Um guia abrangente para materiais de impressão 3D

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 compósitos. À medida que as capacidades de O hardware e os materiais de impressão 3D continuam a avançar, mais indústrias estão adotando essa tecnologia. Mas com tantas opções de máquinas e materiais disponíveis, a tarefa pode ser desafiadora para iniciantes. Este guia tem como objetivo fornecer uma visão geral abrangente das tecnologias e materiais comuns de impressão 3D.

Tipos de tecnologias de impressão 3D e materiais preferidos

Existem vários métodos para fundir materiais durante o processo de camadas na impressão 3D:

• Modelagem de Deposição Fundida (FDM) As impressoras extrudam filamentos termoplásticos aquecidos através de um bico para a placa 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 pós finos de plástico, cerâmica ou metal com um laser de alta potência. Não são necessárias estruturas de suporte e é possível produzir características internas complexas.
• Ddireto Metal euaser Sinteragindo (DMLS) é uma tecnologia de leito de pó semelhante, projetada especificamente para processar ligas metálicas de alta resistência.

Outros métodos, como jato de material e jato de ligante, permitem imprimir em cores ou usar ligas metálicas exóticas. As possibilidades continuam se expandindo à medida que as tecnologias e os materiais de impressão 3D avançam.

Plásticos na Impressão 3D

Engenheiros de materiais continuam aprimorando as capacidades dos termoplásticos para impressão FDM. Aqui estão algumas filamentos avançados capaz de imprimir produtos de uso final duráveis:

• ASA (acrilato de acrilonitrila estireno)oferece resistência UV próxima à do ABS, além de resistência às condições climáticas externas.
• PC (policarbonato)produz componentes plásticos super-resistentes, capazes de substituir peças metálicas usinadas em alguns casos. No entanto, o conhecimento de impressão é essencial para uma boa adesão entre camadas.
• TPU (poliuretano termoplástico) e filamentos flexíveis de TPEpermitem impressões semelhantes a borracha com excepcional flexibilidade para aplicações como dispositivos vestíveis ou grips personalizados.
• PEEK (poliéter éter cetona)Suporta produtos químicos agressivos e procedimentos de esterilização, tornando-o adequado para a fabricação de dispositivos médicos e ferramentas científicas. No entanto, o preço exorbitante do filamento PEEK limita severamente sua adoção fora do âmbito industrial.

Impressão 3D de metais

Até recentemente, os metais eram domínio exclusivo das caras impressoras industriais SLS ou DMLS nos setores aeroespacial e médico. Aço inoxidável, titânio, níquel e ligas de alumínio são comumente utilizadas. Impressoras 3D de metal menores, projetadas para oficinas, universidades e estúdios de design, agora expandem o acesso graças aos menores custos de hardware. A maioria utiliza deposição de metal ligado para extrudar filamentos compósitos contendo até 70% de pó metálico.

1. Aço inoxidável – Alta resistência e resistência à corrosão

Impressão em aço inoxidável Confere estabilidade dimensional excepcional para peças que são utilizadas em ambientes externos ou expostas a produtos químicos. A adesão da camada de deposição de metal ligado permite até mesmo a impressão de pontes ou saliências sem suportes.As peças podem ser usinadas, rosqueadas e polidas após a sinterização para obter propriedades semelhantes às do aço inoxidável fabricado tradicionalmente.

2. Titânio – Extremamente leve e forte

As indústrias aeroespaciais frequentemente trabalham com ligas de titânio devido à relação resistência-peso que supera o alumínio. Impressão 3D de peças complexas de titânio em uma única peça, evitam as juntas soldadas que enfraquecem as estruturas de titânio usinadas. Os altos preços do pó de titânio continuam sendo uma barreira fora de setores como o automobilismo, que buscam componentes metálicos leves.

3. Alumínio – Um metal alternativo acessível

O alumínio é amplamente utilizado devido ao seu baixo peso e resistência à corrosão. A impressão 3D em metal permite a consolidação de peças personalizadas de alumínio, construídas como conjuntos no passado. Protótipos de ferramentas, componentes robóticos e modelos de design se beneficiam disso. Alumínio impresso em 3D. À medida que os custos das impressoras caem ainda mais, as pequenas empresas podem aproveitar as ferramentas rápidas de alumínio sem depender de fornecedores externos.

Impressão 3D de Cerâmicas e Materiais Exóticos

Cerâmicas técnicas feitas de alumina, zircônia e carboneto de silício exigem temperaturas extremamente altas e ferramentas de precisão para serem usinadas com eficiência. Peças como impulsores de bombas de cerâmica 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 que sinterizam componentes cerâmicos complexos.

Além disso, as possibilidades vão além da cerâmica. À medida que mais pesquisas investigam o uso de pós metálicos e cerâmicos com jato de ligante, até mesmo materiais raros e preciosos como prata ou ouro podem ser impressos em 3D. A tecnologia pode facilitar a fabricação de implantes médicos personalizados ou eletrônicos que integram traços condutores impressos a partir de pasta de cobre ou grafeno. Estamos apenas começando a explorar o potencial de abrangência. Cerâmica impressa em 3D, vidro e materiais exóticos.

Materiais Compósitos e Impressão 3D

Embora plásticos, metais e cerâmicas continuem sendo os materiais convencionais usados na fabricação, compósitos que combinam polímeros com outros reforços fornecem características mecânicas superiores, inatingíveis por métodos convencionais.

1. Compósitos de fibra de carbono impressos em 3D

Impressão FDM com filamento de fibra de carbono preenche peças com um polímero leve e rígido. Os filamentos rígidos exigem bicos de aço temperado para imprimir componentes resistentes à abrasão, mais fortes que o náilon e próximos do alumínio. As aplicações variam de quadros de quadricópteros personalizados a peças automotivas de alto desempenho.

2. Compósitos de metal e madeira

A modelagem por deposição fundida também combina facilmente plásticos ABS e PLA padrão com pós metálicos ou polpa de madeira para alterar propriedades estéticas, térmicas e funcionais. Impressões com infusão de latão, cobre e bronze assemelham-se visualmente a metal usinado, mantendo a leveza dos plásticos. A lamúria com preenchimento de madeira captura até padrões de grãos realistas para protótipos de móveis.

Como selecionar seus materiais ideais para impressão 3D

Com tantas máquinas e materiais disponíveis para cada aplicação e orçamento, a adequação adequada da tecnologia de impressão aos objetivos de design e requisitos de material exige pesquisa e consideração destes fatores principais:

• Funcionalidade da peça - Ela suportará 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 do material são mais fáceis de remover
• O modelo e as especificações da sua impressora 3D - As capacidades dos materiais variam.

Uma comparação de materiais populares de impressão 3D usando características principais

Material	Propriedades	Parâmetros de impressão	Custo
PLA	Resistência média, baixa flexibilidade, durabilidade moderada	180-230°C	Baixo
abdômen	Forte, moderadamente flexível, altamente durável	210-250°C	Médio
PETG	Forte e flexível, alta durabilidade	230-260°C	Médio
TPU	Resistência média, flexibilidade muito alta, durabilidade moderada	220-250°C	Médio-alto
Nylon	Alta resistência e flexibilidade, excelente durabilidade	240-260°C	Alto
ESPIADA	Extremamente forte, minimamente flexível, durabilidade muito alta	360-400°C	Muito alto
Resina	A resistência e a durabilidade variam de acordo com o tipo, não são flexíveis e são curados por UV	N/D	Alto

Ganhar experiência continua sendo crucial antes de tentar construções complexas. Inovações constantes em materiais também proporcionam às impressoras 3D mais recursos a cada ano. A consulta a dados quantitativos, como fichas técnicas ou de segurança, auxilia engenheiros e designers na seleção e qualificação do material ideal para cada aplicação.

Pós-processamento de objetos impressos em 3D

Uma impressão nova, diretamente da mesa de impressão, raramente atende aos requisitos de fábrica. Diversos processos de acabamento melhoram a resistência, a estética e a funcionalidade:

• Removendo Estruturas de Suporte– Separar os suportes ou dissolvê-los em banhos químicos.
• Lixar e Lixar– Suaviza os degraus superficiais entre camadas visíveis nas impressões.
• Preparação e pintura– As impressões SLA, em particular, precisam ser alisadas, seladas e pintadas para esconder os degraus da camada de impressão revelados após o lixamento.
• Unindo Peças- Cole os componentes usando solventes, epóxis ou soldas MABS em juntas de pool.
• Impressões em metal– Requer ciclos de desintegração e sinterização para queimar polímeros e fundir os pós em metais sólidos.

O futuro dos materiais de impressão 3D

A impressão 3D continua a se expandir, passando de um nicho de prototipagem rápida para a fabricação de peças finais em diversos setores. Com economias de escala, custos de impressão mais baixos 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 suprimentos para conservar recursos à medida que as tecnologias avançam.

Avanços em bioplásticos renováveis e química verde pode 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 compósitos ou polímeros técnicos. Com esforços colaborativos entre empresas, pesquisadores e órgãos reguladores, a impressão 3D pode proporcionar acesso equitativo e ecologicamente correto a produtos manufaturados em todo o mundo.

A lição

À medida que impressoras e materiais evoluem para oferecer maior precisão, resistência e funcionalidade a custos mais baixos, as possibilidades são infinitas. Com o conhecimento dos métodos, materiais e técnicas de pós-processamento fundamentais 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 espalha garantirá que a tecnologia contribua para um futuro equitativo e próspero em todo o mundo.

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