Filamentos solúveis para suporte

Uma das principais limitações da impressão 3D FFF em comparação com outras tecnologias de manufatura aditiva é a necessidade de a área impressa de cada camada ser suportada por uma camada impressa anterior. Isso significa que qualquer parte da peça com balanço maior que 45º ou qualquer ponte maior que 10mm requer estruturas de suporte.

Nas impressoras 3D FFF de extrusora única, a única opção para gerar estruturas de suporte é usar o mesmo material de impressão da peça. Esses suportes devem ser removidos mecanicamente após a conclusão da impressão, e várias estratégias são empregadas para facilitar isso, como fazer esses suportes com estruturas de baixa densidade e deixar uma camada de separação entre o suporte e a peça. Isso permite que os suportes sejam removidos manualmente sem o uso de ferramentas, embora os acabamentos superficiais das superfícies em contato com os suportes sejam frequentemente mal acabados.

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

Nas impressoras 3D FFF com extrusoras duplas, o leque de opções se amplia, já que não é necessário utilizar o mesmo material para a peça e para os suportes. Isso abre a porta para o uso de materiais solúveis em solventes que não dissolvem o material da peça . Isso possibilita a utilização de suportes densos em contato com a peça que garantem um excelente acabamento na superfície de contato.

Imagem 2:extrusora dupla Raise3D Pro2. Fonte:Raise3D

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

• Deve ser solúvel em um solvente que não danifique ou prejudique as propriedades do material usado na peça.
  

• Deve ser termicamente compatível com o filamento da peça, portanto, deve ter temperaturas de impressão e base semelhantes, bem como temperaturas de amolecimento semelhantes.
• Deve ter boa aderência com o material utilizado na parte.
• Deve ser facilmente imprimível e ter boa adesão entre as camadas.

Existem atualmente 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 utilizado na peça mas que podem ser dissolvidos num solvente que não agrida 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 maneira semelhante com a maioria dos solventes, tornando difícil encontrar um solvente adequado. Por outro lado, muitos desses solventes orgânicos são altamente tóxicos ou inacessíveis para a maioria dos usuários e requerem tratamento de resíduos especializado.

Imagem 3:D-Limoneno. Fonte:Filament2print

O filamento mais utilizado deste tipo é o HIPS, cujas propriedades o tornam compatível com a maioria dos materiais à base de ABS e ASA. Além de possuir propriedades térmicas semelhantes, possui boa adesão ao ABS e ASA. Atualmente é um dos materiais de apoio mais utilizados, não apenas por sua compatibilidade com ABS, mas também por seu baixo custo e por ser solúvel em D-Limoneno, um solvente orgânico acessível, barato e de baixa toxicidade.

FILAMENTOS HIDROSOÚVEIS ATRAVÉS DO USO DE UM ATIVADOR.

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

Não são diretamente solúveis em água, pois necessitam de água para ter um pH alcalino, por isso o uso de um ativador de tampão, como 3DWash, é necessário.

Imagem 4:3DWash. Fonte:Traxer

Eles são uma alternativa perfeita para 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, de modo que geralmente se dissolvem mais rapidamente e deixam menos resíduos na peça.

Vídeo 1:Vídeo de apresentação 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. Isso ocorre porque não requer solventes orgânicos ou soluções alcalinas, tornando-o a alternativa mais segura e mais acessível para a maioria dos usuários.

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

Dentro dos filamentos solúveis em água, dois tipos podem ser distinguidos:

Filamentos solúveis em água compatíveis com materiais de baixa temperatura: São filamentos à base de PVA (álcool polivinílico) ou BVOH (álcool butenodiol vinílico) . Ambos os materiais têm excelente compatibilidade com PLA e podem ser usados ​​com PA (embora sua compatibilidade não seja tão boa). O BVOH pode ser considerado uma evolução do PVA e apresenta diversas 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 de 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:Estes são os filamentos de suporte mais avançados atualmente disponíveis. Eles são feitos de um material composto por uma mistura de um polímero solúvel em água (semelhantes aos anteriores) e um açúcar, geralmente trealose, um polissacarídeo que é rapidamente solúvel em água e com alta estabilidade térmica. A proporção entre polímero e açúcar, juntamente com o uso de alguns aditivos específicos de cada fabricante, permite obter diferentes formulações de materiais hidrossolúveis compatíveis com materiais em uma ampla faixa de temperaturas, do ABS ao PEEK ou ULTEM.

Imagem 5:Peça PA-CF com suportes em 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 . Aquasys 120 também pode ser usado com PC ou PP. Além disso, ambos os materiais podem suportar temperaturas de câmara de até 120°C e, portanto, também são adequados para uso em impressoras industriais.

Um passo acima é o Aquasys 180, provavelmente o material de suporte mais avançado e compatível disponível atualmente. Além de ser compatível com os mesmos materiais do Aquasys 120, pode ser usado com PEKK, PEEK, ULTEM e PPSU pois pode suportar temperaturas de câmara de 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 elevada solubilidade em água) é também a sua principal desvantagem, pois são altamente sensíveis à umidade ambiental . Isso torna necessário manter esses filamentos em recipientes especiais, tanto durante o armazenamento quanto durante o uso . Além disso, como esses filamentos absorvem umidade, 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 ser complementado.

• 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 descartados diretamente. Nesse caso, os filamentos de ATP hidrossolúveis com o uso de um ativador são a opção mais recomendada. Possuem excelente compatibilidade com esses materiais e baixa sensibilidade à umidade, facilitando o armazenamento e o uso, além de minimizar o risco de falhas na impressão.
  

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  PLA :Os materiais com melhor compatibilidade com o PLA são os baseados em PVA e BVOH. Dentro destes, os materiais à base de BVOH são menos sensíveis à umidade, embora em geral os materiais à base de PVA sejam um pouco mais baratos.
  
  
  

• PETG/PA: Embora seja possível usar PVA e BVOH como material de suporte com PETG e PA, sua compatibilidade não é particularmente boa. Neste caso, a melhor opção são os filamentos hidrossolúveis compatíveis com materiais de alta temperatura, como o 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, porém será necessário testar cada filamento flexível para verificar a compatibilidade.
  

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

• Se você costuma usar suportes solúveis com materiais diferentes, a opção ideal é usar um único material compatível com todos os materiais, 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 eles consistem em materiais diferentes, com características próprias muito específicas. Hoje é possível encontrar filamentos solúveis de alta qualidade compatíveis com praticamente qualquer material do mercado, do PLA ao PEEK.