Impressoras 3D Abertas vs Fechadas: Resfriamento Passivo e Ativo de Câmara Explicado

Todos os plásticos, quando extrudados em alta temperatura, sofrem contração durante o resfriamento que pode ser entre 0,3% e 4%. Esta contração pode causar deformações, se o resfriamento não for suave e homogêneo, gerando problemas como warping, delaminação de camadas ou deformações dimensionais da peça.

Tabela 1. Porcentagem de contração de vários plásticos usados na impressão 3D FFF. Fonte: SpecialChem.com

Para evitar este problema, a temperatura ao redor da peça deveria idealmente ser ligeiramente inferior à temperatura de transição vítrea (Tg) do material durante todo o processo de impressão, e ser reduzida lentamente à temperatura ambiente após a impressão.

Tabela 2: Tg e temperatura de impressão de vários filamentos. Fonte: Filament2print

Aqueles materiais que sofrem baixas taxas de contração (menos de 0,5%) não requerem aquecimento do ambiente da peça, pois os efeitos de contração são praticamente insignificantes, então podem ser impressos perfeitamente em impressoras 3D abertas , mesmo peças grandes. Estes materiais são principalmente PLA e a maioria dos filamentos PETG (mas não outros copoliésteres como PET ou CPE), bem como seus derivados.

É possível imprimir materiais com porcentagens de contração mais altas em impressoras abertas, no entanto esta possibilidade é limitada a peças pequenas, então com este tipo de materiais é aconselhável usar impressoras fechadas ou impressoras com câmara aquecida ativa.

Imagem 1: Uma impressora 3D aberta. Fonte: Prusa3D

Impressoras abertas são principalmente recomendadas para impressão de PLA, PETG e filamentos flexíveis.

Impressoras fechadas ou com câmara aquecida passiva

Impressoras fechadas são aquelas cuja área de impressão é completamente fechada. Alguns fabricantes usam o termo câmara aquecida passiva, pois tendem a acumular o calor gerado pela plataforma de impressão.

A temperatura interna que estas impressoras podem atingir varia muito de uma impressora para outra dependendo do material de que são feitas, seu volume, a temperatura da plataforma de impressão, a qualidade do isolamento e a temperatura da sala onde estão localizadas. Em geral, as impressoras de melhor qualidade são capazes de fornecer temperaturas entre 45°C e 65°C no máximo.

Embora estas temperaturas não sejam muito altas, elas estão próximas à Tg de materiais como Nylon, ABS ou ASA, tornando-os mais fáceis de imprimir e permitindo a produção de peças maiores. Embora estes tipos de impressoras melhorem substancialmente a impressão destes tipos de materiais, podem falhar com peças de grande volume. Estas impressoras são recomendadas para impressão de peças pequenas a médias em PETG, ABS, ASA, Nylon ou HIPS.

Imagem 2: Uma impressora 3D com câmara aquecida passiva. Fonte: Raise3D

Em geral, não é aconselhável usar PLA neste tipo de impressoras quando estão completamente fechadas, pois o calor gerado pode exceder a Tg do filamento, fazendo-o amolecer dentro do hotend e causando um entupimento.

Impressoras fechadas com câmara aquecida ativa

São impressoras 3D capazes de controlar a temperatura dentro da câmara. Geralmente são mais complexas e custam mais que as anteriores. Também incorporam hotends de alta temperatura (400°C - 500°C) e sistemas de resfriamento líquido.

Existem dois tipos: alta temperatura e baixa temperatura.

Câmara aquecida de baixa temperatura

Impressoras com câmara aquecida ativa de baixa temperatura tipicamente permitem temperaturas máximas controladas entre 80°C e 120°C. Estas impressoras são projetadas para produção de peças de alta qualidade, grandes, em ASA, ABS, Nylon ou PC.

Imagem 3: Uma impressora 3D com câmara aquecida de baixa temperatura. Fonte: 3ntr

Embora estes tipos de impressoras 3D às vezes sejam anunciadas como compatíveis com PEEK, geralmente não são compatíveis com todos os tipos de PEEK, apenas com alguns PEKK de baixa temperatura, e sempre limitado a peças pequenas.

Estes tipos de impressoras 3D são ideais para produzir peças em ABS, ASA, Nylon e PC que requerem boa estabilidade dimensional e baixas deformações, tornando-as a melhor opção ao produzir peças técnicas ou componentes funcionais com estes materiais.

Câmara aquecida de alta temperatura

Em geral, permitem controlar temperaturas na faixa de 160°C - 180°C. Estas impressoras são especificamente projetadas para produção de peças em PEEK, PEKK e PEI, então não é comum usar outros tipos de materiais. Este equipamento é caro e requer pessoal especializado e treinado para seu uso.

Imagem 4: Uma impressora 3D com câmara aquecida de alta temperatura. Fonte: Dynamical3D

Ao selecionar um tipo de impressora, é muito importante determinar previamente que tipo de peças e materiais serão usados.

Este guia discute os conceitos de forma geral e não foca em uma marca ou modelo específico, embora possam ser mencionados em algum momento. Pode haver diferenças importantes nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, por isso recomenda-se que o manual do fabricante seja consultado antes de ler este guia.