Impressão 3D em TPU:um guia para a impressão 3D de peças flexíveis
Já pensou em imprimir peças flexíveis em 3D? Nesse caso, poliuretano termoplástico ou TPU, como é comumente conhecido, é definitivamente um material a ser adicionado à sua lista.
A impressão 3D TPU oferece possibilidades únicas que, de outra forma, seriam inatingíveis com outros materiais de impressão 3D como ABS, PLA ou náilon. Combinando as propriedades do plástico e da borracha, o TPU pode produzir peças elásticas e altamente duráveis que podem ser facilmente dobradas ou comprimidas.
No tutorial de hoje, exploraremos os benefícios e aplicações da TPU, as tecnologias que suportam o material, bem como algumas dicas para ajudá-lo a tornar a impressão 3D com TPU o mais fácil e eficiente possível.
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O que é TPU?
O Poliuretano Termoplástico (TPU) pertence à família dos elastômeros termoplásticos e combina as melhores propriedades dos termoplásticos e borrachas (termofixos).
Você pode estar mais familiarizado com o termo TPE - ou Elastômero Termoplástico. Anteriormente o material preferido para impressão 3D flexível, o TPE é um plástico muito macio, semelhante a borracha, que pode ser dobrado ou esticado sem deformação. No entanto, sua suavidade torna o TPE um material muito desafiador para máquinas extrusoras para impressão 3D.
O TPU, por outro lado, pode ser considerado a versão mais recente do TPE. TPU possui elasticidade semelhante à borracha, alta resistência ao rasgo e abrasão, alto alongamento na ruptura, bem como estabilidade térmica.
Além disso, o TPU também é resistente a óleos, graxas e uma variedade de solventes. Sendo mais firme do que o TPE, o TPU é, portanto, muito mais fácil de imprimir em 3D.
Aplicativos
TPU tem uma ampla gama de aplicações. Por exemplo, é uma boa opção para a impressão 3D de protótipos funcionais flexíveis ou peças de uso final que precisam ser dobradas e comprimidas.
Bens de consumo
Para bens de consumo, o TPU é ideal para a produção de acessórios, como capas de telefone e componentes para calçados.
Em 2015, a New Balance criou tênis de corrida com palmilha impressa em 3D TPU. Usando DuraForm Flex TPU da 3D Systems, impressão 3D e design generativo, a gigante do calçado foi capaz de atingir um alto nível de flexibilidade em suas solas intermediárias, bem como resistência, 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, a empresa americana Graphene 3D Lab lançou um filamento TPU condutivo, adequado para a produção de eletrônicos flexíveis, incluindo dispositivos médicos vestíveis como pulseiras.
Automotivo
Com sua alta resistência química a óleos e graxas, o TPU é ideal para aplicações automotivas como vedações, juntas, plugues, tubos e aplicações de proteção.
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 foram impressas em 3D com TPU junto com PLA e náilon.
Materiais TPU Disponíveis
Fácil de processar
Alongamento na ruptura 200% SLS ProdwaysTPU-70A70A Alta resolução
Alongamento na ruptura acima de 300% SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80AGood abrasivo e resistência química
Alongamento na ruptura 600% SLS SinteritFlexa Soft40-55AElongamento na ruptura 137% SLS SinteritFlexa Black80-90AElongamento na ruptura 155% SLS SinteritFlexa Grey70-90A (ajustável) Alongamento na ruptura 137% SLS SinteritFlexa Bright79AElongamento na ruptura 317% SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88A Alta resistência e alta resistência à abrasão
Alongamento na ruptura 500% SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045-TR UV70DLow flexibilidade de temperatura e estabilidade de UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50D Alta rigidez com excelente resistência química e a óleoFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98A Excelentes propriedades mecânicas, baixo empenamento e encolhimento nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DOfere alto módulo e excelentes atributos de processamentoFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85A Resistência à abrasão 20% melhor que ABS e 68% melhor que PLA
Resistente a produtos químicos
Alongamento na ruptura 660% FFF NinjatekCheetah TPU95AG grande resistência ao impacto
Resistência à abrasão 40% melhor que ABS e 76% melhor que PLA
Alongamento na ruptura 580% FFF NinjatekArmadillo TPU75DRígido, resistente à abrasão , resistente
Excelentes capacidades de ligação e virtualmente sem empenamento FFF PolymakerPolyFlex ™ TPU9595AFácil de processar
Alongamento na ruptura 330% FFF rigid.inkrigid.ink TPU94ATough e durável
Alongamento na ruptura 500% FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ARresistente à abrasão, graxa e óleo FFF FillamentumFlexfill TPU92A e 98AOil resistente com
excelente adesão entre camadas FFF
Impressão 3D com TPU:as tecnologias
Se você deseja explorar a impressão 3D com este material flexível, existem duas tecnologias principais para escolher:Sinterização Seletiva a Laser (SLS) e Modelagem por Deposição Fundida (FDM).
Vamos mergulhar nas possibilidades de cada um.
Sinterização seletiva a laser
A Sinterização Seletiva a Laser (SLS) é uma tecnologia de impressão 3D de fusão em leito de pó que usa um feixe de laser para derreter e fundir seletivamente o material em pó.
O SLS oferece muitas vantagens para a manufatura industrial, pois a tecnologia é capaz de produzir peças funcionais com ótimas propriedades mecânicas. Além disso, o SLS não requer estruturas de suporte, permitindo peças de forma livre sem quaisquer marcas de remoção de suporte. No entanto, as peças exigirão alguma forma de pós-processamento para obter um melhor acabamento superficial.
Inicialmente, a tecnologia foi usada com vários tipos de náilon, mas com os avanços recentes na pesquisa de materiais, agora é possível sinterizar o pó de TPU.
Atualmente, existem alguns fabricantes no mercado que oferecem TPU em pó com vários graus de dureza Shore:
- A 3D Systems oferece seu DuraForm TPU Elastomer proprietário, que é compatível com sua impressora 3D Pro 60 HD-HS.
- Especialista francês em AM Prodways tem TPU-70A em seu portfólio de materiais com um alongamento na ruptura de mais de 300%. Com TPU-70A, a dureza Shore pode ser ajustada com base na entrada de energia.
- Em 2017, fabricante alemão de materiais Advanc3D introduziu o material Adsint TPU 80 shA, considerado o material mais elástico disponível comercialmente para a tecnologia SLS.
Dicas de design ao usar pós TPU
Espessura mínima da parede 1.5 mm é a espessura mínima da parede ao usar TPU em pó. As peças impressas em 3D com paredes de 1,5 mm serão muito flexíveis, mas você também pode tornar sua peça mais rígida aumentando a espessura da parede para 3 mm.
Tamanho mínimo do recurso
Ao projetar detalhes para a sua peça TPU, certifique-se de que eles tenham, no mínimo, 0,5 mm de tamanho. Para a visibilidade dos detalhes em relevo e gravados, sua altura e largura não devem ser menores que 1,5 mm.
Projetos complexos
Como tecnologia de leito de pó, o SLS pode criar peças fechadas e interligadas, eliminando a necessidade de montar componentes impressos individualmente. Para que isso aconteça, lembre-se de que a folga entre as peças deve ser de no mínimo 1 mm. Para objetos grandes, a folga deve ser aumentada.
Furos de escape
Tornar sua peça oca pode ser útil, pois reduz o tempo de impressão e economiza material. No entanto, ao fazer isso, não se esqueça de fatorar em seu projeto orifícios com um diâmetro de pelo menos 1,5 mm para ajudar a remover o pó preso dentro de sua peça após o processo de impressão.
Modelagem por Deposição Fundida
A tecnologia FDM também pode ser usada com filamentos TPU.
Existem dois benefícios principais em usar FDM em vez de SLS ao fabricar peças de TPU:em primeiro lugar, FDM é menos caro e, em segundo lugar, é normalmente mais rápido produzir peças de TPU com filamentos em vez de pós.
Por outro lado, a impressão 3D com filamentos TPU usando FDM resultará em uma peça dimensionalmente menos precisa, com camadas de impressão visíveis que não podem ser suavizadas. Além disso, como o TPU é um material macio, particularmente quando comparado aos termoplásticos ABS e PLA, os filamentos de TPU podem flexionar no mecanismo da extrusora, resultando no enrolamento do filamento e entupimento da extrusora. No entanto, a maciez do material é o que torna a adesão camada a camada nas impressões TPU forte e durável.
5 dicas para impressão 3D com filamentos TPU
Requisitos básicos da impressora:
- Temperatura da extrusora :225-250 ° C
- Tipo de extrusora :Extrusora Direct Drive é recomendada
- Cama estampada aquecida :50 ± 10 ° C
- Resfriamento :ventoinha de resfriamento parcial é recomendado (configuração média ou alta)
- Gabinete :não necessário
- Superfície de construção :Fita Kapton (PEI), fita azul para pintar
Temperatura de impressão
A faixa de temperatura de extrusão recomendada é entre 225-250 ° C, dependendo do tipo de impressora 3D e filamento TPU que você possui. No entanto, lembre-se de que imprimir em temperaturas mais altas permitirá que o filamento derreta mais rápido e flua mais facilmente de um bico.
Velocidade
TPU normalmente imprime melhor em velocidades mais lentas. É uma boa prática definir a metade da velocidade média (15 mm / s - 20 mm / s) para garantir impressões de alta qualidade.
Multiplicador de extrusão
O Multiplicador de extrusão é a configuração da impressora 3D que permite controlar a quantidade de filamento que sai do bico ou simplesmente a taxa de fluxo de extrusão. Como os filamentos de TPU podem extrudar inadequadamente durante o processo de impressão, resultando na união inadequada de camadas e perímetros. Uma maneira de lidar com esse problema é aumentar ligeiramente o multiplicador de extrusão.
Retração
A retração é o mecanismo em uma impressora 3D, que puxa o filamento para dentro da extrusora como meio de evitar o vazamento do filamento derretido. Esse recurso é muito útil com filamentos rígidos como PLA e ABS, no entanto, com filamentos de TPU, as retrações podem ser desafiadoras e podem resultar em entupimento. É por isso que é altamente recomendável desativar a retração para evitar o estiramento e a compressão do filamento flexível no bico.
Balsas e saias
Uma jangada é uma superfície horizontal descartável em cima da qual uma parte é impressa e é usada para evitar empenamento. No entanto, como as peças TPU geralmente não empenam, jangadas não são recomendadas ao imprimir 3D com TPU, pelo menos porque podem causar problemas de impressão adicionais devido às altas velocidades de impressão. Em contraste, seria sensato imprimir uma saia - algumas voltas de material ao redor da impressão - para verificar o fluxo do filamento e garantir o sucesso das primeiras camadas.
Conclusão
TPU é um material altamente útil, que oferece propriedades únicas e uma ampla gama de aplicações possíveis.
No entanto, a impressão 3D com TPU pode ser complicada devido às propriedades exclusivas do material, por isso é importante entender as possibilidades e limitações da TPU antes de imprimir. Com este guia, esperamos que agora você esteja no caminho certo para produzir com sucesso suas peças TPU impressas em 3D.
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