Resistência ao Calor do PLA Explicada: Comparando ABS, ASA, PETG e Outros Materiais de Impressão 3D

Ao imprimir em 3D, devemos sempre considerar o uso final e localização da peça. Isso economiza horas de impressão, material desperdiçado e surpresas desagradáveis.

Uma das coisas mais importantes é a temperatura à qual a peça será exposta. Dado que o PLA é o termoplástico mais popular na impressão 3D, não surpreende que tenhamos interesse em saber se o PLA é resistente ao calor.

Não é recomendado usar PLA para imprimir modelos expostos a temperaturas acima de 60°C (149°F) por períodos prolongados, pois esta é sua temperatura de transição vítrea e começará a deformar ao atingi-la, tornando-o inadequado para esse ambiente. ABS, Policarbonato ou PETG devem ser usados.

Dito isso, se PLA for a única opção, é possível aumentar sua resistência recozendo (annealing) o objeto.

O PLA derrete no sol?

A temperatura de fusão do PLA é ~160°C a 180°C, ou seja, nunca derreterá no sol, onde quer que more. Ainda assim, o PLA é menos resistente ao calor que ABS, PET ou PETG, e geralmente não recomendado para usos com exposição prolongada ao exterior e sol.

Em resumo, como regra geral: nunca use PLA para peças funcionais ou objetos para uso externo. Se não gosta de ABS, use PET ou PETG para esses casos.

Como mencionei, dependendo de matérias-primas, aditivos, cores e processo de fabricação da marca, o ponto de fusão do PLA varia entre 160-180°C. Mesmo num dia de verão escaldante, nunca chega perto de 160°C. Resposta: NÃO, o PLA não derrete no sol. Embora não derreta, torna-se quebradiço e perde resistência à tração e impacto.

Além disso, como a Tg do PLA é apenas 60°C–65°C, suas impressões em PLA tenderão a deformar, curvar, torcer, empenar e afundar em poucas horas se deixadas ao sol num dia quente.

Se mora em região sem temperaturas extremas, pode achar que isso não se aplica a você. Embora possa estar certo, lembre-se: bastam alguns dias por ano para deformar, curvar e arruinar a integridade estrutural da sua impressão.

Outro fator: a cor do objeto exposto ao sol. Objetos escuros absorvem luz UV e energia mais eficientemente, tendendo a aquecer mais (e mais rápido) que objetos claros. Embora a recomendação geral seja evitar PLA para esse fim, escolha cores claras se não houver outra opção.

O PLA derrete dentro do carro?

Mesmo com temperatura ambiente de 35-40°C, ainda é suficiente para deformar, empenar ou afundar objetos de PLA. Se tem termômetro digital, verificará que carro estacionado ao sol direto tem temperatura interna ~10°C–20°C acima da externa. Isso deve-se ao efeito estufa na cabine e cor da carroceria/interior.

Objetos no painel são os mais propensos a deformação e warping em dia quente, mas colocar no banco traseiro ou porta-malas não garante que a peça mantenha forma e propriedades. Embora o porta-malas tecnicamente proteja do efeito estufa, ainda haverá deformação se deixado por períodos prolongados.

Se o objeto só precisa ser transportado num dia quente, recomendo colocá-lo dentro de uma caixa térmica. Pode soar extremo, mas nesses casos prevenir é melhor que remediar. Especialmente se a impressão levou horas.

Melhores filamentos para resistência ao calor

Policarbonato (resiste 150°C)

PC costuma vir em dois sabores: PC/PBT (Polibutileno tereftalato) e PC (policarbonato puro). Suas Tg são 110°C e 150°C respectivamente.

Policarbonato custa mais que outros filamentos, mas é um dos melhores termoplásticos para resistência ao calor. Isso leva muitas indústrias a preferir PC como termoplástico padrão. Além disso, é muito resistente e à abrasão, com boa resistência à tração e impacto.

Lembre-se: a menos que tenha impressora industrial, não conseguirá imprimir policarbonato puro; terá que usar blend, como PC Blend da Prusa ou filamento Policarbonato da Polymaker.

ABS (resiste 105°C)

Com Tg de 105°C, ABS também é das melhores escolhas para peças resistentes ao calor. É barato, amplamente disponível e resistente. O lado ruim: difícil, sujo de imprimir, e cria fumos tóxicos exigindo ventilação adequada.

PETG (resiste 80°C)

PETG tem Tg de 80°C. Funciona bem melhor que PLA e aguenta bem dia de verão quente mesmo acima de 45°C.

Na minha experiência anecdótica e nada científica, até PETG preto é bom para objetos funcionais externos. Podem durar anos antes de falhar.

Dito isso, ainda não recomendo para peças de carro. Em regiões quentes, a cabine de carro ao sol com resfriamento desligado pode chegar a 70°C, o que empenaria, deformaria ou afundaria impressões em PETG.

Se pensa em imprimir com PETG, recomendo ler meu artigo sobre configurações específicas e comprar este filamento PETG, pois há opções muito baratas que imprimem mal!

O PLA é resistente a UV?

PLA não é de forma alguma um termoplástico resistente a UV. Pode ser permanentemente danificado se exposto à luz solar por período prolongado.

PLA é feito de compostos orgânicos de plantas, é biodegradável e raios UV desencadeiam efeitos fotoquímicos na estrutura de suas moléculas poliméricas. Isso acelera a degradação e o PLA torna-se rapidamente quebradiço e propenso a quebrar. Resumo: como dito, não é nada recomendado imprimir peças funcionais em PLA se houver risco de exposição UV.

A luz solar afeta a aparência de objeto impresso em PLA?

PLA é perfeito para modelos estéticos. Exposição UV em temperaturas normais não deforma, empenha ou afunda, mas ficarão quebradiços e fracos. O efeito fotoquímico dos raios UV também degrada os pigmentos de cor. Isso significa que a cor dos modelos PLA desbotará rapidamente com exposição UV.

Melhores filamentos resistentes a UV para impressão 3D

Embora tenhamos passado pelos filamentos mais resistentes ao calor, esta seção não é redundante; é importante distinguir entre exposição UV e resistência ao calor. Embora tendam a andar juntos no uso externo, nem sempre é o caso.

PETG

PETG puro (sem cores e aditivos) comporta-se decentemente ao ar livre e é razoavelmente resistente à exposição solar direta, mesmo prolongada. Como nota lateral, também resiste a químicos corrosivos e água, tornando-o compatível com a maioria dos casos de uso externo.

Por que PETG funciona melhor que ABS e PLA na luz solar

Devido à sua superfície lisa, o PETG reflete a maior parte da radiação que incide sobre ele. Assim, a radiação UV não desencadeia reações fotoquímicas que o tornariam quebradiço e desbotariam sua cor.

PETG natural é transparente. Não aprisiona energia térmica na estrutura polimérica. Por isso, é mais resistente a aumento de temperatura ambiente.

Diferente do ABS, que é rígido, a estrutura polimérica do PETG é flexível, expandindo e contraindo. Consequentemente, expande e contrai com mudanças de temperatura, mitigando efeitos negativos da variabilidade climática.

ASA (Acrilonitrila Estireno Acrilato)

ASA é termoplástico leve desenvolvido como alternativa ao ABS. É a melhor escolha para peças funcionais resistentes a calor e UV, pois também é bastante forte e tem alta resistência a impacto e desgaste.

ASA é o filamento mais recomendado para objetos que enfrentam clima severo e extremo. Devido às suas características, já é usado por fabricantes para fazer caixas externas resistentes à intempérie para iluminação LED e luzes solares. Painéis de veículos também são feitos de ASA.

Embora estruturalmente similar ao ABS, o ASA é 10x mais resistente a intempéries e UV.

O lado negativo: é caro comparado às alternativas. Também é difícil de imprimir em impressora comum, gerando falhas e desperdício.

Como tornar o PLA mais resistente ao calor

Devido à baixa dificuldade do processo e bons resultados, recozinhar (annealing) um objeto de PLA é uma das melhores formas de aumentar significativamente resistência e resistência ao calor.

Por recozimento, entendo aquecer lentamente a 60°C (140°F) ou ligeiramente acima, mas definitivamente abaixo de 160°C (320°F). Ou seja, expor o objeto ligeiramente acima da Tg, mas abaixo da temperatura de fusão. Recomendo expor a essa temperatura por ~30 a 45 minutos.

Como o recozimento melhora resistência e resistência ao calor?

O recozimento permite peças mais fortes e duráveis aumentando o número de grandes estruturas cristalinas no plástico, ajudando a redistribuir tensões e energia térmica mais uniformemente.

Plásticos no nível microscópico tipicamente parecem desorganizados e amorfos. Provocam fenômeno chamado "banding" ao imprimir: o plástico resfria rápido em algumas áreas formando pequenos cristais e lento em outras formando grandes cristais. O recozimento relaxa a estrutura da peça e o estresse moldado é reduzido.

O recozimento também facilita pós-processamento e economiza tempo e custo de acabamento, pois também suaviza superfícies, preenche falhas. Tende a deixar a peça com aparência de injeção, vista como mais profissional e industrial.

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