CAMX 2018: Grandes Avanços em Impressão 3D Termofixa

Impressão 3D termofixa

A CW reportou amplamente sobre impressão 3D de compósitos usando resinas termoplásticas. Mas no último ano, vimos crescimento em impressão com resinas termofixas (e fibra contínua, veja blog de maio 2018 e blog de setembro 2018). Esta tendência parece pronta para maior crescimento, com Impressão Termofixa em Grande Escala exibida pelo Oak Ridge National Laboratory (ORNL) nas áreas CAMX e ACE awards. Desenvolvida em parceria com Magnum Venus Products (MVP), o sistema de impressão termofixa em grande escala chamado THERMOBOT tem volume de construção de 16 x 8 x 3,4 pés. Usando polímeros reativos que totalmente reticulam entre camadas, a tecnologia THERMOBOT afirma produzir peças impressas de maior resistência vs. aquelas com camadas termoplásticas parcialmente fundidas. O custo de matéria-prima também é estimado em 50% menor. Todos os testes até agora usaram sistemas viniléster da Polynt-Reichhold, baseados em seu Acordo de Pesquisa e Desenvolvimento Corporativo (CRADA) com ORNL.

Uma estratégia para a tecnologia THERMOBOT (veja imagens acima) é produzir estruturas leves porém de alta capacidade de carga imprimindo estruturas de favo de mel celular de densidade variável que podem ser personalizadas por aplicação. O resultado é impressão mais rápida de estruturas de maior resistência que consomem menos material, tempo, energia e custo vs. abordagens atuais. Isso também pode oferecer a maneira mais custo-efetiva até agora para atualizar estruturas de favo de mel adaptadas à carga, uma abordagem de design biomimético introduzida pela Evolutionary Light Structure Engineering (ELiSE, veja blog 2016). MVP está perseguindo plano de comercialização e aceita consultas.

Moldes impressos 3D iteram novamente

A Polynt-Reichhold, em parceria com Cincinnati Inc. e TruDesign (Knoxville, TN, EUA), exibiu outra mudança radical em moldes compósitos impressos 3D. O avanço exibido no CAMX foi imprimir moldes não com subestrutura sólida, mas com núcleo tipo lattice, o que reduz tempo de impressão, material e custo. A superfície real do molde é alcançada pulverizando o lattice impresso 3D com TD Coat RT, um revestimento de alta espessura, temperatura ambiente, no qual dimensões finais e detalhes são usinados. Este revestimento é aplicado com equipamento de pulverização MVP e está disponível comercialmente da TruDesign. Notavelmente, ele une a superfície termofixa ao substrato termoplástico impresso, sela a superfície para integridade de vácuo e também lida com a diferença significativa no coeficiente de expansão térmica (CTE) entre as direções da máquina e z do compósito impresso – tipicamente ABS reforçado com 20% de fibra de carbono. Caso contrário, mudanças de temperatura podem causar mudanças na superfície do molde. Os segmentos de molde exibidos acima foram impressos pela AES (Akron, OH, EUA) usando máquina BAAM da Cincinnati Inc.

L&L oferece estruturas pultrudadas para automotivo

A L&L Products, Inc. lançou suas pultrusões Continuous Composite Systems (CCS) usando resina poliuretano. Voltadas para aplicações automotivas como soleiras laterais e estruturas de colisão, elas substituem estruturas metálicas tradicionais que requerem anteparas para rigidez necessária, oferecendo leveza – 75% menos massa que aço e 30% menos que alumínio – a preço econômico. Perfis de fibra contínua incluem CCS Set usando fibra de vidro, CCS Hybrid usando mistura personalizada de vidro e carbono e CCS Extreme usando apenas fibra de carbono. Estes compósitos também podem ser combinados com os bem conhecidos adesivos da L&L como parte de seu processamento contínuo, reduzindo ainda mais custos de manufatura e time-to-delivery. Note que adesivos L&L também são usados para ajudar mitigar problemas de ruído, vibração e aspereza (NVH). Além do automotivo, produtos CCS também visam caps de spar de pás de turbinas eólicas, aplicações industriais e arquitetônicas.

A L&L também exibiu seus produtos de retenção de torque e isolamento TRI-seal para carrocerias automotivas multi-material. Material selante expansível é aumentado com esferas de Alumina (Al₂O₃, ou óxido de alumínio), que suportam força de aperto para retenção de torque enquanto fornecem isolamento entre materiais dissimilares para prevenir corrosão galvânica e vedação contra intrusão de água, ar e poeira, tudo ao mesmo tempo. Ou termocolados para aplicações secas ou pegajosos para aplicações sensíveis à pressão, produtos TRI-seal podem ser usados em interfaces de materiais dissimilares, fixações parafusadas/rebites e dobradiças de porta/capô/porta-malas.

Owens Corning produz filamentos para impressão 3D

Filamentos de impressão 3D XSTRAND foram desenvolvidos usando fibras de vidro picadas da empresa e polímero poliamida 6 (PA 6 náilon) ou polipropileno (PP). Por que fibra de vidro? "Imprime melhor, com melhor acabamento e tem melhores propriedades vs. fibra de carbono picada porque desenvolvemos uma solução melhor composta por dimensionamento de fibra otimizado para cada tipo de polímero", explica o especialista de produto da Owens Corning, Jay Yang. Ele nota que significativo desenvolvimento de produto e seleção de material foram necessários para desenvolver um sistema otimizado de polímero, fibras e dimensionamento. "Isso não é trivial e exigiu muito trabalho de P&D por dois anos." Yang diz que mais variantes de produto estão no pipeline, incluindo filamento usando polímeros de temperatura mais alta e mais especializados.

Resina poliéster com Tg>250°C

A ATSP Innovations (Champaign, IL, EUA) é uma startup da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign que desenvolveu resinas de poliéster termofixo aromático (ATSP) Estherm. Esta nova classe reportada de copoliésteres oferece desempenho mais alto que um poliéster típico ou resina epóxi wet layup média:

Resistência à tração: 95 MPa
Módulo de tração: 4,2 GPa
Módulo de compressão: 4,9 GPa
Resistência à compressão: 304 MPa

No entanto, também ostenta capacidade de temperatura mais alta (Tg>250°C) vs. poliésteres e vinilésteres, que chegam no máximo a 140°C e 160°C, respectivamente, e epóxis que atingem temperatura máxima de serviço antes de 200°C. ATSP Innovations reporta que compósitos feitos com Estherm permitem estruturas de carga até Tg de 285°C. Isso está mais alinhado com sistemas de resina fenólica (148-260°C), bismaleimida (200-282°C) ou poliamida (260-316°C). A empresa reivindica benefícios adicionais incluindo absorção de umidade muito baixa, estabilidade oxidativa, fácil usinabilidade (baixa poeira), baixa inflamabilidade sem enchentes (índice de oxigênio limitante de 40%, maior que fenólica) e reciclabilidade semelhante a termoplásticos.

De fato, similar ao adesivo epóxi reformável L&L Products LF610, quando este copoliéster termofixo aromático é formulado em adesivo (marca Self-Bond), permite colagem e descolagem, cada uma com calor e pressão, que pode ser repetida 50 vezes sem perda de resistência. ATSP Innovations explica que isso é possível devido a um processo de ligação em estado sólido chamado reação de transesterificação entre cadeias. Estherm e Self-Bond são reportadamente soluções drop-in, que podem ser adaptadas para atender necessidades específicas do cliente e estão disponíveis em múltiplas formas de produto. ATSP Innovations publicou pesquisa sobre processamento dos materiais em compósitos e como espumas, bem como revestimentos tribológicos e criogênicos. Os materiais estão em desenvolvimento desde 2011 e ATSP Innovations recebeu recentemente Fase II follow-on de seu projeto SBIR patrocinado pela NASA "Conceito de adesão reversível para montagem no espaço".

IoT para cura de bolsa de vácuo

A Ruiz Aerospace (Laval, QC, Canadá) desenvolveu TERVIA Hub, embutido com sensores e conectividade à internet, que permite coleta de dados de portas de vácuo conectadas ao hub e troca desses dados via wifi usando telefone, tablet ou PC. As sondas coletam pressão atmosférica, vácuo, temperatura e umidade sob a bolsa de vácuo e comunicam esses dados durante a cura para a Nuvem via TERVIA Hub. O sistema pode ser usado para executar testes automatizados de taxa de vazamento em ferramentas e configurações de bolsa de vácuo. Também exibe e registra parâmetros de manufatura durante a cura. O sistema também pode exibir progresso de cura vs. receita programada de tempo e temperatura e enviar alarmes SMS/email quando parâmetros de cura são atingidos ou temperatura limite alcançada. Essencialmente atua como sistema hot bonder sem mecanismo de aplicação de calor. No entanto, a menos de $1.000 USD para o hub, $99 USD para três sondas de vácuo e assinatura mensal de $39 USD para licença de software avançado (também há opções gratuitas e mais caras, personalizáveis), o custo total all-in é muito mais acessível.

Fique atento para mais blogs sobre novos desenvolvimentos apresentados no CAMX.