Crie Eletrónica Condutiva com Impressão 3D Filaflex

Alguma vez quis criar algo com a sua impressora 3D que incluísse componentes eletrónicos? Talvez sensores, trilhos condutivos ou blindagem contra ruído de radiofrequência?

Os filamentos condutivos FFF/FDM para impressão 3D foram desenhados para utilizadores interessados em combinar impressão 3D e eletrónica. Montagens condutivas que integram interruptores, potenciómetros, LEDs, sensores táteis capacitivos... Tudo isto e muito mais é possível graças a eles.

Especificamente desenvolvidos para permitir impressão 3D de componentes condutivos eletronicamente, os filamentos condutivos são materiais muito fáceis de imprimir e compatíveis com quase qualquer impressora 3D FDM/FFF do mercado.

Aplicações

As suas aplicações são muitas e variadas, mas destacam-se em particular:

Sensores

O filamento condutivo pode ser usado para criar sensores capacitivos (táteis) usados numa vasta gama de produtos eletrónicos usados no dia a dia; É um excelente material para o design de dispositivos de interface humana (canetas stylus para telemóveis e tablets).

Vídeo 1: Lápis apontador. Fonte: Proto-Pasta.

Sensores capacitivos podem também ser usados para medir proximidade, posição, humidade, níveis de líquido e aceleração.

Trilhos condutivos

Outra aplicação do filamento condutivo é na criação de circuitos que conduzem eletricidade para usos em eletrónica que, no caso de filamentos condutivos flexíveis, também serão aplicáveis a eletrónica flexível.

Imagem 1: Circuito condutor. Fonte: Recreus.

Tradicionalmente, para adicionar circuitos condutivos às suas criações, entusiastas de impressão 3D tinham de desenhar peças com as ranhuras necessárias para adicionar fio de cobre após a impressão. Com o filamento condutivo, a fiação pode ser impressa simultaneamente com o processo de construção da peça.

Blindagem contra ruído de radiofrequência e interferência eletromagnética

A alta condutividade oferecida pelo filamento condutivo não é apenas excelente para circuitos e sensores impressos em 3D, é também útil para uso contra EMI (Interferência Eletromagnética) e em aplicações muito importantes de blindagem RF (Radiofrequência) numa vasta gama de indústrias. A blindagem EMI/RF é usada para bloquear o campo eletromagnético e radiação eletromagnética de radiofrequência dentro de um espaço; É importante usar blindagem EMI e RF em ambientes hospitalares, laboratoriais ou aeroespaciais para proteger contra sinais concorrentes, pois estes podem levar equipamentos proprietários a dar medições falsas. A blindagem EMI/RF consegue isto bloqueando sinais AM, FM, TV, serviços de emergência e telefone. O filamento condutivo é ideal para desenhar blindagens RF/EMI usadas em itens altamente personalizados.

Dicas de uso

Desenhados para uso com impressões destinadas a funcionamento à temperatura ambiente e para uso em projetos de baixa tensão, baixa corrente apenas (não exceder 12 volts), os filamentos condutivos devem ser evitados para alimentação superior a 100mA.

Imprimir com filamentos condutivos (PLA) é quase tão fácil como imprimir com PLA standard. Não é necessário ter impressora 3D com base aquecida, embora se tiver, recomenda-se usar a base aquecida a 50-60º C pois obtém-se maior aderência.

A possível contaminação do filamento condutivo com sujidade das mãos ou poeira do ambiente deve ser evitada o máximo possível, por isso recomenda-se armazenamento em local seco e afastado destes e/ou outras partículas. Também se recomenda lavar as mãos antes e depois do uso e manuseá-lo com luvas. O utilizador deve evitar exposição prolongada à humidade.

Recomenda-se um bico para impressão de filamento condutivo de pelo menos 0,4 / 0,5 mm. O bico da impressora 3D deve ser sempre lavado antes e depois de usar o filamento para evitar complicações de impressão. O filamento condutivo tem tendência a colar-se a bicos de latão, por isso recomenda-se limpar a superfície externa do bico antes de imprimir com óleo (técnico ou doméstico) ou lubrificante para reduzir a acumulação de material no exterior do bico durante a impressão. Também se pode usar tinta repelente de plástico.

Imagem 2: Tinta repelente de plástico. Fonte: Sliceengineering.

As propriedades intrínsecas do filamento condutivo são tais que não deve ser deixado inativo no extrusor da impressora 3D (enquanto não imprime) pois pode expandir e causar entupimento do bico (clogging). Portanto, após a impressão, o filamento deve ser removido o mais rápido possível do extrusor e usar filamento de limpeza.

Imagem 3: Filamento de limpeza. Fonte: Smart Materials.

Também é muito importante imprimir à temperatura recomendada, pois se imprimir a temperatura mais baixa, a viscosidade do fundido não será ótima, pelo que se expandirá e entupirá o bico; e no caso de imprimir a temperatura mais alta, resultará numa degradação parcial juntamente com uma agregação substancial de nanomateriais, também produzindo entupimento do bico.

Em caso de obstrução total do bico, tente desentupir aquecendo o bico a 200ºC e tente remover a obstrução com fio de cobre, ou tente derreter ABS ou PLA (filamentos rígidos) para arrastar o material preso, ou mergulhar em acetona, etc. Se não conseguir resolver o problema, será necessário trocar o bico por um novo. Para evitar isso, todos os conselhos mencionados acima devem ser tidos em conta.

Por outro lado, também é muito importante ter a base da impressora 3D perfeitamente nivelada, caso contrário uma quantidade significativa de material acumular-se-á na superfície externa do bico, que quando solidificado entupirá o fluxo do fundido. Portanto, a superfície externa do bico arrefecido deve ser limpa com álcool se isso acontecer.

Filamentos condutivos no mercado

PLA Condutivo (Proto-Pasta): Com temperatura de amolecimento similar ao PLA, o filamento condutivo da Proto-Pasta é mais flexível, mas tem menor aderência entre camadas. Viável para controlar qualquer elemento através de um resistor de 1Kohm, é ideal em circuitos de baixa tensão, teclados digitais que requerem baixa condutividade, arduino, sensores táteis, robótica e eletrónica.

Filamento Koltron G1 grafeno (Addnorth): Dopado com Grafeno Aros, um grafeno desenvolvido e patenteado pela empresa Graphmatech e com matriz baseada em fluoreto de polivinilideno (PVDF), um plástico avançado que tem excelentes propriedades mecânicas, químicas e térmicas, o filamento Koltron G1 tem uma resistividade volumétrica de apenas 2 Ω-cm.

Filaflex Condutivo (Recreus): A seguir, veremos mais de perto este filamento.

Filaflex Condutivo (Recreus)

O Filaflex Condutivo é um filamento elástico TPU flexível. Com dureza 92A, atinge 100% de alongamento na rutura. Após esticar, retorna à sua forma original, sem deformar ou quebrar, apresentando excelentes propriedades mecânicas. O filamento Filaflex Condutivo oferece uma resistividade volumétrica de aproximadamente 3,9 Ω-cm, muito superior à de outros filamentos condutivos.

Do próprio fabricante, oferecem-nos uma série de dicas capazes de resolver quaisquer dúvidas que possam surgir ao imprimir com este filamento:

1. Bico endurecido: Não é necessário usá-lo com filamento Filaflex Condutivo. No entanto, em caso de uso intenso, seria recomendado para evitar desgaste excessivamente rápido.
2. Segurança: Imprimir com filamento Filaflex Condutivo é totalmente seguro e não danifica a impressora, mas para a manter em condições ótimas é aconselhável limpar muito bem o bico quando terminar de imprimir com o filamento. Assim, qualquer tipo de resíduo que possa ter ficado no hotend será eliminado. Usar X após a impressão é um passo extra que também ajudará na limpeza.
3. Material condutivo: Para que o filamento seja condutivo, a Recreus informa que usam uma formulação especial que contém negro de carbono e é este elemento que dá condutividade ao filamento Filaflex Condutivo.
4. Flexibilidade: Após imprimir com o filamento, a sua elasticidade característica não se perde. A peça final resultante será sempre flexível e eletricamente condutiva, mantendo as suas outras propriedades intactas.
5. Dureza Shore: Tem dureza Shore 92A, tornando-o compatível para uso em quase qualquer impressora (bowden incluído).
6. Resistência: Filaflex Condutivo tem resistividade elétrica de aproximadamente 3,9 Ω-cm, mas para garantir o cumprimento das suas funções, o utilizador deve ter em conta que a resistência muda dependendo da impressão. Além disso, devemos também considerar a resistência elétrica do circuito e não esquecer que o filamento é desenhado para aplicações de baixa corrente.
7. Aderência entre camadas: Devido à sua alta carga de carbono, o calor dissipar-se-á muito rapidamente e a aderência da peça será afetada dependendo da sua geometria. Ajustando alguns parâmetros de impressão (velocidade 20-25 mm/s, temperatura 240-255 ºC, não usar ventoinha de camada) o utilizador poderá resolver tal dissipação rápida.

Vídeo 2: Flexibilidade e condutividade com Filaflex Condutivo. Fonte: Recreus.

Em conclusão, os filamentos condutivos são materiais especificamente desenhados para permitir impressão 3D de componentes condutivos eletronicamente usando quase qualquer impressora 3D FDM/FFF disponível no mercado, expandindo as capacidades da fabricação aditiva ou impressão 3D e permitindo encurtar o caminho do desenvolvimento à aplicação comercial.