O que há de novo em materiais para impressão 3D:Acompanhamento do progresso recente

Os avanços no desenvolvimento e certificação de materiais estão em andamento em uma indústria de impressão 3D ainda em desenvolvimento. Por exemplo, o banco de dados Senvol lista até 2.245 materiais AM diferentes em 2020 , em comparação com cerca de 1.700 materiais no ano passado, o que representa um aumento de cerca de 30 por cento.

Para acompanhar o progresso recente no mercado de materiais de impressão 3D, hoje iremos explorar o que há de novo em materiais de impressão 3D e o que isso significa para o futuro da indústria.

materiais de impressão 3D para aplicações médicas e odontológicas

Na indústria médica, a impressão 3D já é usada para criar implantes ortopédicos, instrumentos cirúrgicos e dispositivos dentários. E hoje, a tecnologia está apoiando ativamente a batalha contra a pandemia COVID-19, produzindo cotonetes de teste, protetores faciais e peças de equipamentos médicos. A adoção da impressão 3D para aplicações médicas acelerou o desenvolvimento de materiais para o setor.

Uma área que está crescendo são os polímeros de alto desempenho para impressão 3D de implantes. Por exemplo, a empresa de especialidades químicas Evonik anunciou o lançamento do filamento PEEK de grau de implante no mês passado. Diz-se que o material atende aos requisitos da ASTM F2026, que é a especificação padrão para polímeros PEEK para aplicações de implantes cirúrgicos. Segundo a Evonik, o novo material é o primeiro filamento à base de PEEK do mercado que pode ser utilizado em ortopedia e cirurgia maxilofacial.

Na mesma linha, Andaltec, um centro de pesquisa espanhol, revelou que irá desenvolver um novo conjunto de polímeros ativos para uso na impressão 3D de dispositivos médicos.

O projeto, batizado de PoliM3D, contemplará a caracterização de novos filamentos antibacterianos e analgésicos para impressoras 3D FDM. Esses novos filamentos serão usados ​​para produzir implantes, próteses e ferramentas cirúrgicas personalizadas.

Além disso, o fabricante polonês de filamentos para impressão 3D, Spectrum Filaments, lançou um novo filamento destinado a aplicações médicas - ABS Medical.

O novo filamento é feito de ABS Granulado, material que atende aos requisitos de conformidade biológica dos certificados USP classe VI ou ISO 10993-1, de acordo com a Spectrum.

Também é aprovado para contato com alimentos, de acordo com as normas EU nº 10/20111 e 21 CFR FDA. O material é voltado para aplicações, incluindo estruturas de suporte para reabilitação e próteses leves.

Materiais dentários




Há uma tendência crescente na indústria odontológica de imprimir modelos dentais em 3D e, cada vez mais, próteses e dispositivos dentários de uso final, como alinhadores transparentes e pontes.

Esses avanços são impulsionados pela evolução de materiais que estão se tornando cada vez mais certificados para uso de longo prazo na boca humana.

Por exemplo, a 3D Systems anunciou que seu novo material de dentadura biocompatível, NextDent® Denture 3D +, recebeu autorização 510 (k) da US Food and Drug Administration (FDA) no final de 2019.

O material NextDent Denture 3D + é adequado para impressão 3D de todos os tipos de bases de próteses removíveis, combinando com as propriedades mecânicas dos materiais de base de próteses convencionais.

Em um esforço semelhante para qualificar materiais dentários para impressão 3D, a empresa AM Rapid Shape fez parceria com o fabricante de produtos odontológicos VOCO. Esta última recentemente voltou seu foco para materiais de impressão 3D, trazendo ao mercado um portfólio de materiais de grau odontológico em sua família V-Print.

Além disso, o fabricante suíço de resina dentária, Saremco Dental AG, tem lançou recentemente uma nova resina de fotopolímero. O novo material foi projetado para imprimir em 3D restaurações permanentes, como coroas, inlays, onlays e folheados.

O teste do material revelou que a resina dentária tem propriedades mecânicas comparáveis ​​às coroas cerâmicas tradicionais encontradas na indústria dentária hoje.

A adoção mais ampla da impressão 3D no a área médica e odontológica depende muito do ritmo de inovação de materiais.

Somente quando os profissionais médicos tiverem acesso a materiais biocompatíveis, duráveis ​​e certificados, eles poderão permitir que mais pacientes se beneficiem de produtos médicos e odontológicos personalizados e de melhor desempenho.

materiais de impressão 3D para aplicações de alta temperatura

O uso de impressão 3D para aplicações expostas a temperaturas elevadas está criando a demanda por materiais resistentes ao calor.

Isso leva a mais produtores de materiais, bem como fabricantes de sistemas, desenvolvendo e lançando novos materiais para atender a demanda.

Um exemplo disso é a colaboração entre a Roboze, fabricante italiana de impressoras 3D de extrusão, e a SABIC, gigante da química, em um filamento de poliimida termoplástico amorfo, denominado EXTEM AMHH811F.

O novo material apresenta grande resistência a altas temperaturas, graças a uma capacidade de deflexão térmica de até 230 ° C. O material também tem uma transição de vidro de 247 ° C, que os parceiros acreditam ser a mais alta de qualquer material para impressão 3D. Além disso, oferece excelentes propriedades retardantes de chamas, boa resistência química e mantém sua resistência mecânica em altas temperaturas.

Da mesma forma, a Essentium adicionou nylon de alta temperatura a um portfólio de materiais para sua extrusão de alta velocidade ( HSE). As aplicações para o novo material incluem componentes de máquinas, gabaritos ou acessórios para as indústrias aeroespacial, de semicondutores e de petróleo e gás, entre outras.

Desenvolvimento de ligas de alumínio para metal AM

O alumínio continuará sendo o grupo de metal de crescimento mais rápido da AM nos próximos dez anos, de acordo com um relatório recente. Um fator que impulsiona esse crescimento é a cadeia global de suprimentos de alumínio, reconhecendo cada vez mais a AM como uma oportunidade de próxima geração na fabricação de alumínio. Portanto, é natural ver o desenvolvimento acelerado de materiais de ligas de alumínio para impressão 3D em metal.

Um desenvolvimento notável envolve a colaboração entre a Oerlikon, um especialista em materiais, a Linde, uma empresa de gases industriais, e a Universidade Técnica de Munique (TUM).

Apoiado por € 1,7 milhões em financiamento, a equipe está empenhada em trazer uma nova liga de alumínio de alta resistência para o mercado de impressão 3D.

O desenvolvimento de ligas de alumínio envolve muitos desafios, como as perdas por evaporação dos elementos de liga e o risco de microfissuras devido a um ambiente de alta temperatura.

A equipe está pronta para superar esses desafios para tornar as novas ligas disponíveis para as indústrias aeroespacial e automotiva, onde resistência e pesos reduzidos são requisitos cruciais.

Desenvolvendo uma liga de alumínio à prova de choque para impressão 3D automotiva

Em outro exemplo, o grupo de engenharia, EDAG, desenvolveu uma nova liga de alumínio, como parte do projeto de pesquisa 'CustoMat_3D' focado na adaptação de AM para a produção em série automotiva.

Atualmente, as ligas de alumínio para AM não atendem aos requisitos da indústria automotiva, como desempenho em testes de colisão. O material recém-desenvolvido foi projetado para superar esses desafios, proporcionando maior resistência e maior alongamento na ruptura.

O material foi testado para várias aplicações automotivas, apresentando resultados positivos. Por exemplo, foi possível economizar peso no porta-rodas com carga pesada dinâmica e um componente complexo com requisitos de alta rigidez da área da caixa da roda. Algumas das economias foram superiores a 30 por cento do potencial esperado.

Alumínio para fusão de leito de pó e deposição de energia direta




Além dos exemplos acima, também houve lançamentos de materiais de alumínio de fabricantes de sistemas. No mês passado, a VELO3D, fabricante de impressoras 3D de metal Powder Bed Fusion (PBF), lançou a liga de alumínio F357, notável por sua capacidade de ser anodizada.

A anodização é o processo de construção de uma camada de óxido na superfície de uma peça de metal para protegê-la da corrosão ou fornecer uma superfície melhor para a pintura.

A liga de alumínio F357 é cada vez mais procurado, especialmente nos setores aeroespacial e automotivo.

Embora o alumínio continue a ser mais amplamente utilizado no PBF, algumas empresas estão adaptando o material para a Deposição Direta de Energia, um processo que usa lasers de alta potência para construir estruturas , camada por camada, diretamente de materiais em pó.

Um exemplo disso é a especialista em DED, Optomec, que lançou ligas de alumínio para sua tecnologia LENS. De acordo com a empresa, suas ligas de alumínio apresentam excelente acabamento superficial, altas taxas de deposição e densidade em torno de 99,9 por cento.

Esforços contínuos para certificar materiais de impressão 3D

A certificação de materiais é tão crucial para o avanço da impressão 3D quanto o desenvolvimento de materiais. Ajuda a provar a consistência das peças AM, abrindo caminho para aplicações de produção.

Há esforços contínuos para certificar materiais para impressão 3D. Um recente veio da empresa de certificação de ciência de segurança, UL, que publicou um estudo de pesquisa sobre os efeitos da impressão 3D nas propriedades de desempenho de polímero de segurança crítica.

As descobertas permitiram ao grupo de padrões desenvolver uma estrutura para avaliar e qualificar polímeros para impressão 3D e, especificamente, ABS retardadores de chama e filamentos PEI.

De acordo com a UL, 'os resultados da pesquisa fornecem o conhecimento preliminar necessário para desenvolver diretrizes para a certificação de materiais poliméricos destinados à impressão 3D e orientação para requisitos de desenho'.

Caracterização do material

A consistência é crucial para a manufatura aditiva. E isso começa com o controle e a caracterização da matéria-prima. Na manufatura, a qualidade da matéria-prima ditará a qualidade do produto final. Mas o que é um material AM de alta qualidade e como alguém faria para avaliar essa qualidade? Por exemplo, com material em pó, a qualidade é o produto de dezenas de variáveis, incluindo o tamanho da partícula, morfologia, propriedades térmicas, absorção de umidade e muito mais.

Com tantos fatores impactando a qualidade do material, a caracterização do material - um processo de sondagem e medição das propriedades do material para entender o desempenho do material - torna-se crítica.

É por isso que é emocionante ver empresas entrando no campo de caracterização de materiais para AM.

No início do ano, o líder global de certificação de produtos e materiais, Element, anunciou o lançamento de uma instalação de caracterização dedicada para pós AM.

O novo equipamento de teste permitirá para análise de composição química, análise de peneira de pó, distribuição de tamanho de partícula, taxa de fluxo e outros testes - tudo para garantir que o pó seja autêntico, puro, uniforme e pronto para o processamento.

Materiais de impressão 3D:o setor em evolução

As notícias sobre novos desenvolvimentos, parcerias e atividades de padronização na área de materiais de impressão 3D aparecem quase que diariamente. Isso indica um setor dinâmico, crescendo em resposta à demanda por materiais avançados voltados para a produção.

Seguindo em frente, esperamos que o ritmo das inovações em materiais aumente, ampliando as opções de materiais e revelando novas possibilidades e novos mercados para a impressão 3D.

Para saber mais sobre o estado do mercado de materiais de impressão 3D, confira nosso último relatório Additive Manufacturing Landscape 2020 aqui .