Um Guia Completo sobre Materiais de Impressão 3D
Table of Contents
- Tipos de Tecnologias de Impressão 3D e Materiais Preferidos
- Plásticos na Impressão 3D
- Impressão 3D de Metais
- Cerâmicas e Materiais Exóticos na Impressão 3D
- Materiais Compostos e Impressão 3D
- Como Selecionar Seus Materiais Ideais de Impressão 3D
- Pós-processamento de Objetos Impressos em 3D
- O Futuro dos Materiais de Impressão 3D
- A Conclusão
- Leia Mais
A tecnologia de impressão 3D revolucionou a fabricação e o design de produtos nos últimos anos. Também conhecida como manufatura aditiva, a impressão 3D constrói objetos camada por camada usando materiais como plásticos, metais, cerâmicas e compostos. À medida que as capacidades do hardware e materiais de impressão 3D continuam a avançar, mais indústrias estão adotando essa tecnologia. Mas com tantas máquinas e opções de materiais agora disponíveis, pode ser avassalador para os iniciantes. Este guia tem como objetivo fornecer uma visão abrangente das tecnologias e materiais comuns de impressão 3D.
Tipos de Tecnologias de Impressão 3D e Materiais Preferidos
Vários métodos existem para fundir materiais durante o processo de camadas na impressão 3D:
- Modelagem por Deposição Fundida (FDM) impressoras extrudem filamentos termoplásticos aquecidos por meio de um bico sobre a mesa de construção. Plásticos ABS e PLA são comumente usados.
- Estereolitografia (SLA) solidifica resina líquida em plástico endurecido usando um feixe de laser ultravioleta direcionado por espelhos de varredura. As resinas são formuladas para baixa viscosidade e tempos de cura rápidos.
- Sinterização Seletiva a Laser (SLS) sinteriza finos pós de plástico, cerâmica ou metal juntos com um laser de alta potência. Não são necessárias estruturas de suporte e características internas complexas podem ser produzidas.
- Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS) é uma tecnologia de leito de pó semelhante projetada especificamente para processar ligas de metal de alta resistência.
Outros métodos como jateamento de material e jateamento de ligante podem imprimir em cores completas ou usar ligas de metal exóticas. As possibilidades continuam se expandindo à medida que as tecnologias e materiais de impressão 3D avançam.
Plásticos na Impressão 3D
Engenheiros de materiais continuam a impulsionar as capacidades dos termoplásticos para impressão FDM. Aqui estão alguns filamentos avançados capazes de imprimir produtos duráveis para uso final:
- ASA (acrilonitrila estireno acrilato)oferece resistência UV próxima ao ABS junto com capacidade de resistência ao clima ao ar livre.
- PC (policarbonato)produz componentes de plástico super resistentes capazes de substituir peças de metal usinadas em alguns casos. No entanto, o conhecimento em impressão é essencial para uma boa adesão entre camadas.
- TPU (poliuretano termoplástico) e filamentos flexíveis TPEpermitem impressões semelhantes a borracha com flexibilidade excepcional para aplicações como dispositivos vestíveis ou pegadores personalizados.
- PEEK (poliéter éter cetona)suporta produtos químicos agressivos e procedimentos de esterilização, tornando-o adequado para fabricação de dispositivos médicos e ferramentas científicas. No entanto, o preço exorbitantemente alto do filamento PEEK limita severamente a adoção fora das indústrias.
Impressão 3D de Metais
Até recentemente, os metais eram exclusivamente do domínio de impressoras industriais SLS ou DMLS caras nos setores aeroespacial e médico. Aço inoxidável, titânio, ligas de níquel e alumínio são comumente usados. Impressoras de metal menores projetadas para oficinas, universidades e estúdios de design agora expandem o acesso graças aos custos mais baixos de hardware. A maioria usa deposição de metal ligado para extrudar filamentos compostos contendo até 70% de conteúdo de pó de metal.
1. Aço Inoxidável – Alta Resistência e Resistência à Corrosão
Imprimir aço inoxidável concede uma estabilidade dimensional excepcional para peças que são expostas ao uso externo ou a produtos químicos. A adesão entre camadas da deposição de metal ligado até permite imprimir pontes ou balanços sem suportes. As peças podem ser usinadas, roscadas e polidas após a sinterização para propriedades semelhantes ao aço inoxidável tradicionalmente fabricado.
2. Titânio – Extremamente Leve e Resistente
As indústrias aeroespaciais frequentemente trabalham com ligas de titânio devido às relações resistência-peso que superam o alumínio. Imprimir peças complexas de titânio em uma única peça evita as juntas soldadas que enfraquecem as estruturas usinadas de titânio. Os altos preços do pó de titânio permanecem como uma barreira fora das indústrias como esportes a motor que buscam componentes metálicos leves.
3. Alumínio – Um Metal Alternativo Acessível
O alumínio desfruta de uso generalizado devido ao seu baixo peso e resistência à corrosão. A impressão de metal torna possível consolidar peças de alumínio personalizadas construídas como montagens no passado. Protótipos de ferramentas, componentes de robótica e modelos de design todos se beneficiam do alumínio impresso em 3D. À medida que os custos das impressoras caem ainda mais, pequenas empresas podem aproveitar a rápida ferramentaria de alumínio sem depender de fornecedores externos.
Cerâmicas e Materiais Exóticos na Impressão 3D
Cerâmicas técnicas feitas de alumina, zircônia e carbeto de silício requerem temperaturas extremamente altas e ferramentas de precisão para serem usinadas eficientemente. Peças como rotores de bombas cerâmicas e sistemas de orientação de mísseis eram anteriormente impossíveis de produzir fora de fundições especializadas. A impressão 3D elimina essas barreiras com tecnologias de leito de pó sinterizando componentes cerâmicos complexos.
Além disso, as possibilidades se expandem além das cerâmicas. À medida que mais pesquisas investigam o uso de pós de metal e cerâmica com jateamento de ligante, até materiais raros e preciosos como prata ou ouro podem ser impressos em 3D. A tecnologia pode facilitar implantes médicos personalizados ou eletrônicos integrando trilhas condutoras impressas a partir de pasta de cobre ou grafeno real. Estamos apenas começando a explorar o potencial abrangendo cerâmicas impressas em 3D, vidro e materiais exóticos.
Materiais Compostos e Impressão 3D
Enquanto plásticos, metais e cerâmicas permanecem os materiais convencionais usados na fabricação, os compósitos que combinam polímeros com outras reforços fornecem características mecânicas superiores inatingíveis por métodos convencionais.
1. Compostos de Fibra de Carbono Impressos em 3D
A impressão FDM com filamento de fibra de carbono preenche peças com um polímero leve e rígido. Os filamentos rígidos requerem bicos de aço endurecido para imprimir componentes resistentes à abrasão mais fortes que o nylon e se aproximando do alumínio. As aplicações variam de quadros de quadricópteros personalizados a peças automotivas de alto desempenho.
2. Compostos de Metal e Madeira
A modelagem por deposição fundida também combina facilmente plásticos padrão ABS e PLA com pós de metal ou polpa de madeira para alterar propriedades estéticas, térmicas e funcionais. Impressões infundidas com latão, cobre e bronze se assemelham visualmente a metais usinados, mantendo o peso mais leve dos plásticos. O filamento de madeira até captura padrões de grãos realistas para protótipos de móveis.
Como Selecionar Seus Materiais Ideais de Impressão 3D
Com tantas máquinas e materiais agora disponíveis para cada aplicação e orçamento, combinar adequadamente a tecnologia de impressão com os objetivos de design e requisitos de material requer pesquisa e consideração desses fatores-chave:
- Funcionalidade da peça - Ela será submetida a cargas ou condições ambientais adversas?
- Precisão dimensional e precisão de impressão necessárias
- Propriedades mecânicas como rigidez, resistência ao desgaste ou limites de temperatura
- Custos de material - Filamentos exóticos podem ter preços premium
- Facilidade de pós-processamento - Alguns suportes de impressão são mais fáceis de remover
- Modelo da sua impressora 3D e especificações - As capacidades de material variam.
Uma comparação de materiais populares de impressão 3D usando características-chave
| Material | Propriedades | Parâmetros de Impressão | Custo |
|---|---|---|---|
| PLA | Média resistência, baixa flexibilidade, durabilidade moderada | 180-230°C | Baixo |
| ABS | Forte, moderadamente flexível, altamente durável | 210-250°C | Médio |
| PETG | Forte e flexível, alta durabilidade | 230-260°C | Médio |
| TPU | Média resistência, flexibilidade muito alta, durabilidade moderada | 220-250°C | Médio-Alto |
| Nylon | Alta resistência e flexibilidade, excelente durabilidade | 240-260°C | Alto |
| PEEK | Extremamente resistente, minimamente flexível, durabilidade muito alta | 360-400°C | Muito Alto |
| Resina | Força e durabilidade variam por tipo, não flexível, curada por UV | N/A | Alto |
Ganhar experiência continua a ser crucial antes de tentar construções complexas. Inovações constantes nos materiais também dão às impressoras 3D mais capacidades a cada ano. Referenciar dados quantitativos como fichas técnicas ou de segurança ajuda engenheiros e designers na seleção e qualificação do material ideal para cada aplicação.
Pós-processamento de Objetos Impressos em 3D
Uma impressão fresca diretamente da placa de construção raramente satisfaz os requisitos imediatamente. Vários processos de acabamento melhoram a resistência, estética e funcionalidade:
- Remoção de Estruturas de Suporte– Remova os suportes quebrando-os ou dissolvendo-os em banhos químicos.
- Lixar e Limar– Suaviza as etapas superficiais entre camadas visíveis nas impressões.
- Aplicação de Primer e Pintura– Impressões SLA em particular precisam ser suavizadas, seladas e pintadas para esconder as etapas das camadas de impressão reveladas após o lixamento.
- Unir Peças– Cole os componentes usando solventes, epóxis ou soldas MABS.
- Impressões em Metal– Requerem ciclos de desligamento e sinterização para queimar os polímeros e fundir os pós em metais sólidos.
O Futuro dos Materiais de Impressão 3D
A impressão 3D continua a expandir-se de propósitos de prototipagem rápida de nicho para fabricação de peças finais em diversas indústrias. Com economias de escala, custos mais baixos de impressoras e uma gama mais ampla de materiais, um futuro de produção totalmente distribuída e sob demanda é plausível. Mas a verdadeira sustentabilidade depende da reformulação das cadeias de abastecimento para conservar recursos à medida que as tecnologias avançam.
Avanços em bioplásticos renováveis e química verde podem minimizar o desperdício e o uso de energia durante a síntese de materiais para impressoras 3D. A reciclabilidade também precisa ser mais considerada durante a formulação de novos compostos ou polímeros técnicos. Com esforços colaborativos entre empresas, pesquisadores e reguladores, a impressão 3D poderia fornecer acesso climaticamente amigável e equitativo a bens manufaturados globalmente.
A Conclusão
À medida que as impressoras e materiais avançam para oferecer maior precisão, resistência e funcionalidade a custos mais baixos, as possibilidades são infinitas. Com o conhecimento dos métodos fundamentais, materiais e técnicas de pós-processamento abordados aqui, os engenheiros podem aproveitar a impressão 3D para imaginar designs de produtos e negócios totalmente novos. Manter práticas responsáveis e sustentáveis à medida que a impressão 3D se propaga mais garantirá que a tecnologia se desenvolva em direção a um futuro equitativo e próspero em todo o mundo.