Resinas avançadas para impressão 3D

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

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

Essas resinas técnicas podem ser classificadas em três grupos , dependendo do campo em que estão focados:

• Resinas para joalheria
• Resinas Dentárias
• Resinas de engenharia

RESINAS PARA JOIALHARIA

A indústria de joias foi historicamente a primeira a implementar a impressão 3D em resina. Isso se deve à alta resolução oferecida por essa tecnologia , capaz de produzir pequenas maquetes em escala 1:1 com acabamentos de alta qualidade.

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

Embora as resinas padrão sejam amplamente utilizadas para a produção de modelos , o que significou um antes e um depois foi o surgimento de resinas fundíveis de alta qualidade. Essas resinas se destacam por quase não deixarem resíduos durante a calcinação, o que as torna um substituto perfeito para os modelos de cera originalmente usados ​​na fundição.

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

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

Em geral, esse tipo de resina pode incluir em sua composição uma porcentagem de cera líquida que visa eliminar eventuais resíduos de cinzas, produzindo um molde limpo, adequado para fundição de qualidade. Uma porcentagem maior de cera produzirá uma calcinação mais limpa , e com menos resíduo, porém, pode afetar a precisão da impressão. Além disso, este tipo de resina é geralmente caracterizado por um coeficiente de expansão muito baixo.

Atualmente, existem muitas opções no mercado de resinas calcináveis ​​de alta qualidade, compatíveis tanto com SLAs quanto com DLPs ou LED-LCDs. As resinas Formlabs "Castable Wax" com 20% de cera ou ZWax Purple com 10% de cera e compatíveis com impressoras DLP e LED-LCD se destacam por sua combinação de baixo resíduo, baixa expansão térmica e alta precisão.

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

RESINAS DENTÁRIAS

Ao lado da joalheria, o setor odontológico foi um dos primeiros a adotar a impressão 3D em resina, e agora é o setor que mais cresce com a maior variedade de materiais.

As resinas odontológicas geralmente podem ser agrupadas em quatro categorias de acordo com sua aplicação:

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

Resinas para modelos dentários

São resinas que não foram projetadas para entrar em contato com o paciente. Eles são geralmente usados ​​para a produção de modelos de pacientes nos quais o dentista ou o médico podem trabalhar para planejar intervenções ou testar elementos como coroas ou pontes. Eles são semelhantes em composição às resinas padrão e destinam-se principalmente a ter alta precisão e resolução, bem como um baixo custo de produção.

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

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

• Resinas com acabamento fosco, que facilitam a visualização e fotografia dos modelos, evitando ao máximo o aparecimento de reflexos. Dentre esse tipo de resina, destaca-se a resina Dental Model da Formlabs, com acabamento semelhante ao gesso.
• Resinas que proporcionam uma aparência realista, como a resina Dental Pink da Harzlabs.

Resinas para contenções e talas

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

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

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

Além da produção de contenções e talas, são amplamente utilizados na fabricação de guias cirúrgicos devido à sua boa compatibilidade e excelentes propriedades mecânicas . Alguns fabricantes, como Formlabs, incluem uma resina específica para esta aplicação, como Dental Surgical Guide resina, 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 Formlabs Dental LT, quanto DLP e LED-LCD como Dental Clear de 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 dar esse acabamento em geral, são usados ​​componentes cerâmicos e stains que fornecem tonalidades dentro da escala VITA.

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

Depois de impressas, essas resinas podem ser polidas e sombreadas com folheados fotopolimerizáveis para obter o acabamento ideal para cada paciente.

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

Resinas calcináveis

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

São utilizados principalmente na produção de modelos para 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 em resina. Isso ocorre principalmente porque, em nível mecânico e térmico, as resinas não podem competir com os materiais de engenharia disponíveis para FDM ou as poliamidas usadas no SLS.

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

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

Resinas com propriedades mecânicas aprimoradas

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

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

Imagem 6:Comparação da 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 . Essas resinas fornecem uma resistência à tração de 50 MPa com uma deformação de ruptura de 56%, um módulo de flexão de 1700 MPa e uma resistência ao impacto de 1,39 J/m2. Isso os torna ideais para a produção de componentes mecânicos e protótipos funcionais.

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

Resinas com propriedades térmicas aprimoradas

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 de calor de várias resinas Formlabs. Fonte:Formlabs.com

Atualmente, existem muito poucas resinas disponíveis para aplicações de alta temperatura, sendo a resina de alta temperatura da Formlabs a mais importante. Trata-se de uma resina capaz de suportar temperaturas de até 142 ºC depois de 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 nas peças consistindo em aquecê-los a 60 ºC por uma hora e depois a 160 ºC por uma hora e meia.

Resinas flexíveis e elásticas

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

Imagem 9:Comparação entre a resina Flexível 80A e a resina Elastic 50A Fonte:FormLabs.

Hoje existem várias opções para SLA e LED-LCD. Em SLA, destacam-se as resinas flexíveis 80A e elásticas 50A. O Flexible 80A é uma resina altamente flexível com 120% de deformação na ruptura e dureza 80 Shore A, enquanto o Elastic 50A é uma resina com boa elasticidade, 160% de deformação na ruptura e dureza 50 Shore A.

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

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

Nos últimos anos, a gama de materiais para impressão 3D em resina cresceu exponencialmente, incluindo novos materiais com propriedades que igualam e, em alguns casos, até superam as fornecidas pelos termoplásticos para FDM. Isso, juntamente com o fato de que a impressão 3D em resina fornece isotropia superior à obtida pelo FDM, torna-a uma opção viável em muitas aplicações industriais e de engenharia.