Filamentos Metálicos Filamet™: Características e Diretrizes de Fabrico para Impressão 3D FDM Avançada

The Virtual Foundry é uma empresa americana que, após anos de investigação, conseguiu desenvolver a gama de filamentos metálicos Filamet™. Estes filamentos, através de pós-processamento baseado em sinterização, permitem obter peças totalmente metálicas.

Desta forma, The Virtual Foundry tornou-se pioneira e referência máxima na impressão 3D FDM metálica.

O que são filamentos Filamet™?

Os filamentos Filamet™ são compostos por um metal base e um polímero biodegradável e ecológico (PLA). Estes filamentos incluem altas percentagens de partículas metálicas na sua composição. No entanto, ao usar PLA como aglutinante, são extremamente fáceis de imprimir, pois as suas propriedades de impressão são semelhantes às do PLA, permitindo a qualquer utilizador de impressora 3D FDM criar peças com estes filamentos.

Vídeo 1: O que é Filamet?. Fonte: The Virtual Foundry.

A maioria dos filamentos metálicos no mercado contém uma percentagem mínima de partículas metálicas, cerca de 30%; portanto, são geralmente desenvolvidos apenas para fins decorativos. No entanto, as peças impressas com filamentos Filamet™, uma vez sinterizadas, têm as propriedades do metal base correspondente.

Um exemplo seria o filamento Filamet™ Copper: Uma peça impressa com Filamet™ Copper não terá propriedades condutivas até ser submetida ao processo de sinterização.

Imagem 1: Cones feitos de Filamet™ de aço de alto carbono não sinterizado e sinterizado. Fonte: The Virtual Foundry.

O resultado após a sinterização da peça impressa em 3D será uma peça totalmente metálica, algo impensável até agora dentro da impressão 3D FDM. Assim, com Filamet™, alcançam-se propriedades similares às possíveis com tecnologia DMLS, mas com certas limitações.

Devido à necessidade de sinterizar as peças impressas com este filamento, onde o PLA é eliminado, as peças terão:

• Certa porosidade
• Perda de volume
• Não-isotropia

Vídeo 2: Densidade dos filamentos Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

Atualmente, Filamet™ dispõe dos seguintes filamentos:

• Aço inoxidável 316 L - 80% partículas metálicas + 20% PLA
• Bronze - 80% partículas metálicas + 20% PLA
• Cobre - 90% partículas metálicas + 10% PLA
• Alumínio 6061 - 65% partículas metálicas + 35% PLA
• Aço de alto carbono - 75% partículas metálicas + 25% PLA
• Tungsténio - 95% partículas metálicas + 5% PLA

Filamet cobre Filamet bronze Filamet aço inox 316L Filamet alumínio 6061

Características dos Filamet™

A densidade dos filamentos Filamet™ é muito superior à do PLA padrão, devido ao alto conteúdo de partículas metálicas e à densidade dos metais individuais envolvidos.

Ao imprimir com filamentos Filamet™, recomenda-se usar um bico de aço endurecido devido à alta percentagem de partículas metálicas contidas nos filamentos. Além disso, dependendo do material, deve usar-se um bico com diâmetro de saída de pelo menos 0,6 mm para evitar entupimentos. Exceto o filamento Filamet™ de Tungsténio, que permite o uso de bico até 0,3 mm de saída; e o filamento Filamet™ de Aço de Alto Carbono, que requer bico de pelo menos 0,8 mm de saída.

Imagem 2: Bico de latão vs. aço endurecido. Fonte: E3D.

Outra consequência da alta carga de partículas metálicas destes filamentos é uma maior fragilidade do filamento antes de ser fundido, pois têm percentagens muito pequenas de polímero aglutinante na sua composição. No entanto, graças à investigação e desenvolvimento permanente realizado pela The Virtual Foundry, esta fragilidade é cada vez menor nos seus filamentos; como se pode ver no seguinte vídeo:

Vídeo 3: Fragilidade dos filamentos Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

No processo de impressão de filamentos Filamet™, é muito importante que o filamento seja o mais reto possível antes de entrar no extrusor, mas estes filamentos têm uma certa curvatura devido ao enrolamento. Para resolver isto, The Virtual Foundry tem um Filawarmer, um dispositivo formado por um cilindro que aquece o filamento e um controlador de temperatura.

Imagem 3: Filawarmer colocado dentro de uma bobina de filamento. Fonte: The Virtual Foundry.

Este dispositivo deve ser colocado verticalmente, dentro da bobina, com a entrada o mais próximo possível da bobina de filamento e a saída alinhada com o orifício de entrada do extrusor. The Virtual Foundry recomenda pendurar o cilindro de aquecimento para permitir que a bobina gire livremente.

Vídeo 4: Filawarmer. Fonte: The Virtual Foundry.

À medida que o material passa pelo cilindro de aquecimento, perde a sua curvatura e aumenta a sua flexibilidade; reduzindo a resistência à tração para evitar quebras e facilitar a impressão.

Ao imprimir com filamentos Filamet™, a sua excelente adesão à base deve ser tida em conta. Esta é tal que se recomenda usar Blue Tape para evitar danificar a base de impressão ao remover as peças impressas.

Sinterização dos Filamet™

Uma vez removidas da base de impressão, as peças devem ser sinterizadas para obter uma peça totalmente metálica. Através deste processo, o PLA que faz parte do filamento é eliminado. Até este processo ser realizado, as peças não terão as propriedades do metal base que compõe o filamento usado.

Vídeo 5: FAQs Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

Sinterização é um processo de fabrico de peças sólidas a partir de um objeto formado por pó metálico compactado, ao qual se aplica um tratamento térmico a uma temperatura inferior à de fusão, mas suficientemente alta para ligar as partículas metálicas entre si de forma resistente, resultando num bloco totalmente sólido.

A sinterização pode ser realizada num forno de atmosfera aberta ou em vácuo ou atmosfera inerte. No nosso artigo "Como obter peças totalmente metálicas com impressão FDM" pode ver mais sobre sinterização e os diferentes fornos que podem ser usados para realizar este processo.

Se não tiver um forno que cumpra os requisitos para sinterizar peças impressas em 3D com filamentos Filamet™, pode contactar-nos e informaremos sobre a viabilidade e condições de sinterização nas nossas instalações.

Pós-processamento dos Filamet™

Uma vez que a peça impressa com o filamento Filamet™ tenha sido sinterizada, pode ser pós-processada lixando e polindo as superfícies como se faria com uma peça metálica. Recomenda-se usar lixa de água para reduzir as linhas de impressão e outras pequenas deformações, e usar lixa de grão cada vez mais fino.

Finalmente, pode usar uma ferramenta rotativa com disco de polimento e aplicar pasta de polimento para obter o brilho desejado. Dependendo do metal base do filamento, as peças resultantes da sinterização podem ser retificadas, alisadas com calor e até soldadas.

Os filamentos Filamet™ da The Virtual Foundry permitem, pela primeira vez, fabricar peças totalmente metálicas através de impressão 3D FDM, requerendo pós-processamento relativamente simples.

Este é um avanço muito importante e útil para diferentes setores da indústria: fabricantes de impressoras 3D, inovação biomédica, desenvolvimento de motores a jato, blindagem contra radiação, exploração espacial, energia nuclear, dentária, artistas ou design de moda.