Filamentos PAEK: Materiais de Alto Desempenho para Impressão 3D

No universo da impressão 3D FDM/FFF, a família de materiais PAEK (poliariletercetona) destaca-se claramente há alguns anos como a mais avançada. Os materiais desta classe são plásticos semicristalinos que resistem a temperaturas elevadas (próximas a 200 °C), mantendo altos valores de resistência mecânica.

Filamento PEEK (Polietereetercetona)

O PEEK é o mais cristalino dos três materiais, o que lhe confere os maiores valores de resistência mecânica (sem considerar ligas com fibra de carbono). No entanto, essa alta cristalinidade torna as moléculas mais instáveis durante a fusão, dificultando enormemente a impressão 3D mesmo para usuários experientes com impressoras avançadas.

Filamento PEKK (Polietercetonecetona)

O PEKK possui uma estrutura semicristalina (menos cristalina que o PEEK), apresentando regiões amorfas e cristalinas bem definidas. Essa condição estrutural aumenta a facilidade de impressão (menor taxa de cristalização), mantendo resistências semelhantes ou até superiores às do PEEK.

O PEKK destaca-se pela resistência à compressão, até 80% superior à do PEEK. Além disso, oferece resistência química a uma vasta gama de fluidos: hidrocarbonetos halogenados (benzeno), fluidos automotivos (refrigerante), álcool e soluções aquosas (água do mar).

Aplicações do PEKK

O uso do PEKK é amplamente difundido, da medicina a aplicações militares. Seu potencial é tal que a NASA utiliza este material em impressões 3D realizadas no espaço. Na medicina, centros de desenvolvimento criaram joelhos, quadris e outros implantes funcionais com sucesso retumbante. A combinação de suas vantagens permitiu o desenvolvimento de capacetes militares leves, resistentes e antirreflexo. Grandes empresas aeroespaciais usam PEKK para fabricar peças funcionais para aeronaves.

Filamento PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085)

O PEI é o material mais modificado dentro da família PAEK, sendo frequentemente classificado como resina por especialistas. Sua resistência térmica é uma das mais altas na impressão FDM/FFF, com temperatura de transição vítrea de 215 °C e temperatura máxima de trabalho contínuo sob pressão de 0,45 MPa de 200 °C.

A grande vantagem do PEI é que, nessas temperaturas, as propriedades mecânicas praticamente não se alteram, graças à sua excelente estabilidade dimensional, que mantém a forma estrutural mesmo ao elevar a temperatura — algo impensável na maioria dos materiais para impressão FDM/FFF.

Aplicações do PEI

O ULTEM 1010 é comumente usado para fabricar ferramentas de injeção de ciclo curto, ferramentas de laminação de fibra de carbono e moldes submetidos a altas pressões e temperaturas (autoclave), incluindo moldes para vulcanização de borracha. Graças ao ULTEM 1010, esses moldes podem ser feitos de forma mais rápida, fácil e barata que os moldes de aço tradicionais. Já o ULTEM 9085 é o material revelação da indústria aeronáutica: sua resistência térmica, química, à quebra e alto desempenho permitem atender aos mais rigorosos critérios de teste e rastreabilidade exigidos pelo setor aeroespacial e agências reguladoras.

Inovação contínua na melhoria de materiais

Grandes fabricantes de filamentos, como a francesa Nanovia, revolucionaram o mercado ao melhorar tanto o PEKK quanto o PEI (ULTEM 1010) com fibra de carbono. A fibra de carbono é um material pseudo-amorfo que proporciona a estes materiais um ponto de fusão mais baixo, cristalização mais lenta e mantém a alta temperatura de cristalização (Tg = 160 °C), o que se traduz em maior facilidade de impressão. Além disso, essa união melhora a estabilidade estrutural, aprimorando as propriedades mecânicas. Por tudo isso, o PEKK CF e o PEI CF conquistaram lugar na categoria dos materiais mais potentes e fáceis de usar na impressão FDM/FFF, competindo em pé de igualdade com os termoplásticos mais usados na engenharia (polissulfonas, sulfetos de polifenileno e policetonas).

Imagem 2: PEI CF. Fonte: Nanovia

Requisitos para o uso de materiais PAEK

O uso desses materiais avançados destina-se a usuários experientes com impressoras 3D de tecnologia avançada. Os requisitos mínimos para uma impressora FDM/FFF são: temperatura do extrusor de 370–400 °C, temperatura da base superior a 150 °C e temperatura da câmara superior a 80 °C. Esses valores são necessários devido à sensibilidade à deformação estrutural em contato com zonas de ar a diferentes temperaturas.

Em conclusão, todos os materiais da família PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) estão no topo do uso industrial graças à sua alta temperatura de inflamabilidade, resistência química, resistência mecânica e excelente relação resistência/peso.