Compil Cours 3D PDF - Impressão 3D em Medicina Dentária

Impressão 3D em Medicina Dentária Cláudia Quaresma 5 UNIDADE CURRICULAR Horas de Nº de aulas ECTS Trabalho Contacto – 13h TP 7 aulas 2 OBJECTIVOS Capacitar os alunos com conhecimentos...

Impressão 3D em Medicina Dentária Cláudia Quaresma 5 UNIDADE CURRICULAR Horas de Nº de aulas ECTS Trabalho Contacto – 13h TP 7 aulas 2 OBJECTIVOS Capacitar os alunos com conhecimentos fundamentais e práticos sobre a aplicação da impressão 3D na área da Medicina Dentária, com foco no fabrico aditivo e nas suas várias tecnologias 7 OBJECTIVOS ✓ Compreender os fundamentos e o enquadramento teórico da impressão 3D ✓ Analisar as vantagens e desvantagens da utilização desta tecnologia em comparação com outros métodos tradicionais ✓ Sensibilizar os alunos para as metodologias de desenvolvimento de produtos baseadas na impressão 3D em cenários reais de saúde ✓ Estimular a análise e resolução de casos de estudo aplicados à saúde 8 METODOLOGIA Método expositivo e demonstrativo; Resolução de problemas com discussão. 9 CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS Apresentação da UC e a relevância da Impressão na Medicina Dentária O Fabrico Aditivo: enquadramento, fundamentos, variantes tecnológicas, aplicações, vantagens/desvantagens e mitos. O Fabrico Aditivo: continuação); Metodologia de desenvolvimento de produto em Impressão 3D aplicado à saúde. Casos de estudo da impressão 3D aplicados à saúde 10 CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS Tridimensionalização de imagens médicas / Sofware de Modelação Trimendisional Sofware de Modelação Trimendisional (continuação) Sofware de Modelação Trimendisional / Organização dos projectos CRONOGRAMA Aulas Data Tópico Horas Formador Horário 1-out- Apresentação da UC e a relevância da Impressão na Aula 1 2024 Medicina Dentária 1 Claúdia Quaresma 14h30 - 15h30 Aula 8-out- O Fabrico Aditivo: enquadramento, fundamentos, variantes 2 2024 tecnológicas, aplicações, vantagens/desvantagens e mitos. 2 Telmo Santos 14h30 - 16h30 O Fabrico Aditivo: enquadramento, fundamentos, variantes Aula 15-out- tecnológicas, aplicações, vantagens/desvantagens e mitos (cont.) 1 Telmo Santos 3 2024 Metodologia de desenvolvimento de produto em Impressão 3D aplicado à saúde 1 Claúdia Quaresma 14h30 - 16h30 Aula 5-nov- 4 2024 Casos de estudo da impressão 3D aplicados à saúde 2 Claudia Quaresma 14h30 - 16h30 Aula 12-nov- Tridimensionalização de imagens médicas / Sofware de 5 2024 Modelação Trimendisional 2 Bruno Soares 14h30 - 16h30 Aula 26-nov- 6 2024 Sofware de Modelação Trimendisional 2 Bruno Soares 14h30 - 16h30 Aula 10-dez- Sofware de Modelação Trimendisional / Organização dos Bruno Soares e 7 2024 projectos 2 Claúdia Quaresma 14h30 - 16h30 11 22-out-2024 AVALIAÇÃO 22/10 7/01 Presencial Teste Moodle Aresentação do 15h-15h30 projecto 40% 15h 60% 12 PROJECTO Definir a técnica de Impressão Apresentação Identificação do caso clinico Desenho do dispositivo em papel Formação dos grupos PROJECTO 20 grupos: Formação 8 elementos dos grupos 5 grupos: 7 elementos  PROJECTO Identificação do caso clinico Casos clínicos: por grupo prática clinica PROJECTO Desenho do dispositivo em papel Desenhar para responder às necessidade do caso clinico PROJECTO Definir a técnica de Impressão PROJECTO Apresentação Apresentação: *3 minutos Discussão: *2 minutos COMO? PORQUÊ?  A Relevância da Impressão 3D na Medicina Dentária Impacto da impressão 3D  Benefícios da Impressão 3D na Medicina Dentária Soluções dentárias personalizadas Produção (baixo custo) de modelos e ferramentas dentárias Redução do tempo de produção de próteses e implantes Apoio no planeamento do tratamento  Aplicações nos Cuidados Dentários Exemplos Implantes dentários Modelos e dispositivos que permitem o alinhamento ortodôntico Guias cirúrgicos customizadas Próteses personalizadas  Futuro da Impressão 3D na Medicina Dentária Exemplos Aumento da adoção de materiais biocompatíveis Integração da impressão 3D com IA para designs mais inteligentes Potencial para regeneração completa de tecidos e ossos utilizando tecnologias de impressão 3D Obrigada! [email protected] NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O Fabrico Aditivo Enquadramento, fundamentos, variantes tecnológicas, aplicações, vantagens/desvantagens e mitos (Parte 1/2) Telmo G. Santos NOVA FCT 08/10/2024 1 What is AM? Impact? Additive Manufacturing is Fuel injector for aircraft engines an amazing technology! Food. https://www.mayuraengineering.com/3d-printing-foodreduces.php Jewels. https://www.jewelersmutual.com/the-jewelry-box/beginners-guide-to-3d- bridges. printed-jewelry https://www.archdaily.com/909534/worlds-largest-3d-printed-concrete-pedestrian-bridge- completed-in-china 2 2 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 1 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos What is AM? Impact? Micro parts. Additive Manufacturing is an amazing technology! https://bmf3d.com/3d-printing-applications/ Boats with several meters. https://www.3dnatives.com/en/3d-printed-boat-university-of-maine-161020195/#! https://www.universetoday.com/103030/3-d-printer-passes-key-step-on-road-to-space-station/ https://www.airspacemag.com/space/printed-in-space-31911779/ There are plans for its use on Mars. It has been used in space, with zero gravity 3 3 Peças produzidas por Material Jetting O que é, essencialmente, a Impressão 3D? Verdadeiro impacto? Vai criar uma revolução mundial? 3DAnatomical Models https://www.stratasysdirect.com/de/technologies/polyjet Fonte: Hebei University (Michelle, 2018) 4 4 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 2 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O que é a Impressão 3D? Impacto? 2013 - State of the Union President Obama - 3D printing is the future “3D Printing has the potential to revolutionize the way we make almost everything…” https://www.youtube.com/watch?v=Yw1jAdMgsW8 5 5 O que é a Impressão 3D? Impacto? A company website, 2024 6 https://elemeser.com/2023/06/01/revolution-of-additive-manufacturing/ 6 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 3 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O que é a Impressão 3D? Impacto? “This machine will change the World…” 12 anos depois… O mundo tornou aquela máquina obsoleta!... 7 7 O que é a Impressão 3D? Impacto? There are many things unsaid... There is no AM technology that can produce it as well as a mechanical Example: Metallic lathe, from the early 20th century!… threaded screw AM is NOT a panacea for the manufacturing industry… We need to go beyond inflated expectations and political speech… 8 8 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 4 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Sumário A Impressão 3D enquanto Processo de Fabrico 4 etapas fundamentais 6 Variantes tecnológicas  Princípios de funcionamento  Exemplos de aplicação  A Impressão 3D na NOVA FCT Vantagens / Desvantagens e enquadramento industrial Mitos e confusões 9 9 A Impressão 3D num olhar É uma tecnologia com 40 anos Mas em contínuo desenvolvimento Mercado global: ≈18,4 mil milhões € em 2023 (USD 19,8 billion) Mas com ≈20% crescimento/ano previsto até 2032 Há 6 variantes tecnológicas Mas dezenas de sub-variantes Há centenas de materiais disponíveis Não é uma panaceia tecnológica para o setor da fabricação 10 10 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 5 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Ponto prévio ⇒ O que é, essencialmente, a Impressão 3D? Fabrico Aditivo Manufactura Aditiva – Comissão Técnica Nacional CT220 do IPQ, coordenado pelo CATIM Additive Manufacturing – ISO 17296, ISO/ASTM 52900:2015 3D Printing Prototipagem rápida Processo de produção de peças, a partir de modelos geométricos criados em computador, depositando sucessivas camadas de material, umas sobre as outras, por oposição ao fabrico subtrativo, de moldação ou de deformação. 11 11 Ponto prévio: Processo de Fabrico Like other Manufacturing Processes (MP)… Additive Manufacturing (AM) convert base materials into parts. This is nowhere different from conventional manufacturing technologies Base Manufacturing Product / Part Material Process (MP) (Processed Material) Waste The base material experiences a predefined processing route(s) until a set of properties and/or dimensions are obtained AM technologies can be framed in the scope of other Manufacturing Processes (MP). 12 12 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 6 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Molding Processes Deformation Processes (allow Volume creation) (Change of volume geometry) Casting Rolling, Forging, Extrusion, Drawing. As well established, all Manufacturing Processes can Subtractive Processes be grouped Additive Processes (Volume reduction) into one of the (added volume) four key Welding, fundamental Riveting, categories Crimping, Milling, Turning, AM Drilling, Boring. 13 13 AM processes are not the start and end of the production cycle: What exists upstream (before) and downstream (after) of any AM process? Additive ? Manufacturing ? Before the start of any AM After the production of a processes, there is a need part by AM, there is usually for other manufacturing a need for finishing processes to obtain the operations, (e.g. cutting, starting base material (e.g. machining, polishing, or filament, wire or powder). drilling). 14 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 7 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Cutting The filaments for AM of polymers are obtained by extrusion Machining Additive Powder are usually Manufacturing Polishing obtained via atomization Drilling The wires for metal AM are obtained by drawing 15 15 The essence of AM ⇒ What, essentially, is AM? As an economic process: Manufacturing Process added value € €€ €€€ Base Material Material in Product Process (Processed Material) 16 16 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 8 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos 4 Passos Fundamentais da Impressão 3D 1º Passo 2º Passo 3º Passo 4º Passo Modelação tridimensional Triangulação e Slicing Produção Acabamento Com software de desenho Procede-se à discretização do A impressora realiza a deposição Remoção de estruturas de assistido por computador define- modelo geométrico e ao automática de material camada suporte ou acabamento superficial se a forma geométrica e as “fatiamento” em secções por camada. com outros processos. dimensões da peça. horizontais. Antes de acabamento Deposição camada por camada Crédito: Depois de acabamento FITNIK Ltd. de Fresagem Ficheiro (em formato código G) com a Ficheiro de desenho, informação (coordenadas x, y, z) da tipicamente em formato *.stl trajetória da cabeça da impressora e da velocidade de deposição de material 17 17 1st step: 3D modeling 18 18 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 9 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos 1st step alternative: 3D Scanning 19 19 2nd step: Triangulation and Slicing 20 20 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 10 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos 2nd step: Triangulation and Slicing 21 21 3rd step: Production / Deposition 22 22 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 11 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos 4th step: Finishing operations 23 23 Variantes do Fabrico Aditivo Material type Material form Energy AM category Filament Heat Material extrusion (FDM) Polymers UV Vat photopolymerization (SLA) Material Jetting Liquid Binder Binder Jetting Arc Metals Wire Direct energy deposition (WAAM) Plasma DED (Plasma) Laser DED (Laser) Powder Powder bed fusion (SLM/S) Ceramics Electron DED (Laser M. Dep. / LENS ) DED (Electron beam) These materials are available in different forms: 24 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 12 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos AM variants 6 AM variants (process categories) 25 25 6 AM variants https://hybridmanutech.com/resources/ Numeração #2 #5 #4 #3 #1 #6 desta apresentação 26 26 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 13 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #1 - Material Extrusion (ME) (Fused Deposition Modelling - FDMTM) Extrusão seletiva de material através de um orifício (nozzle). Espessura de camada: 0.1 a 0.4 mm https://www.youtube.com/watch?v=GUbBjPN_Y_c https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7cate goriesofadditivemanufacturing/materialextrusion/ Materiais: - Polímeros termoplásticos; - Pastas cerâmicas ou metálicas (+ TT em forno); - Pastas alimentares (chocolate, açúcar); - Materiais biológicos € Impressoras: 100 a 7,000€; Material: 30 a 150 €/kg 27 27 ME na Medicina Fonte: Lynxter Deposição por camadas:  Efeito de escada  Anisotropia 28 28 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 14 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Impressão 3D ME na NOVA FCT 3D Printing Center for Health 29 29 Impressão 3D ME na FCT NOVA 3D Printing Center for Health 30 30 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 15 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Impressão 3D ME na NOVA FCT Caracterização de PEEK para próteses invasivas Pesquisa e Desenvolvimento de Próteses de baixo custo e alto nível de funcionalidade Pesquisa e Desenvolvimento de Dispositivos médicos em material flexível Membro da Comunidade E-Nabling The Future Produção de próteses para crianças 31 31 Impressão de cerâmicos com FGM FABRICO ADITIVO DE MATERIAIS CERÂMICOS COM GRADIENTE FUNCIONAL E DE CORES PARA DISPOSITIVOS DENTÁRIOS OBJECTIVOS: MEIOS: EXTRUSÃO, RADIAÇÃO, ATMOSFERA CONTROLADA, SINTERIZAÇÃO - DESENVOLVER UM EQUIPAMENTO DE FABRICO ADITIVO; - FGM COM GRADAÇÃO DE COR; - MINIMIZAR O DESPERDICIO DE MATERIAL; - REDUÇÃO DOS CUSTOS DOS TRATAMENTOS MÉDICOS. 32 32 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 16 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Impressão 3D ME na NOVA FCT: Inspeção Ensaios Não Destrutivos Termografia 33 33 Impressão 3D ME na NOVA FCT: Inspeção Ultrassons Rx Terahertz 34 34 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 17 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #2 - Vat photopolymerization (Stereolithography Apparatus - SLATM) Cura seletiva (solidificação) de um líquido/resina polimérica fotossensível contido no interior de uma tina. Reação química de cura por meio de radiação UV laser. Espessura de camada: 0.05 a 0.2 mm https://www.youtube.com/watch?v=yW4EbCWaJHE https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadd itivemanufacturing/vatphotopolymerisation/ Materiais: - Polímeros/resinas fotossensíveis. € Impressoras: 1,000 a 10,000 €; Material: 150 a 200 €/kg 35 35 Peças produzidas por Vat photopolymerization http://www.3dprintingdesign.es/es/noticia/nueva-resina-de-la-familia-flexible-y-elastic-de-formlabs A hearing aid printed in 3D Fonte: https://www.3dnatives.com/en/medical-3d-printing170720184/#! 36 36 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 18 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #3 - Material Jetting (Polyjet ) Deposição seletiva de pequenas gotas de material líquido, através de uma cabeça de impressão. A camada de líquido depositada é posteriormente curada (solidificada) com radiação UV. Espessura de camada: 0.015 a 0.03 mm https://www.youtube.com/watch?v=Som3CddHfZE Korean J Radiol. 2016 Mar-Apr;17(2):182-197 Materiais: - Polímeros/ceras fotossensíveis. € Impressoras: 6,000 a 75,000 €; Material: 300 a 1,000 €/kg 37 37 Peças produzidas por Material Jetting 3DAnatomical Models Fonte: Hebei University (Michelle, 2018) https://www.stratasysdirect.com/de/technologies/polyjet 38 38 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 19 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #4 - Binder Jetting (3DP ) Deposição seletiva de líquido ligante sobre material em pó, para criar um agregado, que será posteriormente sujeito a um TT de consolidação. Espessura de camada: 0.08 - 0.2 mm https://www.youtube.com/watch?v=deA-7b3guT4 Curr. Opi. in Solid State and Mat. Sc. V.21, 2017, pp 207-218 Materiais: - Polímeros; - - Metais; Cerâmicos. € Impressoras: 30,000 a 450,000 €; 39 39 Peças produzidas por Binder Jetting Inconel 718 https://www.hubs.com/knowledge-base/introduction-binder-jetting-3d-printing/ https://www.exone.com/en-US/Resources/news/ExOne-Qualifies-Inconel-718-for-Binder-Jet-3D-Prin An oil and gas stator printed from stainless steel and infiltrated with bronze https://matthey.com/en/science-and-innovation/expert-insights/leading-the-way-in-binder-jet-ceramic-3d-printing 40 40 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 20 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #5 - Powder Bed Fusion (Selective Laser Sintering - SLSTM) Utilização de uma fonte de calor (laser, feixe de eletrões ou radiação infravermelha) para provocar a fusão seletiva de uma camada de pó. Espessura de camada: 0.08 a 0.15 mm https://www.youtube.com/watch?v=te9OaSZ0kf8 https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadd itivemanufacturing/powderbedfusion/ Materiais: - Polímeros; - Metais. € Impressoras: 50 a 500 k€; Material: 200 a 1000 €/kg 41 41 PBF na Medicina: Implantes ortopédicos Fonte. GE Additive, 2021 Fonte: Optima Fisioterapia Acetábulo, ou cavidade cotiloideia Stainless steel, Ti-6Al-4V Electron Beam Melting (EBM) Direct Metal Laser Melting (DMLM) 42 42 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 21 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos PBF na Indústria Aerospacial Fenris MK2X engine Rocket motor nozzle Fonte: Mountain Aerospace Research Solutions EOS 400M Powder Bed Fusion -> SLM/DMLS > $ 250 k 43 43 PBF na Indústria Automóvel PORSCHE Engine housing 590 x 560 x 367 mm SLM AlSi10Mg Time: 21 h 44 44 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 22 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos PBF na Indústria Automóvel BUGATTI Titanium Brake Caliper SLM 3D Printer 45 45 #6 - Directed energy deposition (Wire Arc Additive Manufacturing - WAAMTM) #5.1: Utilização de uma tocha de soldadura que deposita localmente o metal fundido, camada por camada. Espessura de camada: 0,5 a 3 mm https://www.youtube.com/watch?v=Au_zRPr1wr4 Materiais: - Metais. € Impressoras: Braço robótico + Máquina Soldadura; Material: 5 a 300 €/kg 46 46 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 23 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #6 - Directed energy deposition (Wire Arc Additive Manufacturing - WAAMTM) #5.1: Utilização de uma tocha de soldadura que deposita localmente o metal fundido, camada por camada. 47 47 Impressão 3D WAAM na NOVA FCT 48 48 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 24 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Impressão 3D WAAM na NOVA FCT 49 49 Impressão 3D WAAM na NOVA FCT WAAM Hot Forging WAAM Artigo científico do grupo da NOVA FCT: https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101193 50 50 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 25 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Functionally Graded Material (FGM) Material Material #1 #2 51 51 Functionally Graded Material (FGM) Material Material #1 #2 52 52 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 26 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Impressão 3D com Inoculantes 53 53 Micro WAAM 54 54 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 27 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Micro WAAM 55 55 Micro WAAM 56 56 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 28 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos #6 - Directed Energy Deposition (Laser Metal Deposition (LDM), Laser Engineered Net Shaping (LENS )) #5.2: Utilização de uma fonte de calor (ex. laser) para provocar a fusão de pó metálico ou arame depositado diretamente na superfície da peça. Spherical Tank Building Size: 500 mm Ø sphere Material: Stainless Steel 316L Materiais: Post-processing: Raw - Metais. Weight: 29,6 kg Fonte: Meltio - Multi-Metal 3D Printing Print time: 81 h 20 min (>3 days) Print cost: €401,10 57 57 DED na Indústria Naval Naval propeller Size: 600 mm Ø Layer height: 0,6 mm Material: Stainless Steel 316LSi Post-processing: Raw and polished Argon flow: 4 l/min Weight: 12,1 kg Print time: ≈ 44 h Print cost: €151,73 58 58 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 29 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos DED na Indústria Automóvel Meltio Engine Robot Integration Turbo Impeller Laser metal deposition Fonte: Meltio 59 59 More information More information 60 60 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 30 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos More information Scientific paper about misconceptions of AM: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2024.07.008 61 61 More information Article on essential aspects of 3D printing – accessible language to non-specialists: https://observador.pt/opiniao/impressao-3d-realidade-e-mitos/ 62 62 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 31 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos More information AM Standards (pay): https://www.iso.org/standard/61626.html Most prestigious international scientific journal (some open access articles): https://www.sciencedirect.com/journal/additive-manufacturing News from the world of 3D Printing: https://3dprintingindustry.com/ 63 63 For those interested in contacting me... NOVA FCT - Campus de Almada 64 64 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 32 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Department of Mechanical and Industrial Engineering 65 65 Obrigado Telmo G. Santos Full Professor - Advanced Manufacturing and Non-Destructive Testing Department of Mechanical and Industrial Engineering NOVA School of Science and Technology NOVA University Lisbon 2829-516 Caparica Portugal email: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9072-5010 https://www.linkedin.com/in/telmo-g-santos-85045b30/ 66 Departamento de Enganharia Mecânica e Industrial 33 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O Fabrico Aditivo Enquadramento, fundamentos, variantes tecnológicas, aplicações, vantagens/desvantagens e mitos (Parte 2/2) Telmo G. Santos NOVA FCT 15/10/2024 1 Sumário 1ª Parte – 2H – 08/10/2024 - Enquadramento geral do FA; - O FA enquanto processo de fabrico; - Os 4 passos fundamentais; - As 6 variantes do FA e seus fundamentos tecnológicos. 2ª Parte – 1H – 15/10/2024 - Como se avalia o desempenho do FA? - Vantagens, desvantagens, potencialidades? - Mitos; - Exemplos de utilização de tecnologia de FA para a Medicina Dentária; - Revisão e perguntas tipo. 2 2 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Avaliação do FA Avaliação do FA Vantagens, Desvantagens, Potencialidades 3 3 Impressão 3D: Avaliação de desempenho Elevada flexibilidade: a mesma impressora permite fabricar peças sempre diferentes sem ferramentas nem investimento adicional. Tipicamente não Flexibilidade permite o melhor Depende de acabamento. muitos fatores. A fresagem ou a 4 critérios Muito competitivo fundição injetada quanto se pretende são melhores de avaliação poucas peças. Qualidade dos Custo nesse aspeto. processos Processos com Quanto à de fabrico pouca flexibilidade, resistência requerem mecânica também investimentos em há processos mais ferramentas. adequados. Cadência Baixa cadência, podendo necessitar de horas/dias/semanas para fazer uma peça. Outros processos permitem várias peças por segundo. Isso é fundamental para grandes séries de produção. 4 4 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Indústria Aerospacial Agosto 2021: 100,000 produzidos pela GE Aviation Injetor de combustível monobloco:  Substituiu 21 componentes soldados;  Redução de 25%;  Contribuiu para um aumento de 15% na eficiência do consumo de combustível. 3D Printed Fuel Nozzle Tip https://manufactur3dmag.com/ge-aviation- produced-its-100000th-3d-printed-fuel-nozzle-tip/ 5 5 Biomimetics / Bio-inspired design Fonte: AIDRO hydraulics & 3D printing - Desktop Metal Heat Exchanger 6 6 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Grandes Vantagens da Impressão 3D Liberdade e complexidade geométrica (permite fazer o que outros processos não fazem) Customização / personalização (Flexibilidade) Redução de sub-partes numa assemblagem (permite monoblocos e evita ligações) Redução de tempo de desenvolvimento de produto (Prototipagem e produção) Redução de desperdício Redução de custos 7 7 Algumas Desvantagens da Impressão 3D Limitação no volume de trabalho Qualidade / Defeitos / Inspeção /Normas Menos materiais disponíveis Necessidade de operações de acabamento Limitação na produção de grandes séries (elevado tempo de produção) 8 8 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Possibilidades para o Futuro https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927776521004 859 Bioprinting Impressão 4D https://www.youtube.com/watch?v=-B- Bnm_IUts Circuitos eletrónicos 9 9 Misconceptions Misconceptions surrounding AM 10 10 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Mitos e confusões O que se apresenta… A realidade… 11 11 Mitos e confusões Polymer 3D printer!... 12 12 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Extrusão em extensão Misconception Impact of AM on supply chains Will AM disrupt traditional supply chains? What is said? “AM will shorter the supply chain, putting production and consumption much closer” “Transportation is no longer required: the user produces it where it is needed” 13 Impact of AM on supply chains Comparison of a supply chain without (top) and with (bottom) additive manufacturing “Production and consumption are Without AM separated, and this requires long supply chains” “Product transportation is no longer required, With AM since the product can be fabricated by the end-user or in its facilities” T. Minshall, How 3D printing is enabling the 4th Industrial Revolution, 2016 14 14 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos However… according to the Greek philosopher Parmenides of Elea: Ex nihilo nihil fit (Nothing comes from nothing) Parmenides of Elea (530 to 460 BC) Any product is composed by one or more materials. AM can process or transform these base materials but does not create them. Therefore: Product may not require transportation… But the base material will need!… 15 Supply chain without Additive Manufacturing This is Plastic Coffee Cup NOT a big change… Produc User t Base Transport Material (Product) Manufacturing Manufacturing Process Process Plastic Injection Molding Waste (in the factory) Ore Supply chain with Additive Manufacturing Plastic Coffee Cup openclipart.org Base 3D / Material Printer Produc t Transport (Base Material) Manufacturing Process Waste (at home) 16 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Extrusão em extensão Misconception The omnipresence and limitlessness of Additive Manufacturing What is said? “AM has the potential to produce any desired geometry” “It will substitute traditional manufacturing processes” “It will allow unlimited customized materials” What is really happening? 17 Example of geometries for which AM typically offers no advantages: Axisymmetric parts Profile shaped parts Constant thickness parts (Solids of revolution) (Constant cross section) (Sheet) Axis of axisymmetry Rotation Cross surface section Can be easily produced with They are produced by rolling, Can be produced with high high quality, flexibility and roll forming, drawing or cadence by punching, waterjet cadence by turning. extrusion, with very high rates. cutting, drilling or stamping. 18 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos The impact of Additive Manufacturing (AM) in the production chain: Production chain without AM Production chain with AM Material MP #1 MP #2 MP #3 Material #1 Product #1 MP #1 AM Product or Part or Part Material MP #4 MP #5 Assemblin Assemblin #2 g g Material Material MP #6 MP #7 MP #8 MP #9 #2 MP #2 AM MP #3 #3 AM reduces the number of manufacturing processes (MP) but does not substitute the chain itself. 19 Extrusão em extensão Misconception Democratization of AM Anyone can easily use AM? What is said? “AM is like a plug and play process” “It allows anyone to fabricate their own products in an easy and expedite way” “AM is like another home appliance” 20 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Defects in WAAM WAAM is based, mainly, on the same physical principles of MIG/MAG or TIG welding. Defects ? Source: Peter Zelinski, The Way Ahead for Wire Arc Additive Manufacturing, 2021 21 21 Defects in WAAM Porosity Source: G. Marinelli et all. Development of Wire + Arc Additive Manufacturing for the production of large-scale unalloyed tungsten components 22 22 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Defects in WAAM Porosity 23 23 Defects in WAAM LoF Additive Manufacturing 21 (2018) 298–306 24 24 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Defects in WAAM Cracks 25 25 Avaliação do FA Exemplos de utilização de tecnologia de FA para a Medicina Dentária 26 26 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17462 SOTA com 187 artigos (de 247 considerados) The state of additive manufacturing in dental research – A systematic scoping review of 2012–2022 Korea: 30, USA: 23, China: 20, Germany:16, India:12 27 27 O FA na Medicina Dentária https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17462 SOTA com 187 artigos (de 247 considerados) The state of additive manufacturing in dental research – A systematic scoping review of 2012–2022 28 28 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária https://uk.eos.info/en- gb/innovations/all-3d- printing- applications/medical/d ental Focus Diameter: 100 μm Para este tipo de produto: Próteses parciais, - Qual a tecnologia de FA que foi usada? pontes, coroas e modelos. - Porquê? - Possíveis alternativas? 29 29 O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 Aplicação: Personalized restoration crowns and root implants Materiais Tecnologias de FA usadas Selective laser sintering (SLS) (#5); Stainless steel, cobalt chromium alloy, and Selective laser melting (SLM); titanium and titanium alloy (maxillofacial reconstruction, orthodontics and Electron Beam Melting (EBM) prosthodontics) Ceramics such as zirconia and alumina SLS; (currently used in artificial dental bridges and crowns) Em desenvolvimento: Stereolithographic (SLA) / Vat photopolymerization (#2) “When zirconia ceramics are fabricated by cutting technology, a lot of materials will be cut off resulting in waste and high price of the all-ceramic crown” 30 30 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 A titanium mandibular substitute with premounted dental implant fixtures manufactured by SLM 31 31 O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 Customized temporomandibular joint (TMJ) prosthesis comprised of the fossa, condylar head, and mandibular handle components 32 32 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 A commercialized 3D-printed Ti6Al4V implant 33 33 O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 Aplicação: Personalized restoration crowns and root implants Materiais Tecnologias de FA usadas Polylactic acid (PLA), polycaprolactone Material Extrusion (ME) / Fused Deposition Modelling (PCL), and polyetheretherketone (PEEK) (FDM), #1 (denture parts) Hydrogels (with hydrophilic polymer chains + water) “ME” / Inkjet printing (IJP); (construction of tissue engineering scaffolds and drug carrier / matrix for cell transplantation and differentiation) No caso do Gelatin methacryloyl- (GelMA): Gelatin methacryloyl- (GelMA-) based Stereolithographic (SLA) / Vat photopolymerization (#2) hydrogel, Hyaluronic acid (HA) 34 34 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 The surgical splint for orthodontic treatment. Biocompatible photosensitive resin processed by SLA technology 35 35 O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 36 36 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos O FA na Medicina Dentária Main Applications and Recent Research Progresses of Additive Manufacturing in Dentistry, 2022, doi: 10.1155/2022/5530188 37 37 Avaliação do FA Perguntas Tipo 38 38 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Perguntas Quais os 4 passos fundamentais do FA? a) Modelação tridimensional - Triangulação e Slicing – Produção – Acabamento b) Modelação tridimensional – Virtualização – Otimização – Acabamento c) Modelação tridimensional – Rescaling – Virtualização – Acabamento d) Nenhuma das anteriores Qual destas fontes de energia não é usada no FA? a) Radiação ultravioleta b) Calor c) Termo iónica quantica d) Laser 39 39 Perguntas Quais as formas em que se apresentam os materiais de base para o FA? a) Arame, filamento, pó, líquido b) Arame, tubo, plasma, líquido c) Arame, tubo, gás sob pressão, filamento d) Nenhuma das anteriores Após o FA é comum usar-se outros processos de fabrico: a) Sim, nomeadamente, trefilagem, atomização e extrusão b) Sim, nomeadamente, corte, maquinagem, furação ou polimento c) Não, o FA não necessita de qualquer outro processo adicional d) Sim, apenas processos de deformação plástica 40 40 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Perguntas No FA a deposição por camadas pode conduzir a: a) Um componente com propriedades iguais em qualquer direção X, Y, Z b) Um componente cujo material é perfeitamente isotrópico c) Um componente com propriedades diferentes nas direções X, Y, Z d) Nenhuma das anteriores Na variante Binder Jetting o material de base apresenta-se: a) Em forma de arame b) Em forma de filamento c) Em forma de pó d) Nenhuma das anteriores 41 41 Perguntas A variante Powder Bed Fusion utiliza como fonte de energia: a) Calor por efeito de Joule b) Radiação infravermelha c) Binder d) Laser Na variante Material Jetting o material de base é: a) Metal b) Aço c) Polímero d) Nenhuma das anteriores 42 42 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos More information More information 43 43 More information Scientific paper about misconceptions of AM: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2024.07.008 44 44 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos More information Article on essential aspects of 3D printing – accessible language to non-specialists: https://observador.pt/opiniao/impressao-3d-realidade-e-mitos/ 45 45 More information AM Standards (pay): https://www.iso.org/standard/61626.html Most prestigious international scientific journal (some open access articles): https://www.sciencedirect.com/journal/additive-manufacturing News from the world of 3D Printing: https://3dprintingindustry.com/ 46 46 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos For those interested in contacting me... NOVA FCT - Campus de Almada 47 47 Department of Mechanical and Industrial Engineering 48 48 NOVA FCT / UNIDEMI Telmo G. Santos Obrigado Telmo G. Santos Full Professor - Advanced Manufacturing and Non-Destructive Testing Department of Mechanical and Industrial Engineering NOVA School of Science and Technology NOVA University Lisbon 2829-516 Caparica Portugal email: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-9072-5010 https://www.linkedin.com/in/telmo-g-santos-85045b30/ 49 Methodology for Product Development Applied to 3D Printing Cláudia Quaresma APPROACH Imaging and Selection of Selection of data printing 3D Printing materials Processing techniques Imaging and Selection of Selection of data Design printing 3D Printing materials Processing techniques How to developed a new device / solution /product? APPROACH Imaging and Selection of Selection of data printing 3D Printing materials Processing techniques Imaging and Selection of Selection of data Design printing 3D Printing materials Processing techniques How to developed a new device / solution /product? PROCESS Medical Image Segmentation software Slicing Post-processing 3D Printing APPROACH Imaging and Selection of Selection of data printing 3D Printing materials Processing techniques Imaging and Selection of Selection of data Design printing 3D Printing materials Processing techniques How to developed a new device / solution /product? (Maravelakis et al, 2008) APPROACH Imaging and Selection of Selection of data printing 3D Printing materials Processing techniques Imaging and Selection of Selection of data Design printing 3D Printing materials Processing techniques How to developed a new device / solution /product? APPROACH How to developed a new device / solution /product? Utilization of pre- Development new existing models models APPROACH Utilization of pre-existing models APPROACH Development new models STARTING POINT What are we going to build? WHAT? What is the problem we are trying to solve? What is the necessity behind it? Who needs this solution? FOR WHOM? Whose life is going to improve with it? HOW? How will these people benefit with it? How will we going to develop the solution we are proposing? Main Requirements Goals User Friendly Low cost Applied in different contexts Adapted to needs of each / Personalization  APROACH Identification of a problem Innovation Health professional Technologic al R&D Market Needs Patients innovation Caregive