Materiais de impressão 3D FDM comparados

Introdução

Escolher o tipo certo de material para imprimir um determinado objeto está se tornando cada vez mais difícil, pois o mercado de impressão 3D vê o surgimento regular de materiais radicalmente novos. Na impressão 3D FDM
, PLA e ABS têm sido historicamente os dois principais polímeros usados, mas seu domínio inicial foi principalmente fortuito, então não deve haver grandes obstáculos para que outros polímeros desempenhem um papel fundamental no futuro do FDM .

Agora estamos vendo novos produtos se tornarem mais populares, tanto polímeros puros quanto compósitos. Neste estudo, focamos nos principais polímeros puros que existem hoje no mercado:PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Flexível) e PC. Resumimos as principais diferenças entre suas propriedades em perfis instantâneos para que os usuários possam tomar uma decisão rápida sobre o melhor polímero a ser usado em sua aplicação.

Metodologia

Os materiais geralmente são classificados em 3 categorias:desempenho mecânico, qualidade visual e processo. Nesse caso, dividimos ainda mais essas categorias para pintar uma imagem mais clara das propriedades do polímero. A escolha do material realmente depende do que o usuário deseja imprimir, por isso listamos os principais critérios de decisão necessários para escolher um material (além de custo e velocidade):

• Facilidade de impressão: Como é fácil imprimir um material:adesão ao leito, velocidade máxima de impressão, frequência de impressões com falha, precisão do fluxo, facilidade de alimentação na impressora etc.
  
• Estresse máximo: Estresse máximo que o objeto pode sofrer antes de quebrar ao puxá-lo lentamente.
  
• Alongamento na ruptura: Comprimento máximo que o objeto foi esticado antes de quebrar.
  
• Resistência ao impacto: Energia necessária para quebrar um objeto com um impacto repentino.
  
• Adesão de camada (isotropia): Quão boa é a adesão entre as camadas de material. Está ligado à “isotropia” (=uniformidade em todas as direções):quanto melhor a adesão da camada, mais isotrópico será o objeto.
  
• Resistência ao calor: Temperatura máxima que o objeto pode sustentar antes de amolecer e deformar.
  
  

Também fornecemos informações adicionais que não são capturadas no diagrama, por um dos dois motivos:

• Eles não são “bons” nem “maus” em essência; são apenas propriedades adequadas para algumas aplicações e não para outras, como rigidez.
  
• Não temos uma boa avaliação quantitativa disso, mas sabemos que é um fator importante, como resistência à umidade ou toxicidade.
  

Resultados

Cada material foi classificado de acordo com os seguintes critérios em uma escala de 1 (baixo) a 5 (alto). Esses são graus relativos para o processo FDM - eles seriam bem diferentes se outras tecnologias de fabricação fossem levadas em consideração. Usando os dados do Optimatter, os polímeros foram classificados de acordo com os diferentes critérios considerados:

Obtenha suas peças impressas nestes materiais:
PLAABSPETNylonTPU

PL

O PLA é o polímero mais fácil de imprimir e oferece boa qualidade visual. É muito rígido e realmente muito forte, mas é muito quebradiço.

Prós	Contras
Biosourced, biodegradável	Baixa resistência à umidade
Inodoro	Não pode ser colado facilmente
Pode ser pós-processado com lixa e pintado com acrílico
Boa resistência UV

ABS

O ABS é geralmente escolhido sobre o PLA quando é necessária maior resistência à temperatura e maior tenacidade.

Prós	Contras
Pode ser pós-processado com vapores de acetona para um acabamento brilhante	Sensível a UV
Pode ser pós-processado com lixa e pintado com acrílico	Odor ao imprimir
A acetona também pode ser usada como cola forte	Emissões de fumaça potencialmente altas
Boa resistência à abrasão

ANIMAL DE ESTIMAÇÃO

O PET é um polímero ligeiramente mais macio que é bem arredondado e possui propriedades adicionais interessantes com poucas desvantagens importantes.

Prós	Contras
Pode entrar em contato com alimentos	Mais pesado que PLA e ABS
Alta resistência à umidade
Alta resistência química
Reciclável
Boa resistência à abrasão
Pode ser pós-processos com lixa e pintado com acrílico

Nilon

O nylon possui grandes propriedades mecânicas e, em particular, a melhor resistência ao impacto para um filamento não flexível. A adesão da camada pode ser um problema, no entanto.

Prós	Contras
Boa resistência química	Absorve a umidade
Alta resistência	Emissões de fumaça potencialmente altas

TPU

O TPU é usado principalmente para aplicações flexíveis, mas sua resistência ao impacto muito alta pode abrir para outras aplicações.

Prós	Contras
Boa resistência à abrasão	Difícil pós-processamento
Boa resistência a óleo e graxa	Não pode ser colado facilmente

PC

O PC é o material mais forte de todos e pode ser uma alternativa interessante ao ABS, pois as propriedades são bastante semelhantes.

Prós	Contras
Pode ser esterilizado	Sensível a UV
Fácil de pós-processar (lixar)

Conclusão

Escolher o polímero certo é fundamental para obter as propriedades certas para uma peça impressa em 3D, especialmente se a peça tiver um uso funcional. Este artigo ajudará os usuários a encontrar o material certo, dependendo das propriedades de que precisam. No entanto, os fornecedores de materiais também costumam fornecer misturas ou adicionar aditivos para modificar as propriedades do polímero puro (por exemplo, adicionar fibra de carbono para tornar o material mais rígido). Não estamos abordando essas formulações mais complexas neste artigo, mas você pode encontrar dados sobre alguns desses produtos em nossa ferramenta de otimização no OptiMatter.

Isenção de responsabilidade

• As notas fornecidas neste artigo são para um polímero médio que representa a química geral, mas o desempenho varia dependendo do produto ou fornecedor real do qual o usuário compra.
  
• Todos os dados subjacentes às nossas notas neste estudo foram medidos pela Matéria 3D, com exceção da Resistência ao Calor, para a qual usamos a temperatura do vidro fornecida por vários fornecedores de filamentos.
  
• Para as seções chamadas "Considerações adicionais", estamos usando uma combinação de avaliações de terceiros e nossas próprias observações.
  
• O tipo de Nylon que discutimos neste artigo é o Nylon 6, não o Nylon 11 ou 12.
  
• A qualidade visual é testada sem nenhum pós-processamento significativo. Existem maneiras de suavizar as impressões e melhorar significativamente a qualidade visual de um determinado polímero (por exemplo, usando vapor de acetona em ABS).
  
• A toxicidade dos polímeros de impressão 3D ainda não é muito bem compreendida e é um fator que pode desempenhar um papel maior no futuro. Estamos baseando nossos comentários sobre toxicidade em um estudo de Azimi et al. [1]
  
  

[1] Azimi et al, Emissões de partículas ultrafinas e compostos orgânicos voláteis de impressoras tridimensionais de mesa comercialmente disponíveis com filamentos múltiplos, Ciência e tecnologia ambiental, 2016

Muito obrigado à 3D Matter por compartilhar esta pesquisa de material com nossa comunidade.