Revolucione a Impressão 3D FFF com Suportes de Filamento Solúvel

Uma das principais limitações da impressão 3D FFF comparada com outras tecnologias de manufatura aditiva é a necessidade de a área impressa de cada camada ser suportada por uma camada previamente impressa. Isto significa que qualquer parte da peça com saliência superior a 45º ou qualquer ponte mais longa que 10mm requer estruturas de suporte.

Em impressoras 3D FFF de extrusor único, a única opção para gerar estruturas de suporte é usar o mesmo material de impressão da peça. Estes suportes devem ser removidos mecanicamente após a impressão, e empregam-se várias estratégias para facilitar isto, como fazer estes suportes com estruturas de baixa densidade e deixar uma camada de separação entre o suporte e a peça. Isto permite remover os suportes manualmente sem ferramentas, embora os acabamentos superficiais das superfícies em contacto com os suportes fiquem frequentemente mal acabados.

Imagem 1: Suportes em peças impressas em 3D. Fonte: 3DHubs

Imagem 2: Extrusor duplo Raise3D Pro2. Fonte: Raise3D

Em impressoras 3D FFF com extrusores duplos, a gama de opções alarga-se, pois não é necessário usar o mesmo material para a peça e para os suportes. Isto abre a porta ao uso de materiais solúveis em solventes que não dissolvem o material da peça. Isto permite usar suportes densos em contacto com a peça que garantem um excelente acabamento na superfície de contacto.

Existem muitos filamentos de suporte solúveis diferentes, mas não são todos iguais, nem têm a mesma compatibilidade. Ao selecionar um material de suporte solúvel, é importante considerar várias características para garantir compatibilidade com o material de impressão usado. Estas características são:

• Deve ser solúvel num solvente que não danifique nem prejudique as propriedades do material usado na peça.

• Deve ser termicamente compatível com o filamento da peça, pelo que deve ter temperaturas de impressão e de base semelhantes, bem como temperaturas de amolecimento semelhantes.
• Deve ter boa adesão com o material usado na peça.
• Deve ser facilmente imprimível e ter boa adesão entre camadas.

Atualmente existem três tipos principais de materiais de suporte solúveis:

• Filamentos solúveis em solventes orgânicos
• Filamentos solúveis em água usando um ativador
• Filamentos solúveis em água

FILAMENTOS SOLÚVEIS EM SOLVENTES ORGÂNICOS.

São materiais com propriedades semelhantes ao material usado na peça mas que podem ser dissolvidos num solvente que não ataque nem dissolva o material que complementam.

Atualmente não existem muitas opções para este tipo de filamento, principalmente devido a dois problemas: por um lado, materiais com propriedades físico-químicas semelhantes que os tornam compatíveis entre si também geralmente se comportam de forma semelhante com a maioria dos solventes, tornando difícil encontrar um solvente adequado. Por outro lado, muitos destes solventes orgânicos são altamente tóxicos ou não acessíveis à maioria dos utilizadores e requerem tratamento de resíduos especializado.

Imagem 3: D-Limoneno. Fonte: Filament2print

O filamento mais usado deste tipo é o HIPS, cujas propriedades o tornam compatível com a maioria dos materiais baseados em ABS e ASA. Além de ter propriedades térmicas semelhantes, tem boa adesão a ABS e ASA. É atualmente um dos materiais de suporte mais usados, não só pela sua compatibilidade com ABS, mas também pelo seu baixo custo e por ser solúvel em D-Limoneno, um solvente orgânico acessível, barato e de baixa toxicidade.

FILAMENTOS SOLÚVEIS EM ÁGUA ATRAVÉS DO USO DE UM ATIVADOR.

São polímeros baseados em ATP (terpolímeros de acrilato). Estes materiais têm a característica de serem solúveis em soluções alcalinas. Têm excelente compatibilidade com materiais baseados em ABS e ASA, e também podem ser usados com policarbonato (embora a sua compatibilidade seja um pouco menor).

Não são diretamente solúveis em água, pois requerem que a água tenha pH alcalino, por isso o uso de um ativador tampão, como o 3DWash, é necessário.

Imagem 4: 3DWash. Fonte: Traxer

São uma alternativa perfeita ao HIPS, não só porque não requerem o uso de solventes orgânicos, mas também porque são filamentos desenvolvidos e aditivados especificamente para uso como material de suporte, por isso geralmente dissolvem mais rapidamente e deixam menos resíduos na peça.

Vídeo 1: Apresentação em vídeo do PolyDissolve S2. Fonte: Polymaker

Alguns filamentos representativos são PolyDissolve S2 e Z-SUPPORT ATP.

FILAMENTOS SOLÚVEIS EM ÁGUA

Um dos principais objetivos dos fabricantes tem sido obter filamentos de suporte solúveis diretamente em água. Isto porque não requer solventes orgânicos nem soluções alcalinas, tornando-o a alternativa mais segura e mais acessível para a maioria dos utilizadores.

É por isso que é a categoria com a maior variedade de materiais diferentes, e com opções compatíveis com uma ampla gama de filamentos.

Dentro dos filamentos solúveis em água, podem distinguir-se dois tipos:

Filamentos solúveis em água compatíveis com materiais de baixa temperatura: São filamentos baseados em PVA (álcool polivinílico) ou BVOH (álcool vinílico butenodiol). Ambos os materiais têm excelente compatibilidade com PLA e podem ser usados com PA (embora a sua compatibilidade não seja tão boa). O BVOH pode ser considerado como uma evolução do PVA e tem várias vantagens sobre o PVA, como melhor compatibilidade com PETG ou mesmo com alguns filamentos flexíveis e maior taxa de dissolução em água fria. Alguns filamentos PVA são LAY-PVA ou PVA Raise, enquanto Mowiflex ou Z-SUPPORT Premium são baseados em BVOH.

Vídeo 2: Comparação entre PVA e BVOH. Fonte: BCN3D

Filamentos solúveis em água compatíveis com materiais de alta temperatura: São os filamentos de suporte mais avançados atualmente disponíveis. São compostos por um material constituído por uma mistura de um polímero solúvel em água (semelhante aos anteriores) e um açúcar, geralmente trealose, um polissacarídeo rapidamente solúvel em água e com alta estabilidade térmica. A proporção entre polímero e açúcar, juntamente com o uso de certos aditivos específicos de cada fabricante, permite obter diferentes formulações de materiais solúveis em água que são compatíveis com materiais numa ampla gama de temperaturas, desde ABS até PEEK ou ULTEM.

Imagem 5: Peça PA-CF com suportes de Aquatek X1. Fonte: 3DXTech

Alguns filamentos como Aquasys 120 ou Aquatek X1 são compatíveis com PLA, bem como ABS, ASA, PA, PETG ou certos filamentos flexíveis. O Aquasys 120 também pode ser usado com PC ou PP. Além disso, ambos os materiais podem suportar temperaturas de câmara até 120°C e são portanto também adequados para uso em impressoras industriais.

Um passo acima é o Aquasys 180, provavelmente o material de suporte mais avançado e compatível disponível hoje. Além de ser compatível com os mesmos materiais que o Aquasys 120, pode ser usado com PEKK, PEEK, ULTEM e PPSU pois suporta temperaturas de câmara até 180°C.

Imagem 6: Peça com suportes fabricados em Aqusys 180. Fonte: Infinite Material Solutions

No entanto, a principal vantagem deste tipo de filamentos (a sua alta solubilidade em água) é também a sua principal desvantagem, pois são altamente sensíveis à humidade ambiental. Isto torna necessário manter estes filamentos em recipientes especiais, tanto durante o armazenamento como durante o uso. Além disso, à medida que estes filamentos absorvem humidade, a sua adesão piora e o risco de entupimento aumenta.

COMO ESCOLHER O FILAMENTO SOLÚVEL MAIS ADEQUADO.

Ao selecionar o filamento solúvel mais adequado, é necessário analisar o material a complementar.

• ABS/ASA: Em geral, é aconselhável evitar o uso de HIPS pois envolve o manuseio de solventes orgânicos e gera resíduos que não podem ser eliminados diretamente. Neste caso, filamentos solúveis em água baseados em ATP com uso de ativador são a opção mais recomendada. Têm excelente compatibilidade com estes materiais e baixa sensibilidade à humidade, facilitando o armazenamento e uso, bem como minimizando o risco de falha de impressão.

• PLA: Os materiais com melhor compatibilidade com PLA são os baseados em PVA e BVOH. Dentro destes, os materiais baseados em BVOH são menos sensíveis à humidade, embora em geral os materiais baseados em PVA sejam ligeiramente mais baratos.

• PETG/PA: Embora seja possível usar PVA e BVOH como material de suporte com PETG e PA, a sua compatibilidade não é particularmente boa. Neste caso, a melhor opção são filamentos solúveis em água compatíveis com materiais de alta temperatura como Aquasys 120.

• Flexíveis: A compatibilidade entre suporte e materiais flexíveis nunca foi particularmente boa. É possível usar BVOH ou materiais como Aquasys 120 com alguns filamentos flexíveis, no entanto será necessário testar cada filamento flexível para verificar compatibilidade.

• PEEK/PEKK/PEI/PPSU: Neste caso a melhor opção é usar Aquasys 180, pois é o material que garante a melhor compatibilidade com este tipo de material e tem a melhor estabilidade térmica a altas temperaturas.

• Se costuma usar suportes solúveis com diferentes materiais, a opção ideal é usar um único material compatível com todos, como Aquasys 120 ou Aquatek X1, em vez de ter um diferente para cada material.

Embora os filamentos solúveis sejam frequentemente referidos como um único grupo, na verdade consistem em diferentes materiais, com as suas próprias características muito específicas. Atualmente é possível encontrar filamentos solúveis de alta qualidade compatíveis com quase qualquer material no mercado, desde PLA até PEEK.