Umidade: A Ameaça Silenciosa aos Filamentos de Impressão 3D

Umidade é a água que permeia um corpo ou vapor presente na atmosfera. Para todos os seres vivos, a água é o mais necessário para sobreviver, até mais que alimentos, mas para elementos não vivos, a umidade costuma ser fonte de problemas, pois causa oxidação e degradação de muitos materiais. No caso da impressão 3D, mais especificamente nos filamentos, a concentração excessiva de umidade pode causar uma longa lista de problemas, todos com o mesmo fim: uma impressão 3D falha.

Os efeitos de atração de água podem levar a: aumento da fragilidade, aumento do diâmetro (possíveis problemas em impressoras com sistema de extrusão Bowden), degradação do filamento, quebra do filamento, etc. Também deve-se considerar que filamentos que absorveram água terão temperatura de extrusão mais alta. Lembre-se de evitar deixar os filamentos na impressora se não for imprimir. Eles podem travar no extrusor porque, ao absorver água, incham e aumentam de diâmetro.

O mapa a seguir mostra a umidade relativa média anual (razão percentual entre a quantidade real de vapor de água contida no ar e a necessária para saturar à mesma temperatura), valor obtido da média de umidade registrada nos doze meses do ano. A umidade relativa varia muito conforme a geografia europeia, sendo mais pronunciada na parte norte do continente.

Imagem 1: Mapa de umidade relativa na Europa. Fonte: NeoGAF

As principais consequências da umidade em um filamento são:

• Degradação do filamento: Filamentos higroscópicos tendem a absorver água em grande medida, pois as moléculas de água se ligam às moléculas do polímero, formando fortes ligações intermoleculares. Estas ligações podem causar micro-rupturas internas que enfraquecem a própria estrutura do filamento.
• Entupimento do extrusor/HotEnd: A umidade da água concentrada no filamento, ao ser aquecida no HotEnd, evapora, causando bolhas no interior do filamento, transformando-o em uma pasta que entope o cano (Heat Break) ou o bico. Este problema é muito comum ao usar filamentos de nylon com alta porcentagem de umidade (> 20%).
• Impressões 3D de baixa qualidade (resistência e acabamento): A união dos resultados acima gera impressões com muitos problemas, tanto mecânicos quanto superficiais. Os vazios entre camadas (nem sempre visíveis a olho nu) causados pela evaporação da água são pontos críticos, onde rachaduras se geram facilmente aplicando baixos valores de força. Quando a concentração de umidade é alta, os buracos mencionados causam acabamento superficial áspero e esbranquiçado.

Imagem 2: Problemas gerados pela umidade. Fonte: PrintDry

Como resultado da evolução do mundo da impressão 3D, existem filamentos com alta resistência à umidade, como PETG ou CPE HG100, copoliésteres que podem ser expostos à água por longos períodos sem problemas. Entre os demais filamentos, encontramos alguns com resistência moderada, como PLA ou ABS, e outros, especialmente nylons e PVA, altamente propensos à absorção de umidade, atingindo valores altos em menos de um dia.

Dryer PrintDry Vacuum container Humidity monitor CPE HG100 Filament

Certos usuários de impressoras 3D usam métodos convencionais para remover a umidade do filamento e armazená-lo, como secar o material em forno doméstico e guardar o filamento em caixas com fechamento não totalmente hermético. Estas medidas, além de perigosas no caso do forno doméstico, não são totalmente eficazes, especialmente com materiais técnicos e avançados. Apresentamos a seguir recomendações profissionais para eliminar a umidade e como armazenar os filamentos para evitar absorção:

Secador de filamento

A forma mais eficaz de eliminar a umidade contida em um material é usar um secador de filamento, como o PrintDry, dispositivo capaz de romper as ligações intermoleculares entre a água e o polímero graças à sua temperatura de secagem (35–70 °C) e ao fluxo de ar natural em seu interior, que arrasta a umidade da superfície do filamento para o ar que o envolve. O valor ideal de umidade em um filamento está entre 10–13%.

Armazenamento

Tanto no início do uso de um carretel novo quanto após secar um filamento, o armazenamento adequado é essencial para manter a porcentagem mínima de umidade. Em materiais convencionais (PLA ou ABS) e intervalos curtos de armazenamento (<2 meses), o uso do saco original com fecho tipo zip é suficiente. No caso de tempos de armazenamento mais longos ou com materiais técnicos e avançados, esta medida não basta. A solução ideal é usar os recipientes herméticos para filamento PrintDry com selagem a vácuo. São recipientes de plástico de alta resistência, onde cada usuário pode guardar seu filamento com segurança sem preocupar-se com umidade. O potencial destes recipientes está na tampa, pois nela aloja-se uma válvula de vácuo, através da qual, com a ajuda de uma bomba manual (incluída com os recipientes), é possível extrair o ar do interior do recipiente, proporcionando armazenamento livre de poeira e umidade. Assim, garante-se a condição correta do filamento, embora tenham se passado vários meses desde que o carretel saiu de seu selo original de fábrica. Além disso, deve-se levar em conta que a umidade relativa da área onde o material é armazenado afeta em grande quantidade, devendo ser a menor possível sem prejudicar a saúde do usuário (um bom valor seria acima de 40%).

Vida útil do filamento

A vida de um filamento de qualidade desde sua fabricação é de 2–3 anos, desde que permaneça em seu selo original e a vácuo. Uma vez aberta a embalagem original, o tempo que leva para perder suas propriedades mecânicas e de cor depende do tipo de material e armazenamento. Um PLA ou ABS armazenado da forma mencionada pode reter suas propriedades por mais de 1 ano, mas se não for assim, resistirá a um décimo do tempo. Em materiais mais delicados, como nylons e PVA, a perda total de sua vida pode ser de poucos dias.

Portanto, é evidente que manter os filamentos com baixos valores de umidade (10–13%) é um fator chave a ser considerado em todos os momentos, para evitar problemas antes, durante e depois de uma impressão 3D.

Para ter máxima confiabilidade no momento da impressão, é vital ter o máximo número possível de variáveis controladas, e a umidade é uma delas para garantir máxima robustez no processo de impressão.