Laboratory Technologies Inc. (LTI) é um dos principais fabricantes de instrumentos de radiação para laboratório. Fornece instrumentos de radiação para laboratórios desde 1983, tanto nos EUA quanto no exterior. A LTI atende a um mercado menor e especializado, composto principalmente de laboratórios nucleares no mundo todo.

Usinagem em metal tem custo alto e restringe possibilidades de design

O principais produtos da LTI são máquinas para medir radiação gamma. O design dos produtos era limitado pelo processo de usinagem necessário para fabricá-los. O projeto original foi fabricado em aço laminado a frio (CRS) em uma única peça. A torre do detector era um pedaço de tubo de aço com uma placa soldada em uma das extremidades. A placa foi então esmerilhada para fazer um tubo fechado com um orifício. A outra extremidade foi rosqueada para permitir que um espaçador fosse parafusado internamente. Por não serem uma estrutura simples, essas duas peças eram especialmente caras de fazer devido à usinagem envolvida.

A Impressão 3D facilitou o processo de desenvolvimento de produtos

A LTI decidiu procurar uma solução adequada que pudesse substituir esse processo caro usando a impressão 3D. Após algumas comparações e testes, a LTI adquiriu uma impressora 3D de grande formato Raise3D Pro2 Plus. A LTI pôde experimentar com uma ampla gama de termoplásticos e marcas graças à capacidade de aquecimento de alta temperatura da Pro2 Plus. Depois de alguns experimentos, a LTI decidiu que o policarbonato (PC) da Polymaker era o material ideal para a fabricação.

Depois de escolher o melhor filamento, a LTI pesquisou mais e aproveitou a capacidade da impressão 3D de realizar ângulos e formas complexas que são muito difíceis de serem fabricadas em aço. Por exemplo, cada canto é impresso como um filete em vez de no ângulo agudo tradicional. A face superior é formada em um contorno curvo e moderno. Quando a LTI comparou as peças impressas em 3D com as peças equivalentes produzidas por usinagem, a empresa percebeu que a nova geometria melhora a aparência e a segurança. Para esses tipos de características geométricas, a usinagem tradicional requer muito conhecimento operacional do cabeçote da ferramenta e uma solução muito mais avançada.

Devido à capacidade da impressão 3D de produzir qualquer formato, o processo de desenvolvimento de produtos da LTI tornou-se mais prático e tranquilo. Quase todo desenho de contorno e estrutura era possível com impressão 3D sem precisar de ferramentas adicionais. A aparência, bem como os recursos funcionais, como slots de montagem e saídas de ar, foram criados com precisão usando um software de design CAD.

A iteração do desenvolvimento das peças foi rápida porque uma impressora Raise3D pode produzir muitos tipos de formas, ao mesmo tempo que permanece fácil de usar. A Raise3D Pro2 Plus é uma impressora 3D de grandes formatos, mantendo um tamanho menor, com uma estrutura totalmente fechada e uma fonte de alimentação de 100-240 V CA. Dessa forma, a impressora pode ser facilmente implantada em qualquer lugar, usando menos espaço e energia. A LTI colocou a Pro2 Plus diretamente ao lado de sua linha de produção para que os engenheiros pudessem revisar qualquer modificação instantaneamente.

Com o software de fatiamento da Raise3D, o ideaMaker, a LTI refinou vários detalhes no processo de impressão 3D por alguns meses, com foco em alcançar a melhor qualidade de superfície e precisão dimensional. Na biblioteca de modelos do ideaMaker, a LTI selecionou a opção com altura de camada de 0,1 mm, que produz um resultado de impressão final com resolução muito alta e uma superfície lisa. Ao manter a precisão dimensional, a LTI aproveitou ao máximo o portfólio abrangente de conjuntos de ferramentas da ideaMaker para mitigar a taxa de encolhimento do filamento. A taxa de encolhimento determina a quantidade que o plástico extrudado encolherá durante o resfriamento. Isso resulta em um deslocamento entre o valor de configuração e o valor real da largura de fluxo de plástico. O ideaMaker permite que os usuários definam o processo de extrusão a partir de múltiplas perspectivas, como diferenciar o valor relacionado à extrusão para diferentes segmentos, bem como aplicar um valor específico para compensar a taxa de encolhimento.

Escolher o material de impressão 3D certo é essencial para um produto impresso em 3D

Depois de testar diferentes materiais de impressão 3D, a LTI descobriu que o policarbonato (PC) era a melhor opção. Mas nem todos os filamentos de PC são iguais. O PolyMax ™ PC da Polymaker provou ser o melhor para LTI no final. O PC é a melhor escolha para desempenho mecânico dentre os filamentos de impressão 3D de nível de engenharia existentes devido à sua excelente resistência a impacto e alta rigidez. Como resultado, uma peça impressa em PC pode absorver o impacto e evitar deformações ou rachaduras. Além dessas propriedades, o PolyMax ™ PC também tem boa capacidade de impressão. A LTI descobriu que uma estrutura impressa de PC era suficiente para proteger o equipamento. No entanto, o PC tem uma densidade muito menor do que o CRS.

Para que a aplicação do materia obtivesse sucesso nos produtos da LTI também dependeu da ciência de materiais específica da Polymaker. Para medidores gamma, é importante atender o padrão de flamabilidade UL. O retardamento de chama impede que os materiais queimem e ajuda a retardar a propagação do fogo.

A LTI imediatamente aproveitou a chance de usar o PolyMax ™ PC da Polymaker após seu lançamento. O PolyMax ™ PC tem rigidez e resistência ao impacto suficientes. Seus ingredientes são do fornecedor líder mundial em polímeros, Covestro, que garante o desempenho V0 no teste de retardamento de chama UL94 junto com excelente rigidez, força e resistência ao calor. O PolyMax ™ PC também tem as vantagens de confiabilidade e facilidade de uso. A LTI finalmente escolheu este material para sua produção.

Finalização de peças impressas em 3D com pós-processamento simples

A LTI executou o pós-processamento nas peças impressas com PC como uma última etapa da produção. Depois de concluída a impressão, as peças foram lixadas levemente por 5 a 10 segundos para remover rebarbas e imperfeições. Todas as partes externas foram pintadas internamente com uma tinta de proteção de RF de níquel condutora, enquanto nas superfícies externas foi usado primer para preencher os pequenos recantos resultantes da extrusão da impressora. Depois de secos, foram novamente lixados levemente por 30-60 segundos e limpos. Em seguida, uma camada de tinta de acabamento martelado é usada para dar às peças uma aparência de metal.

A impressão 3D possibilita produtos melhores e mais baratos

Após meses de desenvolvimento, a LTI alcançou notável otimização do produto por meio da impressão 3D. Ao redesenhar as estruturas, a nova placa externa de PC da Polymaker é tão forte quanto o design anterior de CRS, mas 9,5 kg mais leve. A razão é que a densidade do PC é de apenas 1,2 grama/cm3, enquanto o CRS pesa seis vezes mais, 7,8 gramas/cm3. Em termos de custo, o custo total do processo de impressão 3D do produto foi de apenas 25% do processo original. O resultado principal foi de peças 94% mais baratas com impressão 3D em comparação com peças usinadas.