Comparação de Filamentos Metálicos: Filamet vs Ultrafuse – Características, Desempenho e Casos de Uso

Há já algum tempo que é possível encontrar filamentos metálicos para impressão 3D FDM no mercado, mas não são todos iguais. Quais são as diferenças entre eles?

Para responder a esta pergunta, deve ter-se em conta a diferença entre filamentos com cor metálica e filamentos carregados com metal. Os primeiros contêm uma pequena quantidade de partículas metálicas (5% - 40%) para dar aspeto metálico, usados apenas pelas suas propriedades estéticas. Quanto maior a percentagem de partículas, melhor a simulação do material metálico em questão.

No caso dos filamentos carregados com metal, a carga de partículas metálicas é geralmente muito alta (acima de 80%) e é possível submeter as peças impressas em 3D a um processo de sinterização pelo qual o polímero aglutinante é removido, resultando em peças 100% metálicas.

Atualmente, a BASF e a The Virtual Foundry são dois dos fabricantes mais conhecidos que oferecem tais materiais com os quais fabricar peças totalmente metálicas usando impressão 3D FDM e um processo de sinterização.

A BASF oferece filamentos Ultrafuse, incluindo Ultrafuse 316 L e Ultrafuse 17-4 PH.

A The Virtual Foundry, por outro lado, desenvolveu um grande número de filamentos metálicos sob o nome Filamet, tais como: Filamet Aço Inoxidável 316L, Filamet Bronze, Filamet Cobre, Filamet Alumínio 6061, Filamet Aço de Alto Carbono, Filamet Tungsténio, Filamet Inconel 718-34 ou Filamet Titânio 64-5.

Compatibilidade com impressoras 3D FDM

Uma das características chave do filamento metálico é que não precisa de ter equipamento de impressão 3D FDM industrial, nem mesmo profissional. Filamentos metálicos como Ultrafuse ou Filamet são caracterizados pelo facto de poderem ser impressos em 3D em quase qualquer impressora 3D FDM do mercado.

Devido à alta carga metálica destes filamentos, deve ser usado um bico de aço endurecido para reduzir a abrasão do filamento. As temperaturas de impressão e de base quente variam consoante o fabricante e material, mas não excedem 245°C de temperatura de impressão e 120°C para a base quente.

Imagem 1: Desgaste de bico de latão vs. aço endurecido. Fonte: E3D.

No caso dos filamentos Ultrafuse da BASF, a natureza do filamento oferece uma certa flexibilidade e não é muito frágil, tornando-o muito fácil de imprimir.

Os filamentos Filamet da The Virtual Foundry são compostos por uma alta percentagem de carregamento metálico e PLA como polímero aglutinante. Dependendo do metal e da percentagem de carregamento do material, os filamentos Filamet podem ser algo frágeis, e podem ser difíceis de imprimir em algumas impressoras 3D devido ao percurso que o filamento deve fazer desde onde o carretel é colocado até ao extrusor. No entanto, isto não é um problema, pois a The Virtual Foundry desenvolveu o Filawarmer, um dispositivo que garante que o filamento está completamente reto antes de imprimir, eliminando a curvatura do enrolamento e conseguindo impressão 3D ótima do material.

Vídeo 1: Instalação do Filawarmer. Fonte: The Virtual Foundry.

Retração dimensional

Os filamentos metálicos requerem pós-processamento de sinterização para remover o polímero aglutinante do filamento, resultando em peças totalmente metálicas.

Como é um processo em que se remove material, deve ter-se em conta que as dimensões das peças resultantes terão certas variações em relação às medidas originais. Ou seja, as peças sofrerão maior ou menor retração durante o processo de sinterização dependendo do material e da marca de filamento.

Isto é sem dúvida uma dificuldade ao fabricar peças funcionais onde a precisão dimensional é prioridade. No entanto, é possível encontrar o fator de retração e escalar os modelos CAD para obter os resultados dimensionais desejados.

Aqui, os materiais Ultrafuse e Filamet têm algumas diferenças. Os filamentos Ultrafuse têm um intervalo de retração de 16-17% no eixo XY e 19-20% no eixo Z, comparado com uma retração de 7-10% para filamentos Filamet.

No caso do Filamet, as peças finais têm uma densidade de 80-85%, embora as peças possam ser sinterizadas por mais tempo, o que implicaria maior densidade e maior retração comparado com as peças originais.

Para o Ultrafuse, a BASF oferece um guia de utilizador abrangente incluindo informação sobre tolerâncias, retração e escalonamento, espessura de parede recomendada, etc. que pode ser muito útil.

Vídeo 2: Guia de Design Ultrafuse. Fonte: BASF.

Processo de sinterização

Os processos de sinterização desenvolvidos para filamentos Ultrafuse e Filamet têm certas diferenças entre eles.

A BASF usa um polímero aglutinante específico nos filamentos Ultrafuse que requer desligamento catalítico antes do processo de sinterização, pelo que o pós-processamento pode ser considerado algo mais complexo do que para filamentos Filamet. No entanto, dentro dos filamentos Filamet, existem alguns que ainda têm um processo de sinterização experimental, que não oferece qualquer tipo de garantia em termos de resultados.

Além disso, a maioria dos filamentos Filamet tem menos requisitos em termos de instalações de sinterização, pois a maioria pode ser sinterizada num forno de atmosfera aberta.

Imagem 2: Tabela de informação Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

À primeira vista, o uso destes filamentos pode levantar certas dúvidas e dificuldades, especialmente se o utilizador não tiver meios para realizar a sinterização dos materiais. No entanto, ambos os fabricantes oferecem soluções a este respeito. A BASF tem o seu próprio serviço de sinterização, enquanto os utilizadores que desejem trabalhar com filamentos Filamet podem contactar-nos para avaliar a viabilidade dos seus projetos e realizar o pós-processamento necessário para obter o resultado desejado.

Imagem 3: Serviço de sinterização da BASF.

Conclusões

A gama de filamentos metálicos Filamet é sem dúvida a mais ampla do mercado. A The Virtual Foundry foi o primeiro fabricante a lançar filamentos metálicos sinterizáveis no mercado e desenvolveu uma vasta gama de materiais adequados para uma multiplicidade de aplicações.

A gama de filamentos Ultrafuse atualmente especializa-se no desenvolvimento de filamentos de aço inoxidável, embora possam ser usados para uma vasta gama de aplicações como ferramentas, gabaritos e fixadores, produção de pequenas séries, peças funcionais e protótipos.

No que toca à impressão 3D, os filamentos Filamet requerem temperaturas de impressão e de base mais baixas que os filamentos Ultrafuse, embora alguns materiais Filamet requeiram o uso de dispositivos externos como o Filawarmer para garantir um resultado ótimo.

Os filamentos Ultrafuse permitem o uso de bicos de diâmetro de saída menor, enquanto os filamentos Filamet requerem o uso de bico de 0,6 mm, com exceção do Filamet Tungsténio.

Quanto ao processo de sinterização, o pós-processamento a que os filamentos metálicos Filamet devem ser submetidos é mais simples e, em muitos casos, não requer o uso de forno de atmosfera inerte, pelo que pode ser relativamente fácil ter as instalações e maquinaria necessárias para sinterizar peças impressas em 3D com Filamet. Além disso, se o utilizador não tiver as instalações ou conhecimentos necessários para realizar a sinterização, pode contactar-nos. Por outro lado, alguns dos filamentos Filamet estão em fase experimental, pelo que não há garantias quanto à sinterização destes materiais.

No caso do Ultrafuse, as peças impressas em 3D com estes filamentos devem ser submetidas a pós-processamento algo mais complexo, embora a BASF ofereça um guia abrangente com informação relevante sobre como obter resultados ótimos com filamentos Ultrafuse. Além disso, a BASF tem um serviço de desligamento e sinterização fornecido pela ELNIK, baseado na compra de vouchers que cobrem o processo de desligamento e sinterização, bem como o envio e devolução das peças.

Sem dúvida, os filamentos metálicos são materiais inovadores que permitem aos utilizadores de impressoras 3D FDM fabricar peças totalmente metálicas para uma variedade de aplicações. Com Ultrafuse e Filamet, os utilizadores podem encontrar o material que melhor se adapta às suas necessidades.