Projetando Peças Transparentes: Materiais, Técnicas e Acabamento para Componentes Transparentes e Translúcidos

Peças e protótipos transparentes têm uma enorme variedade de aplicações. Felizmente, também são relativamente fáceis de fabricar, com uma ampla gama de materiais e tecnologias de prototipagem à disposição.

Este artigo aborda os fundamentos de peças transparentes e translúcidas: por que você pode precisar delas, quais materiais pode usar, quais tecnologias de manufatura estão disponíveis, e outras considerações como polimento e tingimento de peças transparentes.

Por que usar peças transparentes e translúcidas?

Designers de produtos podem desejar peças transparentes por diversos motivos. Olhe ao seu redor e provavelmente verá pelo menos um objeto artificial transparente ou translúcido, seja uma janela de vidro, um recipiente transparente, um copo plástico ou uma embalagem de alimento.

Em geral, há três razões (às vezes sobrepostas) para fabricar peças transparentes, que explicamos a seguir.

Lembre-se que transparência significa totalmente claro, permitindo ver exatamente o que está atrás do material, enquanto translucidez significa parcialmente claro, permitindo ver a luz passando pelo material ou uma representação desfocada do que está atrás dele.

• Visibilidade: Primeiro, há peças projetadas para serem claras para que humanos possam ver através delas por razões funcionais. Incluem janelas, óculos, recipientes de alimentos, porta-crachás e caixas plásticas para material de escritório. Peças desta categoria são tipicamente totalmente transparentes: projetadas para que humanos vejam exatamente o que está atrás do material claro.
• Luz: Segundo, temos a categoria de peças que precisam ser claras por razões funcionais não relacionadas à visão humana. Incluem objetos onde a luz deve passar pelo material claro para um propósito mecânico ou prático. Exemplos: janelas de painéis solares, estufas e terrários. Itens como coberturas de lanternas e frontais de faróis, embora relacionados à visão humana, também podem ser considerados aqui, pois o propósito da seção plástica transparente é deixar a luz sair, não revelar o que está dentro da peça.
• Estética: Terceiro, há peças transparentes ou translúcidas cuja clareza é puramente por razões estéticas. Humanos podem olhar através da peça ou ver luz vindo detrás dela, mas isso não serve a propósito prático. Tais peças incluem hardware transparente de videogames e computadores, brinquedos, relógios de pulso plásticos, instrumentos musicais acrílicos, bolsas de designer e alguns cabos de ferramentas/utensílios.

Quais materiais estão disponíveis?

Diversos materiais podem ser usados para fabricar peças transparentes ou translúcidas. Estes variam conforme o processo de manufatura utilizado.

Processo	Material	Vantagens	Desvantagens
SLA	Resina clara	Eficiente em tempo e custo Alta resolução	Muito frágil e quebradiça Necessita material de suporte
Usinagem CNC	PMMA (Acrílico)	Nível muito alto de clareza Fácil de polir	Quebradiço comparado ao PC
	PC (Policarbonato)	Alta resistência a impacto Alta resistência à temperatura	Menos claro que PMMA Mais caro que PMMA
	ABS	Alta resistência a impacto Baixo custo Resistente a trincas por tensão	Mais difícil de colorir que PC
Moldagem por Injeção	PMMA	Nível muito alto de clareza Fácil de polir Fácil de misturar corantes	Quebradiço comparado ao PC Resina deve ser seca antes da moldagem
	PC	Alta resistência a impacto Alta resistência à temperatura	Menos claro que PMMA Mais caro que PMMA Resina deve ser seca antes da moldagem
	ABS	Alta resistência a impacto Baixo custo Resistente a trincas por tensão	Mais difícil de colorir que PC
Fundição de Uretano	PX520 (tipo PC)	Maior resistência a impacto	Inferior ao PC verdadeiro
	PX521 (tipo PMMA)	Maior nível de clareza	Inferior ao PMMA verdadeiro

Como fabricar peças transparentes e translúcidas

Existem quatro técnicas principais para fabricar peças plásticas transparentes e translúcidas, todas oferecidas pela 3ERP. Cada método tem suas próprias vantagens e desvantagens, embora usinagem CNC e ferramentaria rápida / moldagem por injeção sejam geralmente melhores para peças de uso final.

SLA (Estereolitografia)

A Estereolitografia (SLA) é um processo de impressão 3D que usa um laser focalizado para solidificar camadas de resina fotossensível UV. É uma das formas mais rápidas e econômicas de fabricar peças transparentes, especialmente peças complexas com reentrâncias.

Vantagens:

• Muito rápido
• Econômico
• Suporta geometrias complexas
• Alta resolução

Desvantagens:

• Produz peças fracas e quebradiças
• Estruturas de suporte devem ser removidas após a impressão
• Materiais limitados a formulações de resina específicas da marca
• Não prático ou acessível para pedidos de múltiplas unidades

Fundição de Uretano

A fundição de uretano, um processo para fabricar peças de uretano usando moldes de silicone temporários, é a melhor maneira de criar 10–20 cópias de uma peça clara, independentemente de seu nível de complexidade. Como o SLA, não produz peças resistentes, mas produz excelentes acabamentos superficiais.

Vantagens:

• Econômico
• Muito fácil de tingir
• Simula moldagem 2K
• Boa aparência

Desvantagens:

• Transparência não é 100%
• Produz peças fracas e quebradiças
• Moldes duram apenas cerca de 20 ciclos

Usinagem CNC

A usinagem CNC, um processo de manufatura subtrativo no qual material é removido seletivamente de um bloco, é a única maneira de alcançar um protótipo com transparência perfeita, e também pode fabricar peças translúcidas leitosas de materiais como DF23. A usinagem CNC também produz detalhes superfinos se fresas pequenas (R0,1mm, R0,05mm, etc.) forem usadas.

Saiba mais sobre usinagem de acrílico.

Vantagens:

• Alta qualidade
• Alto nível de clareza
• Diversas opções de materiais

Desvantagens:

• Caro em grandes quantidades
• Menos liberdade geométrica que SLA

Moldagem por Injeção

A moldagem por injeção, o processo de injetar resina fundida em um molde metálico, é adequada para certas peças transparentes. Ferramentaria rápida — fabricar um molde de alumínio de baixo custo — é adequada para 100+ peças, enquanto ferramentaria de produção é melhor quando 10.000+ peças transparentes são necessárias.

Vantagens:

• Alta qualidade
• Econômico em grandes quantidades
• Ampla gama de materiais

Desvantagens:

• Não adequado para pedidos de baixo volume (1–100)
• Algumas restrições geométricas

Outros métodos

Corte a laser ou corte a jato d'água permite fabricar peças com geometria simples. Com qualquer destes métodos, podemos fabricar peças a partir de chapas de material claro que podem ser muito caras para usinagem CNC ou fundição de uretano, ou que não são mecanicamente adequadas para moldagem por injeção.

Saiba mais sobre como cortar chapas de acrílico e PC.

Como polir e adicionar cor a peças transparentes

Polimento

Ao fabricar peças transparentes, o pós-processamento é necessário para atingir o nível de transparência requerido. Em geral, polir após a manufatura é a melhor maneira de tornar peças de SLA e CNC totalmente transparentes.

Para materiais usinados por CNC, especialmente PMMA, o polimento pode aumentar muito a clareza, partly porque o acrílico é altamente resistente a pequenos arranhões que podem ser causados por equipamentos de polimento. Abordagens de polimento incluem polimento com disco, polimento a chama (para peças padrão/não críticas) e usinagem óptica. O PC é mais vulnerável a arranhões, por isso o polimento a vapor é usado para aumentar a clareza.

O polimento também melhora a clareza de peças SLA. Para estas peças transparentes impressas em 3D, um processo de três etapas — lixamento úmido, limpeza com cortiça e polimento com pano de microfibra — pode produzir bons resultados.

Cor

Além do polimento, podemos introduzir cor em peças transparentes, geralmente por razões estéticas. Com peças moldadas por injeção ou fundidas em uretano, podemos facilitar auto-textura e auto-cor durante a etapa de moldagem adicionando corantes e outros aditivos. Alternativamente (ou adicionalmente), podemos adicionar tintas ou revestimentos de tinta após o processo de moldagem, o que permite ter duas cores na peça final.

Para peças transparentes usinadas por CNC, podemos usar técnicas como jateamento, tingimento ou pintura texturizada para ajustar a aparência. Um excelente aspecto pode ser alcançado em muitas peças transparentes usando um processo de tingimento. Cores possíveis incluem vermelho, amarelo, azul e laranja. (Algumas cores como cinza são mais difíceis de controlar.) Pintura é outra opção simples, mas pode produzir problemas como casca de laranja: uma textura de superfície irregular indesejável.

Saiba mais sobre como tingimos peças de PMMA e PC.