Principais Materiais para Impressão 3D: De Plásticos a Opções Biodegradáveis

Com as constantes invenções tecnológicas, mais materiais são usados para impressão 3D. Não mais o mercado de impressão 3D é limitado a polímeros, pois existem vários materiais para explorar.

Plásticos, metais e cerâmicas podem produzir uma gama diversificada de produtos para atender diferentes aplicações. Você sabia que até óleo de soja, chocolate e papel molhado também podem fazer impressões 3D? Continue lendo para descobrir como escolher estes materiais e quais você não pode usar.

Quais Materiais São Usados na Impressão 3D?

Vejamos as características cruciais e desvantagens dos diferentes materiais usados na impressão 3D.

Nylon

Nylon é uma poliamida termoplástica sintética e é a substância plástica mais popular usada para impressão 3D. O que o torna uma escolha ideal para impressões 3D é sua flexibilidade, baixo atrito e durabilidade. Este material também é uma escolha comum para têxteis e fabricação de acessórios.

Filamento de Nylon (veja na Amazon) é uma opção ideal para geometrias complicadas ou delicadas. É majoritariamente usado como material de filamento em impressoras 3D de Fabricação de Filamento Fundido ou Modelagem por Deposição Fundida. É barato e um dos materiais plásticos mais robustos.

Prós

• É um material durável.
• Tem boa relação resistência-flexibilidade.
• Tem warping mínimo.
• É fácil de tingir ou colorir.

Contras

• É higroscópico, portanto precisa ser mantido seco.
• Tem vida útil de um ano.
• Pode encolher durante resfriamento, tornando impressões menos precisas.
• Não é compatível com todas as impressoras.

Plástico ABS

Este material de filamento termoplástico é uma escolha top para uso como filamento de impressora 3D. ABS também é um dos materiais mais comumente usados para impressão 3D doméstica e pessoal.

ABS é uma boa opção para engenheiros e fabricantes que precisam de produtos de protótipo de alta qualidade.

Prós

• ABS é de fácil acesso.
• Tem preço acessível (veja na Amazon).
• Vem em numerosas cores.
• É mais durável que nylon.

Contras

• Precisa de mesa aquecida durante impressão.
• Provavelmente empenará se resfriado durante impressão devido ao seu alto ponto de fusão.
• Não é biodegradável.
• Emite fumos tóxicos e com cheiro ruim em altas temperaturas.

Poliestireno de Alto Impacto (HIPS)

Este material é usado em impressoras FDM como estrutura de suporte. Sua facilidade de uso pode ser comparada ao ABS. No entanto, os dois diferem em sua capacidade de dissolver. Por exemplo, HIPS é completamente solúvel em limoneno.

Prós

• É fácil de cortar.
• Pode fazer modelos complicados e como material de suporte.
• É leve e liso.
• É resistente a impacto e água.
• É acessível (veja preço na Amazon).

Contras

• Pode entupir o tubo de entrega e bicos da sua impressora sem fluxo de calor adequado.
• Produz fumos com cheiro desagradável.

Resina

Aqui está outra escolha comum para impressão 3D. Materiais de resina são tipicamente usados em tecnologias DLP, SLA, CLIP e Multijet. Vários tipos são compatíveis com impressão 3D, incluindo resina resistente, resina fundível, resina flexível e mais.

Prós

• Resina é utilizável em numerosas aplicações.
• Resina tem baixa contração.
• É altamente resistente a produtos químicos.

Contras

• Resina é bastante cara (veja preço na Amazon).
• Resina expira.
• Alta foto-reatividade, portanto precisa de armazenamento adequado.
• Pode polimerizar prematuramente se exposta ao calor.

Ácido Polilático (PLA)

PLA vem de recursos renováveis como amido de milho e cana-de-açúcar. É uma escolha típica em instituições de ensino devido à sua facilidade de impressão e segurança. Além disso, PLA é aplicável em impressão FDM desktop.

Prós

• Baixo warping, portanto fácil de imprimir.
• PLA é imprimível em superfície fria.
• PLA é adequado para imprimir características e cantos mais nítidos que ABS.
• PLA está disponível em múltiplas cores (veja na Amazon).

Contras

• PLA não é muito robusto.
• Pode deformar com exposição a calor extremo.

Ouro e Prata

Estes filamentos metálicos são processados em forma de pó e são alguns dos mais robustos para uso em impressão 3D. São principalmente usados para fazer joias. Processos de impressão usados com estes filamentos metálicos incluem Sinterização a Laser Direta de Metal e Fusão Seletiva a Laser.

Prós

• Alta condutividade elétrica.
• À prova de calor e durável.

Contras

• Muito caro.
• Demorado e tedioso para aperfeiçoar.
• Alta refletividade e condutividade térmica, tornando-os difíceis de trabalhar.
• Requerem temperatura extremamente alta, portanto não adequados para impressão em impressoras 3D FDM típicas.

Aço Inoxidável

Fusão e sinterização a laser (veja impressora 3D) são os métodos usados ao imprimir com aço inoxidável. Este material funciona com dois tipos de tecnologias: DMLS e SLM. Dado que aço inoxidável é bom para construir materiais robustos e trabalho detalhado, é ideal para coisas como chaveiros, parafusos e miniaturas, entre outros.

Prós

• É tratável termicamente para aumentar dureza e resistência.
• É ideal para aplicações de alta resistência.
• É altamente resistente à corrosão.
• Tem alta ductilidade.

Contras

• É demorado para imprimir.
• Não é amigável ao orçamento.
• Tamanho de impressão limitado.

Titânio

Este é o material de impressão 3D mais leve e mais forte e tem rugosidade de superfície moderada. Titânio é impresso via Sinterização a Laser Direta de Metal. A principal aplicação de filamentos de titânio está em campos de alta tecnologia como medicina, exploração espacial e indústria aeroespacial.

Prós

• Oferece mais resolução e complexidade no design.
• É adequado para aplicações de alta precisão.
• É resistente à corrosão e biocompatível.

Contra

• É bastante caro.

Cerâmicas

Cerâmicas podem suportar pressão e temperatura extremas sem empenar ou quebrar. É menos provável de corroer e não desgasta facilmente. Portanto, é mais duradouro que metais e plásticos.

Cerâmicas são tipicamente usadas com tecnologia Binder Jetting, Estereolitografia e DLP (Processamento Digital de Luz).

Prós

• São adequados para trabalhos de alta precisão.
• Fornecem acabamentos lisos e brilhantes.
• São altamente resistentes a calor, ácido e base.
• Vêm em muitas cores.

Contras

• Requerem temperaturas muito altas para derreter.
• Não são ideais para processos de vitrificação e queima.
• São frágeis, portanto não adequados para componentes intertravados e fechados.
• Não excelentes para procedimentos de montagem de peças.

Tereftalato de Polietileno (PET/PETG)

PET é outro material plástico frequentemente usado para impressões 3D empregadas em processos de termoformação. Também pode criar resinas de engenharia quando combinado com outras substâncias como fibra de vidro.

Na impressão 3D, PETG é mais comum que PET, pois o primeiro contém glicol modificado. Como resultado, é mais claro, menos quebradiço e menos trabalhoso de usar que PET. O filamento (veja na Amazon) funciona com tecnologias FFF e FDM.

Prós

• O material é durável.
• É reciclável e resistente a impacto.
• É esterilizável.
• Tem excelentes propriedades de aderência.
• Altamente resistente à temperatura e robusto.
• É fácil de imprimir.

Contras

• Degrada sob luz UV.
• A superfície tende a riscar.
• Requer testes adicionais com parâmetros de impressão 3D.

Qual é o Material de Impressão 3D Mais Comum?

De todos os materiais de impressão 3D em uso, plástico é o mais popular. É amado para muitas aplicações diferentes, incluindo fabricação de utensílios domésticos, brinquedos impressos em 3D, utensílios de mesa, action figures e vasos.

Plástico está disponível em tons transparentes e vibrantes, com verde limão e vermelho sendo os mais comuns. Estes filamentos são embalados em carretéis e podem vir em acabamentos fosco ou brilhante.

Dada sua firmeza, lisura, flexibilidade e cores brilhantes, sua popularidade é fácil de compreender. Sem mencionar, é uma opção relativamente acessível comparada a outros materiais de impressão 3D.

Produtos de consumo de plástico feitos em impressoras 3D tipicamente usam impressoras FDM. O processo envolve derretimento e moldagem de filamentos termoplásticos em diferentes formas sequencialmente. Os tipos mais comuns de plásticos para impressão 3D incluem:

• PLA, que é um dos materiais mais ambientalmente amigáveis usados em impressoras 3D. Está disponível em formas dura e macia. Plásticos feitos de ácido polilático provavelmente serão os mais preferidos em impressão 3D nos próximos anos.
• Filamento ABS está disponível em várias cores e é popular em adesivos e fabricação de brinquedos. Também é usado para vasos e joias.
• Plástico Álcool Polivinílico: é uma escolha típica para impressoras domésticas acessíveis. Embora não ideal para produtos que requerem alta resistência, é uma boa escolha para produtos de uso temporário.
• Policarbonato: é o plástico menos usado em impressão 3D. Só funciona em impressoras 3D operando em altas temperaturas e com bicos. É usado na fabricação de bandejas de molde e fixadores plásticos acessíveis, entre outros.

Itens de plástico feitos em impressoras 3D vêm em várias formas e consistências, de planas e redondas a ranhuradas e em malha.

Quais Materiais Não Podem Ser Impressos em 3D?

Você não pode imprimir materiais incapazes de derreter em um estado semi-líquido capaz de ser extrudado. Pegue a operação de impressoras 3D FDM, por exemplo. Estas impressoras derretem substâncias termoplásticas de um carretel, tendo tolerância apertada de ± 0,05 ou menor.

Materiais que queimam em altas temperaturas em vez de derreter são difíceis de extrudar através do bico.

Podemos usar Sinterização a Laser Seletiva para ligar metais em pó em modelos sólidos.

Desde que você possa atender as tolerâncias e estado semi-líquido, deve ser possível imprimir aquela substância. Aqui estão alguns materiais que você não pode usar para impressão 3D:

• Madeira simples ou produtos de madeira (No entanto, você pode combinar grãos de madeira com PLA e usá-los para impressão 3D).
• Tecidos/ Roupas.
• Papel seco.
• Rochas e solo - embora você possa derreter rochas vulcânicas em estado fundido.
• Couro e produtos animais.

Escolhendo o Material Certo para Impressão 3D

Ao imprimir modelos 3D, você primeiro tem que considerar seu tipo de material. Já vimos as vantagens, deméritos e aplicações de diferentes materiais de impressão 3D acima.

Vamos fazer um exame mais atento para ver o que procurar neles.

• Resistência à Tração

Isso se refere à resistência do seu material a romper sob tensão. Não apenas indica a ductilidade de um material, mas também pode denotar sua resistência. Algumas substâncias quebram nitidamente enquanto as mais dúcteis, como metal e plástico, experimentam deformação antes de romper.

Componentes mecânicos, estruturais e estáticos precisam de materiais de alta tração, pois quebras são inaceitáveis. Exemplos de setores que requerem materiais de alta tração são construção, aviação e automotivo. Hoje em dia, impressão 3D entrega modelos de tração similares ou até maiores que plásticos de injeção anteriores como ABS e polipropileno.

• Módulo de Young

Isso denota a resistência de um material a mudanças de comprimento sob tensão. Materiais rígidos têm alto módulo de Young e são mais resistentes à mudança. Ao selecionar materiais para componentes estruturais e mecânicos, um alto módulo de Young é crucial.

• Alongamento

Alongamento é a extensão do estiramento de um material exatamente no ponto de ruptura. Materiais rígidos, como plásticos duros e quebradiços, geralmente têm baixo alongamento, enquanto materiais macios e elásticos esticam múltiplas vezes antes de quebrar.

Alongamento é necessário para arquitetura e construção, onde estruturas precisam se deformar visivelmente em vez de romper subitamente.

• Resistência à Flexão

Resistência à flexão também é a resistência à quebra de um material sob carga, como resistência à tração. No entanto, as cargas diferem com resistência à flexão abrangendo a flexão. Portanto, reflete na resistência à tração e compressão de um material.

A maioria dos plásticos tem resistências à tração e flexão alinhadas. Alguns materiais com estrutura homogênea têm as mesmas resistências à tração e flexão. SLA é homogêneo, o que é uma vantagem sobre outras tecnologias de impressão 3D. Isso porque componentes têm força análoga independentemente da orientação.

• Módulo de Flexão

Isso se refere à resistência de um material à flexão. Materiais rígidos têm alto módulo, enquanto elásticos têm baixo módulo. Módulo de flexão e módulo de Young também têm relação próxima.

Módulo de flexão é vital ao construir molas de aço, especialmente molas de lâmina, e em peças estruturais ou vigas de suporte.

• Resistência ao Impacto

Materiais têm respostas diferentes a carga estática e impacto súbito. Resistência ao impacto influencia grandemente a tenacidade de um material. Materiais quebradiços têm tenacidade mínima devido à deformação limitada que podem suportar. Temperatura também impacta a tenacidade, com níveis baixos de calor reduzindo a tenacidade de um material.

Este fator é crucial em várias aplicações, como fabricação de óculos de segurança e escudos.

• Absorção de Água

Materiais plásticos absorvem alguma água em condições úmidas ou se submersos. Apesar de alguns plásticos terem higroscopicidade maior que outros, a diferença mínima pode ser irrelevante em produtos plásticos finalizados. No entanto, é uma consideração crucial para resistência ao calor em peças plásticas e processamento de matéria-prima.

Quando materiais plásticos são aquecidos acima de aproximadamente 150°C, a presença de umidade resulta em hidrólise. Isso então causa o rompimento de cadeias longas em cadeias curtas, enfraquecendo o material. Se isso ocorre antes da impressão 3D, enfraquece o material, resultando em produtos de baixa qualidade. Portanto, você deve armazenar matérias-primas com alta capacidade de absorção de água em condições secas.

Novos Materiais Inovadores de Impressão 3D

Impressoras 3D não estão mais se concentrando em plásticos. Algumas das últimas impressoras 3D são compatíveis com materiais reciclados.

Por exemplo, um designer desenvolveu uma impressora 3D capaz de usar fibras de papel molhado. É robusta, duradoura e oferece uma boa solução para materiais plásticos. Além disso, fornece um sistema cíclico eficiente, pois pode reciclar produtos finalizados uma vez que envelhecem.

A indústria alimentícia tem algumas das últimas inovações em impressão 3D. Empresa Universal Favourite desenvolveu um molde impresso em 3D para a criação de uma linha única de chocolate.

Novos polímeros para impressão 3D de implantes médicos estão em ascensão. Por exemplo, Evonik, uma marca de especialidades químicas, lançou um filamento PEEK grau implante. Segundo eles, este novo material é o pioneiro filamento baseado em PEEK utilizável em cirurgia maxilofacial e ortopedia.

Conclusão

O guia de materiais de impressão 3D acima tornará fácil para você escolher o material certo para sua tarefa. Com a diversificação da indústria de impressão 3D e do mundo, filamentos adicionais estarão disponíveis para uso.

Escolher os materiais certos é imperativo para impressão 3D eficiente. Com boa compreensão dos diferentes materiais disponíveis para impressão 3D, operações podem se tornar rápidas e produzir produtos de alta qualidade.