Tecnologias de impressão 3D para produtos à prova de ESD

Descarga eletrostática é um fenômeno comum na natureza . Pode ser provocada por um curto-circuito elétrico (curto-circuito), uma ruptura dielétrica ou quando ocorre o contato entre dois objetos carregados eletricamente (eletricidade estática), resultando em um fluxo repentino e curto de corrente elétrica. A ESD é comumente gerada de duas maneiras. Um deles é o tribocarregamento, que ocorre quando dois materiais são unidos e depois separados, resultando em uma diferença de potencial elétrico . A outra razão para a ocorrência de eventos ESD é a indução eletrostática. Ocorre quando um objeto eletricamente carregado está próximo a um objeto condutor que não está em contato com o solo.

Vídeo 1. Riscos de descarga eletrostática na aviação. Fonte:Ciência Aeronáutica.

Todo mundo já experimentou um evento ESD em algum momento de suas vidas. Existem inúmeros exemplos de ESD da vida cotidiana, incluindo raios, estática no cabelo causada por roupas de náilon/lã, pente de plástico ou escorregador, isopor grudado na pele, poeira acumulada na tela da TV segundos após a limpeza, o famoso “ faísca” ou “chute” ao tocar uma maçaneta ou outra pessoa.

Riscos associados à ESD

Eventos ESD são inofensivos, embora irritantes, para humanos . A eletricidade estática também pode ser um fenômeno muito útil. Tecnologias baseadas em eletricidade estática são usadas em fotocopiadoras, precipitadores eletrostáticos em purificadores de ar, pintura eletrostática em spray ou secadores de folhas/bolas secadoras. No entanto, em certos contextos, a ESD pode ser muito perigosa e ter consequências terríveis, especialmente em indústrias de manufatura ou de alto risco.

Imagem 1. As sérias consequências de um evento ESD em uma placa-mãe. Fonte:Techno FAQ.

ESD é muito ameaçador para eletrônicos sensíveis , especialmente circuitos integrados e microchips. Eles podem ser danificados permanentemente (danos catastróficos ou latentes) quando uma corrente de alta tensão passa por eles. Isso pode acontecer de três maneiras:

1. HBM (Human Body Model) - o corpo humano transfere uma carga eletrostática para um dispositivo.
   

2. MM (modelo de máquina)  - um objeto condutor carregado, como uma ferramenta ou acessório metálico, transfere uma eletrostática carregar.
   

3. CDM (Charged Device Model) - ocorre quando uma carga eletrostática é transferida através de uma embalagem ou superfície de trabalho.
   

A descarga eletrostática também é extremamente perigoso em ambientes com atmosferas potencialmente explosivas , como espaços contendo gás, vapor de combustível, pó de carvão ou mesmo pó de farinha.

Prevenção de ESD

Prevenção de ESD é de extrema importância em pisos fabris, centros de expedição ou em espaços com atmosferas inflamáveis ​​e explosivas.

Imagem 2. Um espaço de trabalho seguro contra ESD. Fonte:Safety Working TECH.

Existem muitos materiais antiestáticos, substâncias e dispositivos elaborados e fabricados especialmente com a finalidade de proteger pessoas e dispositivos contra as consequências da descarga eletrostática. As soluções de proteção ESD incluem:

• Agentes químicos.
  

• Aterramento elétrico.
  

• Roupas ESD, pulseiras antiestáticas, gabaritos e acessórios ESD.
  

• Bolsas antiestáticas para armazenamento e transporte de eletrônicos.
  

• Barras ionizantes em linhas de produção.
  

• Mobiliário de escritório ESD.
  

• Salas limpas projetadas para impedir a entrada de poeira, organismos transportados pelo ar ou partículas vaporizadas e prevenir a entrada de vírus e substâncias nocivas ou radiação de sair.
  

• Sistemas antiestáticos de máquinas que usam elétrons ou fotoemissão para reduzir ESD.
  

A segurança ESD adequada pode não apenas proteger o mau funcionamento do dispositivo, mas também reduzir perdas financeiras relacionadas a falhas e até mesmo salvar vidas.

Segurança ESD na impressão 3D

Métodos de produção subtrativos, como moldagem por injeção e usinagem CNC, existem há muito tempo e são ótimos para produção em larga escala de ferramentas padronizadas. Mas quando se trata de produzir pequenas quantidades de ferramentas, gabaritos ou acessórios altamente personalizados, a manufatura aditiva é a melhor opção . O projeto e a fabricação de moldes levam muito tempo e não compensa produzir pequenas quantidades de ferramentas e acessórios personalizados. Além disso, os plásticos avançados usados ​​na usinagem CNC são muito caros e geralmente se desgastam durante o processo de usinagem. Usar a impressão 3D para fabricar ferramentas, gabaritos e acessórios personalizados personalizados internamente e sob demanda é um passo à frente para muitas empresas, pois oferece muitas vantagens. Se o material adequado for usado, uma versão impressa em 3D de uma ferramenta ou acessório tradicional pode ser mais forte, mais resistente à corrosão, mais leve e muito mais barata e rápida de fabricar internamente, em vez de terceirizados por meio de moldagem por injeção ou usinagem CNC. Tudo isso concede aos fabricantes maior flexibilidade e possibilidade de customização os processos de trabalho com base nas necessidades da empresa. A impressão 3D leva menos tempo, é mais acessível e elimina o desperdício de material, pois apenas o necessário será impresso.

Vídeo 2. Um caso de sucesso - Mercury Systems inicia impressão 3D com ferramentas e acessórios seguros contra ESD. Fonte:Essentium.

A segurança ESD não é exceção , desde a impressão 3D - a disciplina de rápida adaptação que é - já tem uma solução bem testada e confiável para fazer ferramentas, gabaritos e acessórios antiestáticos. Os materiais seguros contra ESD na impressão 3D podem vir de várias formas. Existem filamentos antiestáticos, pastilhas, resinas e pós.

Filamentos

Filamentos seguros contra ESD use várias tecnologias para obter as propriedades antiestáticas , sendo os mais comuns o negro de carbono ou o grafite enchimentos . A quantidade de carga de carbono no polímero determina o nível de resistividade da superfície (medida em Ohms) - eletricamente condutora, dissipativa ou isolante. Outra maneira de tornar um material antiestático é adicionar revestimentos antiestáticos ou , como é o caso do Essentium , uma camada superficial de nanopolímeros condutores para reduzir o risco de degradação do desempenho comumente visto com enchimentos ou revestimentos ESD.

Imagem 3. Uma caixa de disco rígido (esquerda) e um medidor de condutividade 3D impresso com o filamento Zortrax-Z ESD V2 baseado em PET. Fonte:Zortrax.

Quase todos os polímeros comumente usados ​​na impressão 3D têm uma opção segura contra ESD. Existem plásticos padrão antiestáticos (ABS, PLA) e plásticos de engenharia (PA, PET, PCTG), bem como plásticos antiestáticos projetados para aplicações avançadas (PEKK, TPU).

Imagem 4:Caixas eletrônicas seguras impressas com ESD PLA da 3DXTech (esquerda) e ESD ABS da Nanovia (direita). Fonte:Filament2Print.

Existem filamentos antiestáticos projetados para setores específicos, como o Essentium TPU 58D-AS da família de filamentos avançados flexíveis.

Imagem 5. Tags 3D impressos com TPU 58D-AS. Fonte:Essentium.

Além de aplicações na indústria aeroespacial, este filamento pode ser usado para imprimir em 3D coberturas de painéis resistentes à abrasão, caixas de armazenamento à prova de ESD ou capas de poeira à prova de ESD. Poeira e outras partículas tendem a acumular eletricidade estática e provocar falhas no sistema em muitas fábricas de eletrônicos.
Nanovia ABS ESD 3DXSTAT ESD PLA Essentium TPU 58D-AS Zortrax Z-ESD V2

Resinas e pós

Também existem opções sem filamento para impressão 3D seguro contra ESD objetos , como resinas para impressão 3D SLA e pós para impressão 3D SLS . Todos eles têm excelentes propriedades, dependendo do plástico e das aplicações pretendidas - desde a indústria automotiva e instrumentação científico-técnica até eletrônicos de consumo.

Imagem 6. Caixas impressas em 3D com PA11 ESD da Sinterit. Fonte:Sinterit.

Resinas e pós à prova de ESD são bons para ferramentas, gabaritos e acessórios antiestáticos de impressão 3D para a produção, montagem e teste de componentes eletrônicos, bem como para a produção de componentes para uso em atmosferas explosivas. Alguns materiais à prova de ESD têm até propriedades repelentes de poeira . Conforme mencionado anteriormente, poeira e outras partículas tendem a acumular eletricidade estática e aumentar o risco de eventos ESD . Como a maioria dos plásticos atrai poeira e sujeira, usar uma opção ESD-safe é muito mais seguro em ambientes sensíveis a ESD.

Imagem 7. Ferramentas e acessórios impressos com a resina ESD repelente de poeira Formlabs. Fonte:Formlabs.

Um desses materiais é a resina Formlabs ESD , que pode ser usado para imprimir ferramentas e acessórios em 3D para as condições de fabricação mais exigentes.
Resina Formlabs IBT Sinterit PA11 ESD em pó Pinças ESD precisas Limpador de impressora 3D antiestático Novus 1

Acessórios ESD

A segurança ESD no mundo da impressão 3D não se limita apenas à impressão de filamentos, resinas e pós . Existem também vários agentes de limpeza e acessórios que garantem a segurança ESD durante o processo de impressão ou manutenção da impressora 3D. As pinças de precisão Lawang ESD são úteis quando se trata de remover peças da placa de construção, limpar material do bocal, remover suportes ou fazer manutenção da impressora. Para minimizar o risco de um evento ESD que pode danificar os componentes eletrônicos da impressora 3D, recomenda-se o uso de pinças de precisão seguras contra ESD.

Imagem 8. Pinças de precisão Lawang ESD-safe. Fonte:Filament2Print.

Outro cuidado a ter na hora da impressão 3D é garantir que a superfície de impressão esteja livre de poeira, partículas e eletricidade estática . Uma maneira de garantir isso é usar algum tipo de limpador, por exemplo, o Novus 1 limpador acrílico para tanques de resina. Ele limpa os plásticos sem riscá-los e evita o embaçamento, repele a poeira e elimina a carga estática. É crucial para impressões de SLA bem-sucedidas porque a sujeira no tanque de resina pode desviar o laser e resultar em falhas nas impressões.

Imagem 9. Limpa acrílico Novus 1 para tanques de resina, elimina poeira, sujeira e carga estática. Fonte:Formlabs.

A indústria de impressão 3D está à altura da tarefa de satisfazer as necessidades até mesmo das indústrias mais exigentes que exigem ferramentas, materiais e tecnologia s que podem garantir não só desempenho superior, mas também versatilidade de usos e segurança. Materiais com propriedades seguras contra ESD pode ser encontrado na impressão FDM (filamentos antiestáticos e pastilhas), impressão SLA (resinas ESd), e SLS (pós anti-ESD). A segurança das superfícies de impressão também é coberta graças às ferramentas de manutenção e acessórios de limpeza da impressora 3D à prova de ESD.