Filamento de impressão 3D de polipropileno (PP):materiais, propriedades e aplicações

PP (polipropileno) é um termoplástico semicristalino. É o segundo plástico commodity mais comumente usado depois do polietileno. É utilizado principalmente em embalagens de alimentos e bens de consumo, devido ao seu favorável equilíbrio de propriedades e baixo custo. O PP foi sintetizado pela primeira vez em 1951 por J. Paul Hogan e Robert Banks, funcionários da Phillips Petroleum. Posteriormente, foi comercializado com a ajuda do químico alemão Karl Rehn e do cientista italiano Giulio Natta, cujo trabalho em estereoquímica de polímeros permitiu a produção em massa de polipropileno isotático.

O uso do PP na impressão 3D não é tão difundido. Pode ser um desafio imprimir devido à sua propensão a deformar. O PP precisa de um volume de construção aquecido e de uma temperatura da placa de construção relativamente alta. O filamento de impressão 3D PP pode ser fornecido em variedades translúcidas ou coloridas ou preenchido com vários aditivos, como fibra de vidro, pó de talco ou copolímero de etileno. As três principais vantagens da impressão 3D com polipropileno são a excelente resistência à fadiga, boa resistência química e boa ligação entre camadas. Este artigo irá discutir as características gerais do polipropileno, juntamente com sua composição, propriedades e limitações, e compará-lo com outros filamentos de impressão 3D.

O que é impressão 3D PP?

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, é o processo de criação de um objeto físico, construindo-o camada por camada a partir de dados de projeto digital, normalmente por meio da deposição de materiais termoplásticos derretidos.  Está ganhando aceitação e participação de mercado à medida que as dificuldades técnicas com a impressão deste termoplástico foram resolvidas. Como tal, a impressão 3D de polipropileno (PP) envolve o uso de filamentos de polipropileno na fabricação aditiva para produzir peças duráveis ​​e flexíveis. Embora historicamente difícil de imprimir devido a problemas como empenamento e má adesão à base, os avanços recentes nas formulações de materiais e nas configurações da impressora melhoraram significativamente sua confiabilidade. O PP é especialmente valorizado pela sua excelente resistência à fadiga, tornando-o ideal para componentes funcionais como dobradiças vivas. Sua resistência química a ácidos, bases e solventes à temperatura ambiente o torna adequado para aplicações nas indústrias médica e automotiva.

Para obter mais informações, consulte nosso guia sobre impressão 3D.

Peça de polipropileno feita usando o processo de impressão 3D MJF da Xometry

Qual é a composição do filamento PP?

O polipropileno é um monômero semicristalino com a fórmula (C3H6)n. É produzido através da polimerização de crescimento em cadeia de propeno. O polipropileno está disponível como um homopolímero (grau de uso geral), um copolímero em bloco (incorpora entre 5 e 15% de etileno) e um copolímero aleatório (incorpora comonômeros dispostos aleatoriamente ao longo da cadeia molecular principal do polipropileno e inclui entre 1 e 7% de etileno). Pigmento preto de óxido de titânio pode ser adicionado para colorir o plástico e melhorar sua resistência à luz UV (ultravioleta). O filamento de polipropileno preenchido com vidro está disponível para aumentar a temperatura de deflexão térmica do polipropileno padrão em detrimento da resistência ao impacto.

Quais são as propriedades do filamento PP?

Algumas propriedades mecânicas e térmicas importantes do filamento de impressão 3D PP estão listadas abaixo:

1. O polipropileno tem uma temperatura de fusão de 130°C e uma temperatura de deflexão térmica de 64,1°C.
2. Uma das propriedades mais críticas do PP é a sua estabilidade química. Esta estabilidade química significa que é resistente a muitos produtos químicos diferentes, incluindo ácidos e álcalis.
3. O polipropileno pode resistir à carga de impacto com frenagem ou estilhaçamento.
4. O polipropileno pode suportar milhões de ciclos de tensão sem falhar.

Comparação das propriedades do filamento PP

A Tabela 1 lista as propriedades do filamento de impressão 3D PP em comparação com uma variedade de outros filamentos de alto desempenho:

Tabela 1:Comparação de PP vs ABS vs PETG
Propriedade PP ABS PETG
Propriedade

Módulo de tração (MPa)

PP

234±16

ABS

1699±113

PETG

1711±45

Propriedade

Tensão de tração @ rendimento (MPa)

PP

8,6±0,4

ABS

38,1±0,3

PETG

46,2±0,8

Propriedade

Alongamento @ rendimento (%)

PP

18,7±3,0

ABS

4,1±0,1

PETG

5,9±0,1

Propriedade

Módulo Flexural (MPa)

PP

250±9

ABS

1317±28

PETG

1489±25

Propriedade

Resistência à Flexão (MPa)

PP

9,4±0,3

ABS

21,5±1,8

PETG

50±3,5

Propriedade

Resistência ao Impacto Charpy (kJ/m2) 

PP

49,1 ± 3,2 (entalhado)

ABS

1,5 ± 0,1 (dobradiça)

PETG

7,9 ± 0,6 (entalhado)

Propriedade

Dureza (Costa D)

PP

42

ABS

55–70

PETG

55–70

Propriedade

Temperatura de deflexão térmica (0,455 MPa)

PP

64,1±3,6

ABS

86,6±0,4

PETG

76,2±0,8

Propriedade

Temperatura de transição vítrea (°C)

PP

-20

ABS

100,5

PETG

77,4

Propriedade

Temperatura de fusão (°C)

PP

130,6

ABS

N/A (polímero amorfo)

PETG

230-250

Por que o PP é usado na impressão 3D?

Embora o PP não ofereça alta resistência à tração em comparação com polímeros de engenharia, ele possui diversas propriedades distintas que o tornam valioso para casos de uso específicos. O PP é particularmente adequado para aplicações como dobradiças vivas, recipientes translúcidos ou semiflexíveis e componentes de dispositivos vestíveis, como tiras, devido à sua excelente resistência à fadiga e baixa absorção de umidade. Também apresenta alta resistência química a ácidos, bases e muitos solventes, tornando-o ideal para ambientes laboratoriais ou industriais. Além disso, o PP é amplamente utilizado nas indústrias médica e automotiva, onde sua biocompatibilidade, resistência aos processos de esterilização e propriedades de leveza são vantajosas. Como muitos termoplásticos, o polipropileno é reciclável, embora as peças de PP impressas em 3D possam ser mais difíceis de reciclar devido ao pequeno tamanho das peças e à contaminação do material. No entanto, a sua natureza termoplástica permite que seja fundido novamente e reutilizado em sistemas de produção em circuito fechado.

Como usar PP na impressão 3D

O filamento de impressão PP 3D é um dos termoplásticos mais difíceis de imprimir. No entanto, se forem utilizadas as configurações corretas, não há razão para que resultados excelentes não possam ser alcançados. Listamos abaixo algumas dicas para impressão com polipropileno:

1. O filamento de impressão PP 3D não se adere facilmente a uma placa de impressão não preparada. A fita de embalagem aplicada à placa de impressão criará uma boa adesão à primeira camada impressa, assim como bastões de cola especializados, como Magigoo PP.
2. O polipropileno deformará facilmente durante a impressão se o ambiente de impressão não for mantido a uma temperatura relativamente alta de 45°C. Portanto, recomenda-se um volume de impressão fechado.
3. Uma “jangada” é uma base impressa sobre a qual uma peça real pode ser impressa. Usar uma jangada protegerá a camada de base da peça, pois às vezes a peça irá aderir muito bem a uma placa de construção devidamente preparada e a remoção da peça pode danificar sua base. Uma jangada pode ser facilmente removida simplesmente puxando-a.

Quais são as melhores configurações para impressão 3D PP?

Embora um volume de construção aquecido e técnicas adequadas de adesão à base melhorem significativamente a taxa de sucesso de impressão com PP, otimizar as configurações da impressora é igualmente importante. Os parâmetros listados abaixo servem como orientação geral, mas para obter os melhores resultados, consulte sempre a ficha técnica ou as recomendações do fabricante para o seu tipo específico de filamento de polipropileno. O polipropileno é conhecido por sua baixa energia superficial, o que torna a adesão um desafio. Técnicas como o uso de uma placa de construção de polipropileno, fita adesiva (à base de PP) ou primers de adesão especiais (por exemplo, Magigoo PP) são recomendadas para uma adesão confiável ao leito.

Os dados a seguir na Tabela 2 são algumas das configurações importantes da impressora a serem determinadas e definidas antes de imprimir com filamento de polipropileno:

Tabela 2. Configurações típicas da impressora PP
Configuração da impressora Valor
Configuração da impressora

Temperatura da cama

Valor

85-100°C

Configuração da impressora

Temperatura do bico

Valor

205-220°C

Configuração da impressora

Velocidade de impressão

Valor

30-90 mm/s (velocidade mais lenta produz melhores resultados)

Configuração da impressora

Distância de retração

Valor

6,5 mm para extrusoras Bowden; 

3mm para sistemas de acionamento direto

Configuração da impressora

Densidade de preenchimento

Valor

20%

Qual é a melhor velocidade de impressão PP 3D?

A velocidade de impressão recomendada para PP normalmente varia de 30 mm/s a 60 mm/s, dependendo da configuração da impressora, da marca do filamento e da qualidade desejada da peça. Embora seja possível imprimir em velocidades de até 90 mm/s, isso pode introduzir imprecisões dimensionais e problemas de adesão de camadas se não for controlado adequadamente. Velocidades de impressão mais baixas (30-50 mm/s) são geralmente preferidas para melhorar a estabilidade dimensional e a qualidade da superfície, especialmente ao imprimir peças que exigem tolerâncias estreitas ou empenamento mínimo. Velocidades mais altas, ao mesmo tempo que reduzem o tempo geral de impressão, podem levar a inconsistências térmicas e deformações devido à alta taxa de encolhimento do PP.

O aumento da velocidade de impressão pode, às vezes, melhorar a ligação entre camadas, pois reduz o tempo de resfriamento entre as deposições das camadas, permitindo que a camada anterior permaneça quente e se ligue melhor à próxima. No entanto, este benefício é altamente dependente do controle preciso da temperatura e do gerenciamento eficaz do resfriamento das peças, o que pode ser difícil com o PP devido à sua baixa energia superficial e baixa adesão ao leito. Se for tentada a impressão em alta velocidade, é essencial que a impressora 3D seja mecanicamente rígida para minimizar a vibração e a ressonância. Movimento excessivo ou oscilação durante a operação em alta velocidade podem degradar significativamente a qualidade de impressão, especialmente em peças mais altas ou geometricamente complexas.

Qual é a temperatura de fusão do filamento PP?

A temperatura de fusão do filamento de polipropileno está normalmente na faixa de 160°C a 170°C, embora possa variar dependendo do fabricante e de quaisquer aditivos incluídos na formulação. Embora o PP isotático puro tenha um ponto de fusão de aproximadamente 130,6°C, a maioria dos filamentos de impressão 3D comerciais usam versões modificadas para melhorar a capacidade de impressão, o que aumenta a faixa de fusão efetiva. Na prática, o PP é geralmente extrudado entre 220°C e 250°C para garantir o fluxo adequado e a ligação entre camadas. Consulte sempre a ficha técnica (TDS) do filamento específico para determinar as configurações corretas de temperatura para obter ótimos resultados.

Trabalhar com polipropileno na impressão 3D revelou como as propriedades do material determinam não apenas o desempenho da peça, mas também a estabilidade do processo. Sua baixa energia superficial e alto encolhimento introduziram desafios que exigiram mais do que apenas controle de temperatura – eles exigiram uma compreensão refinada da mecânica de adesão e do comportamento térmico. Embora as fichas técnicas destacassem sua resistência química e vida útil à fadiga, o uso no mundo real enfatizava que a impressão bem-sucedida dependia de um ambiente rigorosamente controlado e de um manuseio específico do material. Para engenheiros que buscam durabilidade em peças flexíveis, o PP oferece um valor único, mas somente quando as restrições do processo são levadas em conta desde o início.

É necessária uma base de impressão aquecida ao imprimir com PP?

Sim, é necessária uma base de impressão aquecida ao imprimir com polipropileno. A falha na impressão com uma base aquecida a pelo menos 85°C causará problemas de adesão da base, resultando em falha na impressão.

O que é uma boa espessura de parede para impressão 3D PP?

A espessura ideal da parede para impressão 3D PP depende da aplicação pretendida. Ainda assim, uma orientação geral é usar uma espessura mínima de parede de cerca de 1 mm para peças funcionais padrão. Isso fornece resistência e rigidez suficientes, ao mesmo tempo que minimiza empenamentos. Para recursos especializados, como dobradiças vivas, a excelente resistência à fadiga do PP permite seções muito mais finas – tão baixas quanto 0,4 mm – para manter a flexibilidade e a durabilidade em ciclos repetidos. No entanto, paredes mais finas que 0,8 mm podem exigir configurações de impressora ajustadas, incluindo resfriamento adequado, velocidades mais lentas e extrusão de alta precisão. Como sempre, as considerações de design devem estar alinhadas com as diretrizes do fabricante do filamento para melhor desempenho.

O que é uma boa densidade de parede para impressão 3D PP?

A densidade de preenchimento ideal para uma peça impressa em 3D de polipropileno não funcional é de 20%. No entanto, esta densidade deve ser ajustada dependendo da aplicação pretendida. Aplicações de suporte de carga podem exigir densidade de preenchimento de 50-80%. O preenchimento padrão do tipo grade será suficiente para a maioria das aplicações.

Qual é a diferença entre PP e PLA na impressão 3D?

O PLA (Ácido Polilático) é um material rígido e quebradiço com baixa resistência à fadiga em comparação com o polipropileno. No entanto, o PLA é significativamente mais barato que o filamento de impressão 3D PP e é muito mais fácil de imprimir.

Qual é a diferença entre PP e ABS na impressão 3D?

O ABS (acrilonitrila butadieno estireno) tem resistência mecânica significativamente melhor do que o filamento de polipropileno para impressora 3D. No entanto, ambos os materiais são propensos a deformar e requerem volumes de construção aquecidos durante a impressão.

Qual é a diferença entre PP e PET na impressão 3D?

Existe uma sobreposição considerável nas aplicações de PP e PET (Polietileno Tereftalato). Por exemplo, ambos são usados ​​para armazenar alimentos e líquidos com segurança. PP e PET também possuem propriedades semelhantes de resistência à temperatura e rigidez.

Perguntas frequentes sobre impressão 3D PP

O PP é biodegradável?

O filamento de polipropileno para impressão 3D não é biodegradável e deve ser reciclado em instalações industriais.

O PP é reciclável?

Como a maioria dos termoplásticos, o polipropileno é reciclável. 

O PP é higroscópico?

O filamento de polipropileno para impressão 3D não é higroscópico. Não absorve umidade facilmente. 

Resumo

Este artigo apresentou o filamento PP para impressão 3D, explicou o que é e discutiu diferentes fatores a serem considerados ao usá-lo na impressão 3D. Para saber mais sobre o filamento PP para impressão 3D, entre em contato com um representante da Xometry.

A Xometry oferece uma ampla gama de recursos de fabricação, incluindo impressão 3D e outros serviços de valor agregado para todas as suas necessidades de prototipagem e produção. Acesse nosso site para saber mais ou solicitar um orçamento gratuito e sem compromisso.

Isenção de responsabilidade

O conteúdo que aparece nesta página é apenas para fins informativos. A Xometry não faz nenhuma representação ou garantia de qualquer tipo, expressa ou implícita, quanto à precisão, integridade ou validade das informações. Quaisquer parâmetros de desempenho, tolerâncias geométricas, características específicas de design, qualidade e tipos de materiais ou processos não devem ser inferidos para representar o que será entregue por fornecedores ou fabricantes terceirizados através da rede da Xometry. Os compradores que buscam cotações de peças são responsáveis ​​por definir os requisitos específicos dessas peças. Consulte nossos termos e condições para obter mais informações.



Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

Leia mais artigos de Dean McClements