Domine Impressão 3D com TPU: Guia Completo para Peças Flexíveis e Duráveis

Já pensou em imprimir peças flexíveis em 3D? Se sim, Poliuretano Termoplástico ou TPU, como é comumente conhecido, definitivamente é um material para adicionar à sua lista.

A impressão 3D com TPU oferece possibilidades únicas inalcançáveis com outros materiais como ABS, PLA ou nylon. Combinando propriedades de plástico e borracha, o TPU pode produzir peças elásticas, altamente duráveis que podem ser facilmente dobradas ou comprimidas.

No tutorial de hoje, exploraremos benefícios e aplicações do TPU, tecnologias que suportam o material, bem como algumas dicas para tornar a impressão 3D com TPU o mais fácil e eficiente possível.

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O que é TPU?

Poliuretano Termoplástico (TPU) pertence à família dos elastômeros termoplásticos e combina as melhores propriedades de termoplásticos e borrachas (termoendurecíveis).

Você pode estar mais familiarizado com o termo TPE — ou Elastômero Termoplástico. Antigamente o material preferido para impressão 3D flexível, TPE é um plástico muito macio, semelhante a borracha, que pode ser dobrado ou esticado sem deformação. No entanto, sua maciez torna TPE um material muito desafiador para extrusoras de máquinas imprimirem em 3D.

TPU, por outro lado, pode ser pensado como a versão mais nova do TPE. TPU possui elasticidade semelhante a borracha, alta resistência a rasgo e abrasão, alto alongamento na ruptura bem como estabilidade térmica.

Além disso, TPU também é resistente a óleos, graxas e uma variedade de solventes. Sendo mais firme que TPE, TPU é portanto também muito mais fácil de imprimir em 3D.

Prós	Contras	Aplicações
Material elástico e macio	Higroscópico	Artigos esportivos
Pode ser muito elástico dependendo do alongamento na ruptura	Propenso a stringing e entupimento	Capas protetoras
Baixo empenamento e encolhimento	Precisa ser impresso em baixas temperaturas	Buchas automotivas
Resistente a químicos	Difícil de pós-processar	Componentes de amortecimento de vibração
Boa resistência a impacto
Boa amortigação de vibração e absorção de choque
Disponível em variedade de cores

Aplicações

TPU tem ampla gama de aplicações. Por exemplo, é boa opção para impressão 3D de protótipos funcionais flexíveis ou peças de uso final que precisam ser dobradas e comprimidas.

Bens de consumo

Para bens de consumo, TPU é ideal para produzir acessórios, como capas de telefone, e componentes de calçados.

Em 2015, New Balance criou tênis de corrida com entressolas impressas em 3D com TPU. Usando DuraForm Flex TPU da 3D Systems, impressão 3D e design generativo, a gigante do calçado alcançou alto nível de flexibilidade em suas entressolas, bem como força, peso ideal e durabilidade.

Médico

Outra aplicação interessante do TPU é no setor médico. Por exemplo, o material pode ser usado para criar modelos ortopédicos. Em 2016, empresa sediada nos EUA Graphene 3D Lab introduziu filamento TPU condutivo, adequado para produzir eletrônicos flexíveis, incluindo dispositivos médicos vestíveis como pulseiras.

Automotivo

Com sua alta resistência química a óleos e graxas, TPU é ideal para aplicações automotivas como vedações, gaxetas, tampões, tubos e aplicações protetoras.

Um exemplo inovador é um carro elétrico impresso em 3D produzido pela startup chinesa XEV Limited. O carro é composto por cerca de 100 peças, muitas das quais impressas em 3D com TPU junto com PLA e nylon.

Materiais TPU Disponíveis

Fabricante do Material	Nome da Marca	Dureza Shore A	Principais propriedades	Tecnologia
3D Systems	DuraForm TPU Elastomer	Dureza Shore A pode variar	Resistente a abrasão e rasgo / Fácil de processar / Alongamento na ruptura 200%	SLS
Prodways	TPU-70A	70A	Alta resolução / Alongamento na ruptura acima de 300%	SLS
Advanc3D	Adsint TPU 80 shA	80A	Boa resistência abrasiva e química / Alongamento na ruptura 600%	SLS
Sinterit	Flexa Soft	40-55A	Alongamento na ruptura 137%	SLS
Sinterit	Flexa Black	80-90A	Alongamento na ruptura 155%	SLS
Sinterit	Flexa Grey	70-90A (ajustável)	Alongamento na ruptura 137%	SLS
Sinterit	Flexa Bright	79A	Alongamento na ruptura 317%	SLS
LUVOCOM	LUVOSINT® TPU 92 Shore A	88A	Alta força e alta resistência abrasiva / Alongamento na ruptura 500%	SLS
Lubrizol	Estane® 3D TPU F70D-045TR UV	70D	Flexibilidade em baixa temperatura e estabilidade UV	FFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF)
Lubrizol	Estane® 3D TPU F50D-045SR GP	50D	Alta rigidez com excelente resistência química e a óleo	FFF, SLS, MJF
Lubrizol	Estane® 3D TPU F98A-030CR HC	98A	Excelentes propriedades mecânicas, baixo empenamento e encolhimento	FFF, SLS, MJF
Lubrizol	Estane® 3D TPU F75D-035 TR UV	75D	Oferece alto módulo e excelentes atributos de processamento	FFF, SLS, MJF
Ninjatek	Ninjaflex TPU	85A	Resistência a abrasão 20% melhor que ABS e 68% melhor que PLA / Resistente a químicos / Alongamento na ruptura 660%	FFF
Ninjatek	Cheetah TPU	95A	Grande resistência a impacto / Resistência a abrasão 40% melhor que ABS e 76% melhor que PLA / Alongamento na ruptura 580%	FFF
Ninjatek	Armadillo TPU	75D	Rígido, resistente a abrasão, resistente / Excelentes capacidades de ponte e virtualmente nenhum empenamento	FFF
Polymaker	PolyFlex™ TPU95	95A	Fácil de processar / Alongamento na ruptura 330%	FFF
rigid.ink	rigid.ink TPU	94A	Resistente e durável / Alongamento na ruptura 500%	FFF
MatterHackers	MatterHackers PRO TPU	95A	Resistente a abrasão, graxa e óleo	FFF
Fillamentum	Flexfill TPU	92A e 98A	Resistente a óleo com excelente adesão intercamadas	FFF

Impressão 3D com TPU: As Tecnologias

Se você quer explorar impressão 3D com este material flexível, existem duas tecnologias principais para escolher: Sinterização Seletiva a Laser (SLS) e Modelagem por Deposição Fundida (FDM).

Vamos nos aprofundar nas possibilidades de cada uma.

Sinterização Seletiva a Laser

Sinterização Seletiva a Laser (SLS) é tecnologia de impressão 3D de fusão de leito de pó que usa feixe de laser para derreter e fundir seletivamente material em pó.

SLS oferece muitas vantagens para manufatura industrial, pois a tecnologia é capaz de produzir peças funcionais com ótimas propriedades mecânicas. Além disso, SLS não requer estruturas de suporte, permitindo peças de forma livre sem marcas de remoção de suporte. No entanto, peças requererão alguma forma de pós-processamento para alcançar melhor acabamento de superfície.

Inicialmente, a tecnologia era usada com vários tipos de nylon mas com avanços recentes em pesquisa de materiais, agora é possível sinterizar pó de TPU.

Atualmente, existem alguns fabricantes no mercado que oferecem pó de TPU com vários graus de dureza Shore:

– 3D Systems oferece seu DuraForm TPU Elastomer proprietário, compatível com sua impressora 3D Pro 60 HD-HS.

– Especialista francês em AM Prodways tem TPU-70A em seu portfólio de materiais com alongamento na ruptura de mais de 300%. Com TPU-70A, dureza Shore pode ser ajustada baseada na entrada de energia.

– Em 2017, fabricante alemão de materiais Advanc3D introduziu material Adsint TPU 80 shA, dito ser o material mais elástico comercialmente disponível para tecnologia SLS.

Dicas de Design ao Usar Pós de TPU

Espessura mínima de parede
1,5 mm é a espessura mínima de parede ao usar pó de TPU. Peças impressas em 3D com paredes de 1,5 mm serão muito flexíveis mas você também pode tornar sua peça mais rígida aumentando espessura da parede para 3 mm.

Tamanho mínimo de característica
Ao projetar detalhes para sua peça de TPU, garanta que sejam mínimo 0,5 mm de tamanho. Para visibilidade de detalhes em relevo e gravados, sua altura e largura não devem ser menores que 1,5 mm.

Designs complexos
Como tecnologia de leito de pó, SLS pode criar peças enclausuradas e intertravadas, eliminando necessidade de montar componentes impressos individualmente. Para isso ser bem-sucedido, lembre que folga entre peças deve ser mínimo 1 mm. Para objetos grandes, a folga deve ser aumentada.

Furos de escape
Ocar sua peça pode ser útil, pois reduz tempo de impressão e economiza material. No entanto, ao fazer isso, não esqueça de considerar em seu design furos com diâmetro de pelo menos 1,5 mm para ajudar remover pó preso dentro da peça após processo de impressão.

Modelagem por Deposição Fundida

Tecnologia FDM também pode ser usada com filamentos TPU.

Existem dois grandes benefícios de usar FDM em vez de SLS ao fabricar peças de TPU: primeiro, FDM é menos caro e segundo, é tipicamente mais rápido produzir peças de TPU com filamentos do que com pós.

Por outro lado, impressão 3D com filamentos TPU usando FDM resultará em peça menos dimensionalmente precisa, com camadas de impressão visíveis que não podem ser suavizadas. Além disso, como TPU é material macio, particularmente comparado a termoplásticos ABS e PLA, filamentos TPU podem flexionar no mecanismo do extrusor, resultando em enrolamento do filamento e entupimento do extrusor. No entanto, a maciez do material é o que faz a adesão camada a camada em impressões TPU forte e durável.

5 Dicas para impressão 3D com filamentos TPU

Requisitos básicos de impressora:

• Temperatura do extrusor: 225-250°C
• Tipo de extrusor: Extrusor Direct Drive recomendado
• Mesa de impressão aquecida: 50 ±10 °C
• Resfriamento: ventoinha de resfriamento da peça recomendada (configuração média ou alta)
• Gabinete: não necessário
• Superfície de construção: Fita Kapton (PEI), fita azul de pintor

Temperatura de Impressão

Faixa de temperatura de extrusão recomendada está entre 225-250°C dependendo do tipo de impressora 3D e filamento TPU que você tem. No entanto, lembre que imprimir com temperaturas mais altas permitirá que filamento derreta mais rápido e flua mais fácil do bico.

Velocidade

TPU tipicamente imprime melhor em velocidades mais lentas. É boa prática definir metade da velocidade média (15 mm/s – 20 mm/s) para garantir impressões de alta qualidade.

Multiplicador de extrusão

Multiplicador de Extrusão é configuração da impressora 3D que permite controlar quanto filamento sai do bico ou simplesmente a taxa de fluxo de extrusão. Como filamentos TPU podem extrudar inadequadamente durante processo de impressão, resultando em ligação inadequada de camadas e perímetros. Uma forma de lidar com isto é aumentar ligeiramente seu multiplicador de extrusão.

Retração

Retração é mecanismo em impressora 3D que puxa filamento para trás no extrusor como meio de prevenir gotejamento do filamento derretido. Este recurso é muito útil com filamentos rígidos como PLA e ABS, porém com filamentos TPU, retracções podem ser desafiadoras e resultar em entupimento. Por isso é altamente aconselhável desabilitar retração para evitar estiramento e compressão do filamento flexível no bico.

Rafts e skirts

Um raft é superfície horizontal descartável sobre a qual uma peça é impressa, usada para prevenir empenamento. No entanto, como peças de TPU geralmente não empenam, rafts não são recomendados ao imprimir 3D com TPU, não pelo menos porque podem causar problemas adicionais de impressão devido a altas velocidades de impressão. Em contraste, seria sábio imprimir uma skirt — algumas voltas de material ao redor da impressão — para verificar fluxo do filamento e garantir sucesso das primeiras camadas.

Conclusão

TPU é material altamente útil, fornecendo propriedades únicas e ampla gama de aplicações possíveis.

No entanto, impressão 3D com TPU pode ser complicada devido às propriedades únicas do material, por isso é importante entender possibilidades e limitações do TPU antes de imprimir. Com este guia, esperamos que você esteja bem encaminhado para produzir com sucesso suas peças de TPU impressas em 3D.