Revolucionando a Impressão 3D com Tecnologias Avançadas de Resina

Uma das principais barreiras que a impressão 3D de resina sempre teve ao ser implementada a nível industrial foi a limitada variedade de materiais disponíveis. Originalmente, os únicos materiais disponíveis eram resinas baseadas em oligómeros de acrilato, geralmente de baixo peso molecular, que se destacavam pela sua alta fragilidade e pobres propriedades mecânicas e térmicas. Por isso, a impressão 3D de resina sempre foi relegada a segundo plano na produção de componentes funcionais e protótipos, em favor de tecnologias de impressão 3D baseadas em termoplásticos como FDM ou SLS.

No entanto, nos últimos anos isto mudou drasticamente. O surgimento de novas resinas técnicas com propriedades avançadas e desenvolvidas especificamente para certas aplicações profissionais trouxe esta tecnologia para a atenção de muitos setores. Aliado ao surgimento de novas tecnologias de impressão 3D baseadas em resina como LED-LCD, que conseguiram reduzir custos e aumentar significativamente a velocidade de impressão, isto é uma alternativa viável, que pode até superar FDM e SLS em algumas áreas de aplicação.

Estas resinas técnicas podem ser classificadas em três grupos, dependendo do setor a que se destinam:

• Resinas para joalharia
• Resinas dentárias
• Resinas de engenharia

RESINAS PARA JOALHARIA

A indústria joalheira foi historicamente a primeira a implementar a impressão 3D de resina. Isto deve-se à alta resolução oferecida por esta tecnologia, capaz de produzir modelos em escala 1:1 com acabamentos de alta qualidade.

Imagem 1: Modelo de joalharia impresso em resina. Fonte: uniz.com

Embora as resinas padrão sejam amplamente usadas para a produção de modelos, o que marcou um antes e um depois foi o surgimento de resinas fundíveis de alta qualidade. Estas resinas destacam-se por deixar praticamente nenhum resíduo durante a calcinação, o que as tornou um substituto perfeito para os modelos de cera originalmente usados na fundição.

Graças a isto é possível imprimir diretamente a árvore de fundição, sem necessidade de fazer moldes para produzir os mestres de cera ou montar manualmente as árvores, o que reduz as etapas manuais e automatiza o processo.

Vídeo 1: Preparação tradicional de uma árvore de cera. Fonte: greekerajewelry.com

Em geral, este tipo de resina pode incluir uma percentagem de cera líquida na sua composição destinada a eliminar quaisquer resíduos de cinzas, produzindo um molde limpo, adequado para fundição de qualidade. Uma percentagem mais alta de cera produzirá uma calcinação mais limpa, e com menos resíduos, no entanto, pode afetar a precisão de impressão. Além disso, este tipo de resina costuma caracterizar-se por um coeficiente de expansão muito baixo.

Atualmente existem muitas opções no mercado de resinas fundíveis de alta qualidade, compatíveis tanto com SLAs como DLPs ou LED-LCDs. Destacam-se as resinas "Castable Wax" da Formlabs com 20% de cera ou ZWax Purple com 10% de cera e compatível com impressoras DLP e LED-LCD pela sua combinação de baixo resíduo, baixa expansão térmica e alta precisão.

Imagem 2: Anel impresso com zWax Purple. Fonte: Uniz.com

RESINAS DENTÁRIAS

Juntamente com a joalharia, o setor dentário foi um dos primeiros a adotar a impressão 3D de resina, sendo agora o setor de crescimento mais rápido e com a gama mais ampla de materiais.

As resinas dentárias podem geralmente ser agrupadas em quatro categorias segundo a sua aplicação:

• Resinas para modelos dentários.
• Resinas para contenções e talas.
• Resinas para coroas e pontes temporárias
• Resinas fundíveis

Resinas para modelos dentários

São resinas que não são desenhadas para estar em contacto com o paciente. Geralmente são usadas para a produção de modelos de pacientes sobre os quais o profissional dentário ou médico pode trabalhar para planear intervenções ou testar elementos como coroas ou pontes. São semelhantes na composição às resinas padrão e destinam-se principalmente a ter alta precisão e resolução, bem como baixo custo de produção.

Imagem 3: Modelo 3D impresso com resina. Fonte: Uniz.com

Também é importante nestas resinas que tenham certas qualidades estéticas, distinguindo dois grupos:

• Resinas com acabamento mate, que facilitam a visualização e fotografia dos modelos, evitando o aparecimento de reflexos tanto quanto possível. Entre este tipo de resina destaca-se a Dental Model da Formlabs, com acabamento semelhante a gesso.
• Resinas que proporcionam aparência realista, como a Dental Pink da Harzlabs.

Resinas para contenções e talas

Estas resinas são destinadas à fabricação de contenções e talas, portanto, além de terem biocompatibilidade de pelo menos classe IIa, devem ter excelente resistência ao desgaste e fratura.

Outra característica comum é que tendem a ser altamente transparentes, principalmente por razões estéticas.

Vídeo 2: Fabricação de talas usando impressão 3D de resina. Fonte: Formlabs.com

Além da produção de contenções e talas, são amplamente utilizadas na fabricação de guias cirúrgicos devido à sua boa compatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Alguns fabricantes como a Formlabs incluem uma resina específica para esta aplicação como a resina Dental Surgical Guide, que proporciona maior flexibilidade.

Imagem 4: Guias cirúrgicos impressos usando SLA. Fonte: Formlabs.com

É possível encontrar resinas desenvolvidas para a produção de talas e contenções compatíveis tanto com SLA como a Formlabs Dental LT, e DLP e LED-LCD como a Dental Clear da Harzlabs.

Resinas para coroas e pontes temporárias

São resinas usadas para produzir pontes, coroas, restaurações e facetas temporárias. Devem ser biocompatíveis e proporcionar um acabamento semelhante ao dos dentes originais.

Para proporcionar este acabamento, em geral utilizam-se componentes cerâmicos e corantes que fornecem tons dentro da escala VITA.

Imagem 5: Tabela de cores VITA. Fonte: vita-zahnfabrik

Uma vez impressas, estas resinas podem ser polidas e sombreadas com facetas fotocuráveis para obter o acabamento ideal para cada paciente.

A resina Temporary CB da Formlabs está disponível em quatro tons VITA (A2, A3, B1 e C2) e a resina Dental Sand da Harzlabs está disponível nos tons A1 e A2.

Resinas Fundíveis

Resinas semelhantes às usadas em joalharia. Neste caso, a necessidade de produzir o mínimo de resíduos possível é ainda mais crítica.

São principalmente usadas na produção de modelos para a fabricação de implantes dentários por fundição. Destaca-se a resina Harzlabs Dental Cast, com resíduo inferior a 0,1 %.

RESINAS DE ENGENHARIA

O setor industrial e de engenharia sempre foi o mais relutante em implementar a impressão 3D de resina. Isto deve-se principalmente a que, a nível mecânico e térmico, as resinas não podiam competir com os materiais de engenharia disponíveis para FDM ou as poliamidas usadas em SLS.

Embora isto continue a ser verdade hoje, nos últimos anos os avanços em materiais e o surgimento de novas resinas de engenharia estão a fechar a lacuna entre as diferentes tecnologias de impressão 3D. Existem três grupos de resinas de engenharia:

• Resinas com propriedades mecânicas melhoradas
• Resinas com propriedades térmicas melhoradas
• Resinas flexíveis e elásticas

Resinas com propriedades mecânicas melhoradas

São resinas desenvolvidas com o objetivo de proporcionar menor fragilidade e maior módulo que as resinas padrão. Enquanto resinas padrão como a Harzlabs Basic Resin oferecem resistência à tração de 20 MPa, novas resinas de engenharia como a Ultracur3D RG50 da BASF fornecem resistência à tração de até 68 MPa, três vezes superior. Esta resistência à tração é ainda superior à fornecida por filamentos ABS e próxima a materiais como nylon reforçado com carga.

Também apareceram resinas de engenharia com outras propriedades específicas, como alta resistência ao desgaste ou resinas resistentes a impacto.

Imagem 6: Comparação de resistência ao impacto de várias resinas Formlabs. Fonte: Formlabs.com

Entre as resinas com alta resistência ao impacto, destaca-se a linha Ultracur3D High Impact da BASF. Estas resinas fornecem resistência à tração de 50 MPa com deformação à rutura de 56%, módulo de flexão de 1700 MPa e resistência ao impacto de 1,39 J/m2. Isto torna-as ideais para a produção de componentes mecânicos e protótipos funcionais.

Imagem 7: Resina BASF Ultracur3D RG35. Fonte: forward-am.com

Resinas com propriedades térmicas melhoradas

A resistência térmica sempre foi um dos pontos fracos das resinas de impressão 3D. Em geral, todas as resinas têm temperaturas de amolecimento entre 50°C e 80°C.

Imagem 8: Comparação da temperatura de deflexão térmica de várias resinas Formlabs. Fonte: Formlabs.com

Atualmente, existem muito poucas resinas disponíveis para aplicações de alta temperatura, sendo a resina High Temp da Formlabs a mais importante. É uma resina capaz de suportar temperaturas de até 142 ºC uma vez curada (sob carga de 0,45 MPa). A principal vantagem desta resina é que é possível aumentar a sua resistência térmica até 238 ºC aplicando um tratamento térmico às peças consistindo em aquecê-las a 60 ºC durante uma hora e depois a 160 ºC durante hora e meia.

Resinas flexíveis e elásticas

Um dos principais handicaps das resinas de impressão 3D sempre foi a sua alta fragilidade, uma propriedade não desejada em engenharia. É por isso que o aparecimento nos últimos anos de resinas flexíveis e elásticas foi uma revolução.

Imagem 9: Comparação da resina Flexible 80A e Elastic 50A. Fonte: FormLabs.

Hoje existem múltiplas opções tanto para SLA como para LED-LCD. Em SLA, destacam-se as resinas flexible 80A e elastic 50A. A Flexible 80A é uma resina altamente flexível com 120% de deformação à rutura e dureza 80 Shore A, enquanto a Elastic 50A é uma resina com boa elasticidade, 160% de deformação à rutura e 50 Shore A de dureza.

No entanto, um dos saltos mais importantes neste tipo de material é a nova linha de resinas flexíveis e elásticas da BASF. São resinas baseadas em oligómeros de uretano acrilato, e oferecem a maior flexibilidade e elasticidade entre as resinas disponíveis hoje. A BASF Ultracur3D FL300, por exemplo, com dureza de apenas 37 Shore A, proporciona deformação à rutura de até 306%.

Imagem 10: Resina BASF Ultracur3D FL60. Fonte: forward-am.com

Nos últimos anos, a gama de materiais para impressão 3D de resina cresceu exponencialmente, incluindo novos materiais com propriedades que igualam e em alguns casos até excedem as fornecidas por termoplásticos para FDM. Isto, aliado ao facto de a impressão 3D de resina proporcionar isotropia superior à obtida por FDM, torna-a uma opção viável em muitas aplicações industriais e de engenharia.