O Filamento PLA Conduz Eletricidade? Variantes Condutivas e Desafios de Impressão

Sabia que existem alguns filamentos que podem realmente conduzir eletricidade? Embora possam não ser amplamente conhecidos, ou usados, definitivamente existem filamentos condutivos que pode obter para imprimir projetos insanamente interessantes.

Agora a pergunta é: quão condutivo é o PLA normal e existem variantes de PLA condutivas?

Vou responder a ambas as perguntas neste artigo, bem como cobrir que problemas pode encontrar ao imprimir com filamentos condutivos, que filamentos obter, e mais.

Então, vamos começar!

O filamento PLA é condutivo?

O PLA enquadra-se na categoria de filamentos não condutivos porque tem uma resistividade na ordem de 10¹⁶ Ωm, semelhante à maioria dos outros tipos de plástico, tornando-o um excelente material de isolamento elétrico desde que esteja em estado sólido (frio). Uma vez aquecido, o PLA amolece e torna-se mais condutivo e já não é seguro usar como material de isolamento.

O ácido polilático (PLA) é um termoplástico biodegradável, e como acabei de mencionar, pode ser um excelente isolante elétrico na gama desde temperatura ambiente até cerca de 70°C. Pode usar PLA para necessidades de isolamento elétrico porque a sua resistividade e rigidez dielétrica – até 70°C – é semelhante ao polietileno de baixa densidade (LDPE) e outros polímeros plásticos derivados de petróleo, tornando-o extremamente não condutivo quando no seu estado sólido.

Dito isto, o problema com usar PLA em aplicações elétricas como isolante é que a sua condutividade elétrica é altamente dependente da temperatura; a temperaturas acima da sua temperatura de transição vítrea Tg (70°C), a condutividade elétrica do PLA aumenta significativamente.

A razão para isto é que o PLA transiciona para um estado borrachoso a temperaturas acima do seu Tg, o que leva a um aumento súbito e significativo na sua condutividade elétrica devido ao movimento micro-Browniano das suas cadeias moleculares.

Como o PLA perde as suas propriedades isolantes com o aumento de temperatura, não é aconselhável usá-lo em aplicações elétricas de alta geração de calor, pois pode levar a curto-circuitos. No entanto, o PLA é perfeitamente adequado para uso com aplicações de baixa voltagem e baixo calor.

Existem filamentos condutivos?

Uma gama limitada de filamentos condutivos está disponível agora e está a tornar-se rapidamente mais popular na comunidade DIY. Mas não se entusiasme demasiado, no momento, estes filamentos são apenas adequados para usar em circuitos simples e pequenos projetos eletrónicos, mas ainda pode usá-los para fazer coisas úteis e excitantes, desde modelos 3D decorados com LEDs embutidos a sensores de nivelamento automático de base.

O filamento condutivo mais popular e, até meu conhecimento, útil é o PLA Condutivo da Protopasta. Tem uma resistividade de 15 Ohms por centímetro, o que o torna adequado para ligar componentes eletrónicos simples, como sensores, botões, luzes LED, e outros.

Filamentos PLA condutivos são geralmente formados adicionando grafeno, carbono grafitado e outros aditivos, que aumentam a condutividade do PLA normal. São apenas adequados para circuitos de baixa voltagem onde voltagem e corrente ficam abaixo de 60 volts e 100 mA respectivamente, mas estes limites podem variar entre vários tipos e marcas de filamento.

Existem múltiplas marcas a fabricar estes tipos de filamentos, às quais chegarei num segundo, apenas saiba que estes tipos de filamentos condutivos são muito mais caros e não lhe permitirão criar circuitos complexos ou algo do género.

Quão condutivos são estes filamentos?

Nem todos os tipos e marcas de filamento disponíveis são igualmente condutivos, então certifique-se de prestar atenção à classificação de resistividade elétrica do filamento antes de decidir comprá-lo.

A resistividade de um condutor elétrico é apenas uma medida de quão bem o seu material resiste ao fluxo de corrente. É medida em Ωcm e é inversamente relacionada à condutividade; quanto menor a resistividade, mais condutivo o material será.

Felizmente, toda esta informação está disponível ali mesmo no carretel de filamento ou no site do fabricante.

Impressões 3D condutivas têm um comportamento fascinante e geralmente não são igualmente condutivas em todos os planos, pois são impressas ao longo dos eixos X e Y continuamente, mas ao longo do eixo Z as camadas são extrudidas umas sobre as outras, o que significa que haverá menos superfície de contacto, e portanto, menos condutividade ao longo do eixo Z do que ao longo dos eixos X e Y.

Essencialmente, quando se trata da orientação de uma impressão, vai querer ter a certeza que está impressa na orientação correta para que as partes que precisam de ser mais condutivas tenham mais superfície de contacto total.

Exemplos de Filamentos Condutivos

Filamento PLA Condutivo Proto-Pasta: é um filamento baseado em PLA com resistividade de 15 ohm.cm e disponível em diâmetros de 1.75mm e 2.85mm. Requer temperatura de impressão de 195-225ºC e temperatura de base de 50-60ºC.

Filamento Condutivo Electrifi: é um compósito proprietário metal-polímero que consiste principalmente de um poliéster biodegradável (muito provavelmente PLA) e cobre. Custa 196,00$ por 100 gramas e tem resistividade de 0,006 Ω.cm. Disponível em diâmetros de 1.75mm e 2.85mm. Requer temperatura de impressão de 130-160ºC e temperatura de base de 50-60ºC.

Filamento ABS Condutivo SUNLU: é um filamento baseado em ABS que custa 40,01$ por 1 KG. Disponível apenas em diâmetro de 1.75mm. Requer temperatura de impressão de 220-240ºC e temperatura de base de 20-120ºC.

Filamento PLA Condutivo Preto AMOLEN: é filamento baseado em PLA que custa 22,99$ por 200 gramas. Tem resistividade de 1,42 Ω.cm e está disponível apenas em diâmetro de 1.75mm. Requer temperatura de impressão de 220-250ºC e temperatura de base de 0-50ºC.

Usos de Filamentos Condutivos

Filamentos condutivos permitiram-nos desenvolver circuitos elétricos de baixa voltagem leves, duráveis e flexíveis, considerado um avanço no campo da eletrónica vestível, pois sensores elétricos flexíveis impressos em 3D podem ser integrados perfeitamente em roupas, por exemplo.

Filamentos condutivos também podem ser úteis no campo das telecomunicações para imprimir escudos eletromagnéticos e de radiofrequência altamente personalizados, filtros, antenas e outros componentes. Laboratórios industriais e científicos e instituições de saúde podem beneficiar do uso de escudos EMI e RF impressos em 3D contra sinais concorrentes que podem tornar equipamentos sensíveis defeituosos.

Engenheiros, Makers e entusiastas DIY podem usar filamentos condutivos para fazer diferentes tipos de circuitos, sensores capacitivos de qualquer forma para aplicações industriais e de engenharia, teclados, comandos de jogos, e excitantes projetos Arduino.

Lembre-se apenas que filamentos condutivos não podem ser usados para aplicações de alta voltagem ou alto calor, pois derreterão e farão curto.

Impressões gratuitas para testar Filamentos Condutivos

Pessoas muito criativas encontraram formas de usar filamentos condutivos para criar algumas impressões 3D incríveis, umas mais funcionais que outras claramente, mas a imaginação é o limite aqui.

• Testador de bateria.
• Lanterna.
• Terminator Eletrificado.

Se estiver interessado em encontrar mais impressões 3D engenhosas desenhadas para serem impressas com filamento condutivo, então confira este artigo no Hackday ou use o nosso próprio motor de busca para encontrar ficheiros para imprimir.

Problemas de impressão com Filamento Condutivo

Problemas de curto-circuito: Como mencionei anteriormente, a temperatura de transição vítrea do PLA é cerca de 70°C, o que significa que uma vez que atinja essa temperatura amolecerá e tornar-se-á mais condutivo, o que pode levar a curto-circuitos. Essencialmente, não use PLA condutivo a menos que saiba que nunca chegará perto dessas temperaturas.

Filamentos Condutivos são abrasivos: O PLA condutivo é geralmente infundido com Carbono e isso dá-lhe as suas propriedades condutivas, mas torna-se extremamente abrasivo no bico do extrusor. Se estiver a usar um bico de latão, provavelmente estará a substituí-lo após imprimir apenas 500g de filamento.

Entupimento do Bico: Filamentos condutivos são mais difíceis de imprimir, o que significa que a velocidade de impressão deve ser reduzida enquanto a temperatura do bico deve ser aumentada também para evitar entupimentos.

Conclusão

Filamentos condutivos são uma das adições mais divertidas ao mundo da impressão 3D, embora não possam realmente substituir fiação de cobre real. Mas se quiser fazer um comando de jogos, uma lanterna, ou até aquela cabeça de terminator com luz LED que linkei antes, então filamento condutivo é o caminho.

Lembre-se apenas de o usar sabiamente e evitar curto-circuitos elétricos!

Espero que esta informação tenha sido útil!

Tenha um ótimo dia!

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