Compreendendo o filamento de impressão 3D de ferro magnético:materiais, propriedades e aplicações

O que é impressão 3D em ferro magnético?

A impressão 3D em ferro magnético é o uso de filamentos plásticos cheios de ferro para imprimir em 3D peças que parecem metálicas. A impressão com este filamento é feita por um processo completamente diferente das técnicas usadas para impressão de metal em pó, como DMLS e SLM, que derretem e fundem o pó metálico a granel para construir peças metálicas. Em contraste, as peças acabadas impressas com filamento de ferro magnético permanecem uma matriz plástica com enchimento de metal. Embora as peças impressas com filamento de ferro magnético tenham uma aparência metálica, sua resistência e durabilidade são quase as mesmas do polímero PLA original. As peças impressas com estes filamentos especiais podem ser mais frágeis do que o PLA padrão. Usar esses filamentos para imprimir peças fará com que as peças acabadas sejam ferromagnéticas, o que significa que os materiais magnéticos irão aderir a elas. Para obter mais informações, consulte nosso guia de impressão 3D.

Qual é a composição do filamento de ferro magnético?

A composição do filamento de impressão 3D de ferro magnético depende do fabricante do filamento. Contudo, em geral, a percentagem de ferro magnético num filamento é de cerca de 5-15% do volume ou peso total do filamento. O volume restante ou porcentagem em peso compreende o material termoplástico de base. Porcentagens mais altas de ferro levam a um acabamento mais metálico e a propriedades ferromagnéticas mais fortes, mas resultarão em trabalhos de impressão mais difíceis e peças quebradiças. Além de PLA, ABS e Nylon, também podem ser preenchidos com pós de ferro para fazer filamentos magnéticos.

Quais são as propriedades do filamento de ferro magnético?

Apesar de terem aparência metálica, as peças impressas com filamento magnético de ferro não compartilham muitas características com os metais reais. A lista abaixo descreve algumas propriedades dos filamentos magnéticos de ferro:

1. Eles produzem peças com brilho metálico.
2. Eles têm propriedades ferromagnéticas (ferro e outros materiais magnéticos são atraídos por peças impressas com filamentos de impressão 3D de ferro magnético).
3. Eles têm resistência e propriedades (mecânicas, térmicas, elétricas, químicas, grau de biodegradabilidade e reciclabilidade) mais semelhantes ao material da matriz termoplástica primária do que ao metal adicionado.
4. Eles têm uma densidade cerca de 1,5x maior que o material do filamento de polímero base.
5. As partículas de pó metálico são abrasivas, aumentando a taxa de desgaste no bico de extrusão da impressora em comparação com o filamento somente de plástico.
6. A capacidade de ponte e suporte é fraca devido ao aumento da densidade do filamento devido aos pós de ferro.

Comparação das propriedades do filamento de ferro magnético

A Tabela 1 abaixo mostra uma comparação de alguns dos atributos de vários filamentos de impressão 3D:

Tabela 1:Características do PLA preenchido com ferro magnético vs. PLA vs. ABS
Propriedade PLA cheio de ferro magnético PL padrão ABS
Propriedade

Resistência

PLA magnético cheio de ferro

Baixo

PLA padrão

base

ABS

Alto

Propriedade

Flexibilidade

PLA magnético cheio de ferro

Mínimo

PLA padrão

Alguns

ABS

Mais

Propriedade

Densidade

PLA magnético cheio de ferro

Até 1,5 x filamento base

PLA padrão

base

ABS

Baixo

Propriedade

Aparência

PLA magnético cheio de ferro

Metálico

PLA padrão

Brilhante

ABS

Brilhante

Propriedade

Desgaste do bico durante a impressão

PLA magnético cheio de ferro

Superior

PLA padrão

Padrão

ABS

Padrão

Propriedade

Capacidade de ponte e suporte

PLA magnético cheio de ferro

Pobre

PLA padrão

Bom

ABS

Bom

Propriedade

Biodegradável?

PLA magnético cheio de ferro

Sim

PLA padrão

Sim

ABS

Não

Quais são as limitações da impressão 3D com ferro magnético?

Os filamentos cheios de metal são conhecidos por serem difíceis de imprimir e não são diferentes dos filamentos magnéticos de ferro. As limitações da impressão 3D com ferro magnético dizem respeito às configurações de impressão e ao seu impacto na qualidade final da peça. Um desafio é que as partículas finas de pó de ferro magnético dentro do filamento desgastam a ponta do bico, levando a um desgaste acelerado. 

Outra limitação são as fracas capacidades de suporte de pontes e saliências dos filamentos de ferro magnético. Esta limitação se deve ao aumento da densidade do filamento que resulta da adição de pós metálicos. 

Finalmente, a fração de pó metálico pode causar entupimentos e atolamentos durante a impressão. Isso significa que as configurações de impressão, como velocidades e alimentações de impressão, espessuras de camada e distâncias de retração, devem ser ajustadas e otimizadas para encontrar as melhores configurações para uma impressão específica. Em comparação com filamentos padrão, como o PLA, as peças impressas com filamentos de ferro magnético requerem mais atenção aos detalhes do processo para obter peças com as qualidades desejadas.

Por que o ferro magnético é usado na impressão 3D?

Os filamentos de impressão 3D de ferro magnético são usados na impressão 3D para criar peças com aparência metálica sem a necessidade de uma impressora 3D de metal cara ou de processos tradicionais de fabricação de metal. Peças com brilhos metálicos realistas, como esculturas, joias, ornamentos, adereços e réplicas, são algumas das aplicações mais comuns de filamentos de ferro magnético na impressão 3D. Além das peças ornamentais e decorativas, as peças impressas com esses filamentos estão sendo cada vez mais utilizadas em vários sensores e atuadores, pequenos motores e dispositivos de armazenamento de computador. Embora o uso de filamentos de impressão 3D de ferro magnético possa criar peças que se parecem com ferro, essas peças não possuem as características físicas ou químicas do ferro. De forma alguma uma peça impressa com filamentos magnéticos de ferro deve ser usada no lugar de uma peça metálica, a menos que a peça não seja resistente ou seja apenas estética. 

Como usar o ferro magnético na impressão 3D?

Imprimir com filamentos magnéticos de ferro pode ser mais desafiador do que imprimir com filamentos padrão, mas não é impossível. Listadas abaixo estão algumas das melhores práticas sobre como usar o ferro magnético na impressão 3D:

1. Pequenos pós de ferro presentes no filamento podem causar abrasão e desgastar rapidamente os bicos de latão. Use um bico resistente ao desgaste feito de aço temperado ou inoxidável para filamentos cheios de metal. Verifique rotineiramente o estado de desgaste do seu bico.
2. Os bicos padrão possuem um orifício de 0,4 mm de diâmetro. Partículas de metal tendem a se aglomerar ao redor do orifício e impedir a alimentação dos filamentos. Para evitar aglomeração ao redor do orifício, use um bico com orifício maior (0,5-0,6 mm).
3. Como os filamentos preenchidos com metal são mais densos que os filamentos poliméricos padrão, eles são mais pesados para um determinado tamanho de filamento. Este aumento de peso pode levar à queda ou quebra do filamento quando as instruções de impressão exigirem preencher uma lacuna ou imprimir uma saliência. Se puder, evite imprimir peças com pontes ou saliências ao usar filamento de impressão 3D de ferro magnético.
4. Como os filamentos cheios de metal são frágeis, eles podem quebrar ou rachar facilmente. Este problema pode ocorrer se o caminho de impressão do filamento tiver muitos cantos afiados entre o carretel e a extrusora. Para resolver este problema, minimize a distância entre o carretel e a extrusora – quanto mais próximos os dois estiverem, melhor. 
5. Os pós metálicos no filamento tornam difícil para a extrusora retrair o material fundido de volta para o bocal durante a impressão. Esta retração leva a bolhas de material no início e no final de um determinado segmento de impressão. Otimize as configurações de retração para evitar a retração.

Quais são as melhores configurações para impressão 3D em ferro magnético?

Protoplant, Inc. fabrica um popular filamento magnético cheio de ferro sob a marca Protopasta. Embora as configurações da impressora para filamentos cheios de metal sejam diferentes dependendo do fabricante, as configurações que a Protopasta recomenda para seu filamento PLA magnético cheio de ferro podem ser consideradas típicas e estão listadas na Tabela 2 abaixo:

Tabela 2. Configurações da impressora 3D de ferro magnético
Configuração da impressora Valor
Configuração da impressora

Temperatura da cama

Valor

Ambiente a 60 ℃

Configuração da impressora

Temperatura do bico

Valor

185-215 ℃

Configuração da impressora

Velocidade de impressão

Valor

10-20 mm/s (primeira camada); 20-80 mm/s (resto da peça)

Configuração da impressora

Velocidade do ventilador da extrusora

Valor

10-20% do RPM máximo

Configuração da impressora

Retração 

Valor

Mínimo

Configuração da impressora

Altura da camada

Valor

0,15-0,20mm

Configuração da impressora

Cama de impressão

Valor

Aplique cola que desaparece, fita adesiva ou PEI

Qual é a melhor velocidade de impressão 3D em ferro magnético?

As melhores velocidades de impressão 3D para filamentos magnéticos cheios de ferro são 10-20 mm/s para a primeira camada e 20-80 mm/s para todas as camadas subsequentes. Use uma velocidade de impressão mais lenta no início da impressão para garantir a adesão à base de impressão. Após a conclusão da primeira camada, as velocidades de impressão devem ser aumentadas para evitar entupimentos e atolamentos no bico.

Qual é a temperatura de fusão do filamento de ferro magnético?

A temperatura de fusão do filamento de impressão 3D de ferro magnético é aproximadamente a mesma do PLA padrão (180-190 ℃) para o filamento Protopasta, uma vez que apenas o plástico está realmente derretendo - e não os pós metálicos. No entanto, como os filamentos cheios de metal são mais frágeis do que os seus homólogos não cheios, podem ser necessárias temperaturas ligeiramente mais elevadas para reduzir a fragilidade. 

É necessária uma base de impressão aquecida ao imprimir com ferro magnético?

Não, não é necessária uma base aquecida ao imprimir com filamentos magnéticos cheios de ferro. Mas eles podem ser extraordinariamente benéficos. Temperaturas mais altas do leito podem ajudar na adesão do leito, ajudar a reduzir as tensões residuais nas peças impressas e ajudar na prevenção de empenamento. As camas podem ter temperaturas que correspondam à temperatura ambiente ou cheguem a 60 ℃. 

Qual é uma boa espessura de parede para ferro magnético de impressão 3D?

Boas espessuras de parede para peças impressas com filamentos de ferro magnético são semelhantes às espessuras de parede de seu plástico de base primário. Para PLA magnético preenchido com ferro, recomenda-se que a espessura da parede seja de 1,5 mm, sendo 0,8 mm o mínimo absoluto.

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

Uma “boa” densidade de preenchimento para impressão 3D com ferro magnético se resume às propriedades desejadas da peça impressa final. Existe uma correlação entre a densidade da parede ou do preenchimento e a resistência das peças impressas em 3D resultantes. Se for uma preocupação manter uma alta velocidade de impressão, considere usar uma densidade de preenchimento mais baixa (15-50%). A redução da densidade de preenchimento levará a peças que podem dobrar e quebrar facilmente devido à fragilidade dos filamentos preenchidos com metal, mas a impressão em altas velocidades pode ser usada para verificar rapidamente a geometria e a estética das peças. Considere usar um preenchimento mais denso (50-80%) para peças funcionais e duráveis.

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

A maior diferença entre o filamento de impressão PLA puro e o filamento PLA magnético preenchido com ferro é que o PLA magnético preenchido com ferro é magnético. Esses pós metálicos resultam em peças mais frágeis e trabalhos de impressão que exigem mais ajuste e atenção do que as peças PLA padrão. As peças impressas em ferro magnético podem ter uma aparência metálica e exibir propriedades magnéticas, mas retêm muitas das mesmas características e propriedades do PLA padrão.

Resumo

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

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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.

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