. RepRap significa Replicating Rapid Prototyper e é basicamente uma iniciativa para desenvolver impressoras baratas baseadas na tecnologia de fabricação de filamentos fundidos (FFF). Essencialmente, essa é a tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM), mas RepRap não pode usar esse nome porque foi comercializado pela Stratasys. Quando a patente da empresa sobre o FDM expirou, o FDM foi adotado pela comunidade de código aberto, embora com um nome diferente.

A RepRap completou dez anos este ano, com as primeiras impressoras aparecendo alguns anos após o lançamento. Em 2010, o projeto RepRap estava em seu projeto de terceira geração, e a comunidade RepRap viu muito crescimento nos próximos anos.

Um recurso digno de nota da iniciativa RepRap é a autorreplicação; o objetivo final do projeto é criar uma impressora 3D que eventualmente se replicará. Ainda não chegamos lá, mas alguns designs RepRap permitem que os usuários imprimam três quartos da impressora. Você ainda não pode imprimir extrusoras e servos elétricos, mas é um começo.

No entanto, RepRap nunca deveria ser um sucesso comercial. Foi criado como uma iniciativa de tecnologia em primeiro lugar, por isso nunca foi centrado no consumidor. Tratava-se de ser pioneira em várias tecnologias e trazê-las para o mercado amador a baixo custo. RepRap nunca deveria ser uma vaca leiteira.

Então e os grandes negócios? Vários pioneiros da indústria já se tornaram pesos pesados ​​da impressão 3D. Estes incluem Stratasys, Sistemas 3D, Ultimaker e Printbot. As impressoras RepRap ainda possuem uma grande fatia de mercado e não estão sendo espremidas por plataformas proprietárias. Na verdade, a maioria dos fornecedores não tem escolha a não ser adotar alguns padrões RepRap para garantir a compatibilidade.

No entanto, simplesmente listar as empresas de impressão 3D e suas respectivas participações de mercado não pinta o quadro completo. Por exemplo, RepRap é limitado à tecnologia FFF, que é a tecnologia de impressão 3D mais difundida atualmente. O problema é que as impressoras FFF têm muitas limitações, o que significa que não podem ser usadas em muitos setores.

Diferentes tecnologias para diferentes aplicações

Para ter uma ideia melhor do que está por aí, precisamos dar uma olhada nas tecnologias de impressão 3D atualmente disponíveis. Isso pode não parecer interessante se você não for um geek de hardware, mas é importante entender a diferença entre várias tecnologias de impressão (e tentarei manter esta seção o mais breve possível).

• O FFF/FDM geralmente depende do “filamento” termoplástico aquecido pela extrusora da impressora antes de ser depositado na mesa de impressão. A maioria das impressoras FFF contam com filamentos de plástico ABS e PLA, mas os modelos mais recentes também usam filamentos de policarbonato (PC), polietileno de alta densidade (HDPE), poliestireno de alto impacto (HIPS). Alguns até usam arame de metal em vez de plástico, enquanto outros usam serragem para criar objetos quase de madeira. Alguns podem até imprimir comida, chocolate, macarrão e assim por diante.

• As impressoras granulares são feras diferentes, pois seu material não é filamento, mas, geralmente, metal em pó. Essas impressoras tendem a se basear na tecnologia a laser (embora não tenham muito em comum com a impressora a laser do seu escritório). Eles usam um laser poderoso para fundir seletivamente materiais granulares. Existem várias maneiras de fazer isso: As impressoras de sinterização seletiva a laser (SLS) fundem pequenas partículas de metal pelo processo de “sinterização”, enquanto as impressoras de fusão seletiva a laser (SLM) derretem o pó. As impressoras de fusão por feixe de elétrons (EBM) atingem o pó de metal com um feixe de elétrons em um ambiente de vácuo

• As impressoras de estereolitografia (SLA) transformam matérias-primas líquidas em sólidos usando luz. Essas impressoras apresentam diversas vantagens, em termos de precisão e capacidade de produzir objetos complexos em uma única passagem, pois as impressões SLA não requerem suportes ou suportes, na maioria dos casos. A desvantagem é que a escolha de materiais é muito limitada. Geralmente são polímeros líquidos exóticos e não podem ser usados ​​para imprimir metal ou chocolate.

Existem mais algumas tecnologias de impressão 3D por aí, mas não vejo sentido em cobrir todas elas para os propósitos desta postagem no blog.

O desafio

Então, por que não estamos todos brincando com impressoras 3D em nossas casas e escritórios? Por que não podemos imprimir objetos da mesma forma que imprimimos faturas, planilhas e e-mails? A impressão 3D não se tornará popular tão cedo, e aqui estão alguns desafios e problemas que precisam ser abordados primeiro.

• Hardware proibitivamente caro
• Base de usuários limitada (em comparação com impressoras tradicionais)
• Tecnologia imatura
• Velocidade
• Preço/desempenho, ROI
• Custos de funcionamento
• Eficiência energética

A cada nova geração, as impressoras 3D de nível básico ficam um pouco mais baratas, mas ainda são muito caras para a maioria dos usuários em potencial. Uma coisa é comprar uma impressora de $200 para sua casa ou escritório, você provavelmente vai acabar usando muito, mas o mesmo não é necessariamente verdade para impressoras 3D. Quantas pessoas precisam imprimir documentos e quantas precisam imprimir objetos 3D?

A tecnologia está melhorando, mas persistem sérias limitações. As impressoras 3D ainda são lentas, sensíveis a todo tipo de condições adversas, seus “printbeds” tendem a ser pequenos (especialmente em modelos baratos), a escolha de materiais é limitada e o filamento pode ser caro.

A razão pela qual as empresas não estão fazendo fila para comprar impressoras 3D é simples: ROI. As impressoras 3D ainda não conseguem se aproximar dos métodos tradicionais de fabricação em termos de velocidade, custo e eficiência energética. Isso não significa que a indústria não vai mudar para a impressão 3D no futuro; já estamos vendo alguns desenvolvimentos pioneiros, mas as impressoras 3D não tornarão obsoletas as técnicas tradicionais de fabricação em breve.

Ainda assim, existem algumas exceções notáveis. Há alguns anos, a General Electric decidiu projetar e construir um novo bico de injeção de combustível para seu motor turbofan CFM LEAP de próxima geração, que deve acabar em centenas de aviões. A GE acabou optando por bicos de titânio impressos em 3D. A razão? O novo bico impresso em 3D acabou 25% mais leve que o design anterior e consistia em uma única peça em vez de 18 no bico antigo. Espera-se que a durabilidade seja cinco vezes melhor. Esses bicos serão usados ​​em motores fabricados a partir de 2016. A GE espera produzir mais de 100.000 peças impressas em 3D até o final da década.

Uma equipe de engenheiros da GE decidiu criar uma réplica funcional de um dos motores da empresa, usando uma nova técnica de impressão granular apelidada de “fusão a laser de metal”.

Para encurtar a história, não, você não comprará brinquedos impressos em 3D por US $ 2 tão cedo, mas voará em aviões movidos por motores mais eficientes e confiáveis, possibilitados pela impressão 3D. Não haverá chocolate impresso em 3D em seu shopping local, pelo menos não ainda, mas seu dentista lhe dirá que provavelmente não é uma boa ideia comer chocolate de qualquer maneira, logo depois de obter sua prótese impressa em 3D.

Existe outra maneira: serviços de atendimento de impressão 3D

Então, você tem uma ótima ideia para um produto, mas primeiro precisa de uma pequena série de protótipos. Quem você chama? Você compra um monte de impressoras 3D? Ou você simplesmente envia o design para um serviço de atendimento que enviará os modelos completos em questão de dias?

Um serviço de impressão 3D parece ser uma escolha sem complicações, e essa é a direção que a indústria parece estar tomando. Muitas empresas de impressão 3D lançaram serviços semelhantes e estão colaborando com outros líderes do setor. Um exemplo dessa relação simbiótica é a Stratasys Direct Express, que recentemente fez parceria com a Adobe e habilitou a integração do Photoshop CC, oferecendo impressão 3D colorida para designers profissionais.

Google e Motorola não investiram bilhões em suas próprias instalações de impressão 3D quando lançaram o conceito de smartphone modular Ara. Eles terceirizaram a fabricação de módulos para a 3D Systems. Este exemplo também destaca a flexibilidade potencial da manufatura aditiva: o Ara é baseado em um exoesqueleto de liga preenchido com vários módulos padronizados que podem ser impressos em 3D. Como os módulos precisam se conectar ao exoesqueleto, a 3D Systems desenvolveu uma nova técnica de depósito de materiais condutores dentro dos componentes impressos, que está muito longe da prototipagem tradicional da impressora 3D.

Os serviços de atendimento 3D geralmente oferecem várias tecnologias de impressão diferentes, hardware e suporte de ponta. Por que se preocupar em comprar uma impressora de US$ 2.000 quando você pode simplesmente enviar seus projetos para profissionais e usar qualquer uma das várias impressoras profissionais, algumas das quais custam mais do que sua casa? E não nos esqueçamos da economia de escala; grandes serviços podem e devem oferecer uma relação preço/desempenho superior em comparação com a impressão interna.

Na minha opinião, este é o caminho a percorrer. Esse modelo de negócios simples tem muito a seu favor, e é difícil ver como indivíduos e pequenas empresas podem competir em igualdade de condições. Em termos de preço, tamanho e consumo de energia, uma impressora 3D profissional tem mais em comum com uma impressora do que sua LaserJet, e quantas pessoas precisam de uma impressora em sua casa ou escritório?

(Uma das coisas que mais me irrita é o próprio nome. Quando você menciona uma “impressora” em uma conversa, a maioria das pessoas pensa em sua impressora jato de tinta doméstica ou impressora de escritório. Embora seja verdade que as impressoras 3D são impressoras, elas não têm muito em comum com impressoras tradicionais, e essa distinção geralmente é perdida para leigos. Se continuarmos chamando-as de máquinas de manufatura aditiva, isso não seria um problema.)

Impressão 3D para designers e desenvolvedores

O que tudo isso significa para o designer visual médio ou engenheiro de software? A impressão 3D mudará a maneira como fazemos negócios? Permitirá a prototipagem rápida ou até mesmo a fabricação barata em pequena escala? Quando vamos preparar uma massa Barilla impressa em 3D para o almoço?

Receio que não haja uma resposta simples porque você pode olhar para isso de várias perspectivas. Tudo depende de suas afinidades e objetivos pessoais.

Existem algumas maneiras diferentes pelas quais designers e desenvolvedores podem se envolver na impressão 3D:

• Participação em iniciativas de código aberto (RepRap)
• Uso de ferramentas de design profissional (Adobe CC)
• Integração da funcionalidade de impressão aos aplicativos (plataforma de impressão 3D Spark da Autodesk)
• Uso de serviços de atendimento de impressão 3D
• Integração de serviços de atendimento de impressão 3D

A maioria das iniciativas de código aberto é voltada para usuários individuais e amadores. Eles também são valiosos para a educação e podem promover muita inovação. A desvantagem é que não há muito dinheiro a ser ganho nesse nicho. É principalmente um trabalho de amor. A boa notícia é que a fasquia está bem baixa; você pode obter uma impressora básica e um monte de filamentos de plástico por menos de US$ 500. Você pode obter uma impressora 3D barata e relativamente boa pelo preço de um bom smartphone.

A integração de recursos de design e impressão 3D pode ser mais lucrativa a longo prazo. Os designers não precisam se esforçar para experimentar a impressão 3D porque ela já está acessível por meio dos principais pacotes de software. Mais cedo ou mais tarde, um cliente começará a fazer perguntas sobre protótipos impressos em 3D ou produção em pequena escala, portanto, dependendo do seu nicho, pode ser uma boa ideia pesquisar um pouco.

Ficamos com o elefante na sala: serviços de preenchimento de impressão 3D.

Terceirização de impressão 3D via nuvem

À primeira vista, os serviços de atendimento parecem ser a resposta para tudo. Eles colocam serviços profissionais ao alcance de indivíduos, startups e pequenas empresas que, de outra forma, não poderiam pagar certas técnicas de impressão, como sinterização a laser ou estereolitografia. Eles são praticamente a única maneira viável de integrar a impressão 3D em uma variedade de serviços diferentes, principalmente por meio de aplicativos móveis e web baseados em nuvem.

Então, quais são as desvantagens? Não há muitos.

Os serviços de atendimento em escala industrial são um conceito relativamente novo. No entanto, a disponibilidade ainda é limitada. Claro, se você precisar imprimir algumas dúzias de protótipos de titânio na Califórnia, isso não será um problema, mas e se você precisar fazer exatamente a mesma coisa em Botsuana ou Bahrein? Será mais caro porque os projetos fabricados terão que ser enviados para todo o mundo. A fabricação no local parece boa, mas pode ser proibitivamente cara

É claro que a fabricação no local tem muito a oferecer; se uma empresa precisa iterar e revisar projetos rapidamente, a velocidade e a conveniência da prototipagem rápida da impressora 3D não podem ser comparadas aos serviços de impressão. Este é um nicho relativamente apertado, mas não é pequeno. Estúdios de design, arquitetos, engenheiros, vários departamentos de manutenção, logística, educação; todos eles precisam de impressoras no local. Além disso, se você precisar de uma peça de reposição impressa na Estação Espacial Internacional, não poderá ligar exatamente para a Amazon. Em outra nota, a impressão 3D no espaço teria feito as façanhas da tripulação da Apollo 13 parecerem menos impressionantes. Não é à toa que a NASA já está experimentando com eles no espaço.

Vale a pena notar que as impressoras 3D podem ser usadas para imprimir mais do que peças de reposição e componentes passivos. Eles também podem ser usados ​​para imprimir componentes elétricos em funcionamento, desde alto-falantes até placas de circuito impresso (PCB). A prototipagem de PCB é um bom nicho porque os métodos tradicionais são lentos e caros. Uma impressora 3D com um carretel de filamento condutor geralmente pode fazer o truque no local, dentro do prazo e do orçamento.

Ainda assim, no que diz respeito às aplicações do mercado de massa, é provável que esse espaço seja dominado por grandes players como Amazon, Stratasys, 3D Systems e possivelmente Hewlett-Packard. À medida que a indústria amadurece, a disponibilidade mundial deve se tornar um problema, os preços cairão e o novo hardware oferecerá novas oportunidades e qualidade superior.

Na minha opinião, o maior problema que a indústria enfrenta atualmente é a falta de casos de uso. Claro, parece conveniente, mas para quem é ? Como colocamos produtos impressos em 3D nas mãos dos consumidores comuns?

Essa questão não é tão direta quanto parece porque a manufatura aditiva tem sido comentada nos últimos anos. Tente pesquisar no Google por casos de uso de impressão 3D e você verá o que quero dizer: a impressão 3D parece ser a resposta para todos os nossos problemas, mas na realidade a maior parte é hype, baseada em projeções de longo prazo.

Então, decidi incluir pesquisas de uma fonte imparcial: o Escritório de Propriedade Intelectual do Reino Unido. O artigo, intitulado The Current Status and Impact of 3D Printing Within the Industrial Sector: An Analysis of Six Case Studies, é extenso e examina o impacto potencial da manufatura aditiva em vários setores: automotivo, eletrodomésticos, peças de reposição, bens personalizados, engenharia reversa , jogos e gráficos gerados por computador.

Produtos personalizados e designs derivados de CGI se destacam como os casos de uso mais realistas para freelancers, então vamos dar uma olhada mais de perto.

Fabricação personalizada

Uma das maiores vantagens da manufatura aditiva sobre os métodos tradicionais de manufatura é a capacidade de produzir projetos únicos ou pequenas séries. Quanto tempo levaria para criar um brinquedo de plástico usando a fabricação tradicional? Você precisaria de muitos equipamentos, moldes e outros enfeites. Com a impressão 3D, é apenas uma questão de selecionar um wireframe e clicar. Isso significa que é possível produzir designs exclusivos, sob medida para atender às necessidades de diferentes clientes.

A manufatura aditiva pode permitir que os consumidores médios projetem e personalizem vários produtos antes de fazer uma compra. Isso pode ser feito usando aplicativos de desktop profissionais ou até mesmo aplicativos da Web e móveis. Ninguém espera que o consumidor médio crie um item do zero, mas até uma criança pode personalizar um brinquedo usando um aplicativo móvel simplificado.

Essa plataforma teria que incluir várias opções de cores ou decalques diferentes, juntamente com os próprios wireframes 3D. Além do mais, deveria ser possível criar designs modulares, então, se as crianças estão customizando um carrinho ou boneca de brinquedo, elas podem escolher entre vários componentes diferentes, mas compatíveis, que seriam montados para fazer o produto.

Sim, em vez de personalizar ambientes virtuais em aplicativos e jogos, as crianças nascidas hoje poderão personalizar seus brinquedos reais ou transformar seus personagens de videogame em figuras de ação. Isso meio que faz você desejar ter nascido algumas décadas depois, não é?

Aqui estão alguns casos de uso de impressão 3D personalizados com apelo de mercado de massa:

• Brinquedos
• Jóias personalizadas
• Produtos de bricolage e hobby
• Acessórios de moda e gadgets
• Eletrodomésticos e utensílios domésticos personalizados

No entanto, os produtos não precisam ser personalizados de acordo com o seu gosto; eles também podem ser feitos para combinar perfeitamente com seu físico, como um terno sob medida. Esses produtos podem não ter o apelo do mercado de massa de brinquedos personalizados, mas isso não os torna menos empolgantes. Na verdade, acho-os muito mais interessantes do que um broche ou boneca personalizado.

Aqui estão apenas alguns exemplos:

• Odontologia digital
• Cirurgia (maquetes para treinamento, articulações de substituição impressas em 3D)
• Próteses avançadas
• Equipamentos e roupas sob medida para várias profissões
• Equipamentos e acessórios esportivos

Claro, essas aplicações não têm quase o mesmo apelo emocional que as que mencionei anteriormente, mas no grande esquema das coisas elas podem ser tão lucrativas e importantes, especialmente quando você considera as aplicações médicas.

As implicações e o futuro da impressão 3D

Então, qual é a linha de fundo? A impressão 3D mudará o cenário industrial? É realmente a próxima revolução industrial?

A impressão 3D, ou manufatura aditiva, é uma tecnologia muito promissora, mas imatura. Ele claramente tem muito potencial, mas ainda não estamos nem perto de perceber, embora a indústria esteja vendo muito crescimento.

De fato, o mercado de serviços de impressão 3D, hardware e materiais vem crescendo a uma taxa saudável de dois dígitos há anos. A maioria dos analistas espera que o mercado dobre até o final da década, ultrapassando a marca de US$ 10 bilhões. Isso pode parecer muito dinheiro, mas vamos colocar em perspectiva: os mesmos analistas esperam que as remessas anuais de smartphones para 2015 terminem na faixa de 1,3 a 1,4 bilhão de unidades.

Olhando além do hype, a impressão 3D é uma tecnologia com apelo limitado, pelo menos neste estágio inicial. No entanto, continuaremos a ver crescimento e desenvolvimento no futuro próximo, apoiados por novos casos de uso. Muitos desses casos de uso e modelos de negócios serão baseados em serviços de atendimento de impressão 3D. Esta é uma boa notícia para pequenas empresas e indivíduos, porque eles poderão usar a infraestrutura de terceiros com relativa facilidade. Eles não terão que comprar dezenas de impressoras, eles simplesmente integrarão algumas APIs à sua plataforma e pronto.

No curto prazo, este é o futuro da impressão 3D, pelo menos do ponto de vista do mercado de massa.