Impressão 3D: Qual o melhor tipo de filamento para você?

Você provavelmente já ouviu falar da produção por manufatura aditiva. Se não, talvez a conheça como impressão 3D, um método de fabricação que utiliza filamento e pode ocorrer de 3 principais maneiras:


  1. SLS – a Sinterização Seletiva a Laser ocorre com a solidificação do material em pó distribuído na mesa de impressão.


  1. SLA – a estereolitografia é o processo no qual o laser ultravioleta endurece a resina dentro de um recipiente ao entrar em contato com ela.


  1. FDM – ocorre a extrusão de um filamento aquecido, sobrepondo camadas de material que resfriam e grudam umas nas outras com base em um modelo digital. É o método mais utilizado por seu custo acessível.


Um dos parâmetros para a produção em 3D pelo método FDM é a escolha do filamento que o confeccionará. Esse fio contínuo alimenta a impressora 3D e depois o extrusor irá derretê-lo formando o objeto final.


Impressão pelo método FDM
Impressão pelo método FDM


A utilização principal de polímeros plásticos na impressão 3D por FDM advém da sua grande presença no mundo atual, resultado das diversas aplicações e características dos polímeros. 


Porém, essa diversidade também influencia a variedade de materiais plásticos utilizados na fabricação de peças em 3D. Como então escolher entre PLA, PETG, ABS, TPU,…? 


A variedade de aplicações possíveis gera uma grande quantidade de filamentos plásticos. Portanto, para cada situação o filamento precisa ter características específicas que garantam a sua peça a qualidade exigida.


A fim de escolher o filamento que melhor atende às necessidades do seu projeto, deve se conhecer as vantagens e desvantagens de cada material. Vamos então analisar os principais filamentos utilizados na impressão 3D, assim como suas aplicações e filamentos semelhantes.


Filamentos de PLA – Facilidade

O PLA (ácido poliláctico) é um material biodegradável, originado de fontes renováveis, e atóxico, tornando-o um Filamento Sustentável. Caso deseje ler sobre desenvolvimento na engenharia, clique aqui.


Diversas impressoras usam este material, pois não necessita de aquecimento da mesa para a impressão e de altas temperaturas para a extrusão. Opcionalmente, pode ser otimizado seu alto tempo de resfriamento e impressão, adicionando uma ventoinha direcionada à peça.


Possui um nível de detalhe baixo, com camadas visíveis após a impressão. Além disso, com o PLA há menos chances de empenar ou descolar tanto da mesa de impressão quanto entre suas camadas. Essas características tornam o PLA um bom filamento para imprimir peças de maior porte.


Visualmente, o PLA garante vantagens para a impressão 3D. Ele possui diversas opções de cores, garantindo também um acabamento brilhante, assim como o PP (polipropileno) e o CPE (co-poliéster), ambos translúcidos.


Variedade de opções de cores do filamento PLA
Variedade de opções de cores do filamento PLA


Peças que precisam de durabilidade utilizam esse filamento, porém sendo um polímero rígido, pode causar fraturas devido a esforços mecânicos. Portanto, a melhor opção para essas necessidades é utilizar o ABS.


Na fabricação de peças decorativas, que não precisam de alta resistência a esforços mecânicos, normalmente utiliza-se o PLA por sua variedade de cores. Mas, evite utilizar PLA em peças que ficarão expostas ao ar livre por se degradarem nessas condições a longo prazo.


Apesar desse filamento ser considerado seguro no contato com alimentos, tome muito cuidado! Caso você deseje utilizar a impressão com comidas e bebidas, antes de tudo sugerimos ler o  artigo da 3D Fila dando dicas sobre os diversos fatores envolvidos na segurança na área alimentícia.


O PLA é também conhecido pela sua facilidade de uso, por isso é um dos mais utilizados na impressão 3D. O recomendamos para aqueles que estão iniciando na manufatura aditiva. Apesar da experiência do usuário, geralmente o PLA tende a trazer o resultado esperado com maior facilidade.


Filamento de ABS – Resistência

O filamento ABS é um material derivado do petróleo e por isso há a emissão de gases durante a extrusão dele. Por isso, é aconselhável utilizá-lo em ambientes arejados. 


Diferentemente do PLA, o ABS necessita de vários parâmetros para a impressão, como recomendações para extrusão e temperatura da mesa, então seria preferível um operador com experiência.


O ABS possui alta resistência e durabilidade. Por isso, são ideais para a impressão de objetos expostos a força e a altas temperaturas. Porém, é um material sensível à exposição prolongada à luz solar, que pode degradar suas características ao longo do tempo.


Volante para carros da UFPR Fórmula  impresso em ABS


A princípio, na escolha do ABS é importante considerar os seguintes aspectos: camadas visíveis após a impressão, nível de detalhe relativamente baixo, aparência fosca, poucas opções de cor e influência da umidade do ar.


Possui também um coeficiente de contração muito alto, o que dificulta a impressão de peças grandes, correndo o risco de deformações e descolamento da mesa durante a produção. Dessa forma, recomenda-se o uso de uma mesa na temperatura ideal.


Outras vantagens do ABS são sua facilidade de colagem entre camadas e seu pós-processamento, com acabamento e pintura. É também um material bastante barato, ou seja, permite uma prototipagem econômica.


Apesar do ABS ter boa resistência ao calor, ele é sensível a raios UV. Dessa forma, seguem algumas recomendações da WishBox tecnologies sobre filamentos para essas situações: 


  1. Se a impressão será exposta a luz do dia ou temperaturas maiores que 85ºC, você pode considerar o PC (policarbonato), o qual resiste a temperaturas de até 110ºC.
  2. O grupo de filamentos CPE (co-poliéster) possuem boa resistência ao calor (até 70ºC para o CPE e 100ºC para o CPE+), além de sua resistência a produtos químicos.
  3. O filamento polioximetileno (POM), conhecido como acetal ou poliacetal, também possui boa resistência química e térmica. Por esse motivo, normalmente utiliza-se para engrenagens ou rolamentos mancais, por exemplo.


Filamento de TPE – TPU e TPC

Quando é necessário flexibilidade e movimento, a escolha de um tipo de TPE: TPU (poliuretano termoplástico) ou TPC (copoliéster termoplástico).


A escolha mais comum é o TPU, por sua facilidade maior de impressão. O filamento possui propriedades únicas de resistência à flexão, permitindo que os objetos retornem à sua forma original depois de serem dobrados e esticados.


O TPC funciona muito bem em ambientes hostis, ao ar livre, resistindo tanto ao calor (até 150°C) quanto  a raios UV e produtos químicos.


Capas de celular impressos em filamento TPU pela 3DWithUs
Capas de celular impressos em TPU pela 3DWithUs

 

O Engenhar-MEC oferece alguns cuidados específicos para resultar em uma boa impressão, como a temperatura de 220°C de derretimento do TPE e a indicação de um tracionador Direct Drive.


O TPU possui níveis de maleabilidade, medidos em Shores, que deve ser escolhido dependendo do nível de dureza necessária. Por exemplo, o mais comum é o Shore 95A, com a mesma força e flexibilidade que uma borracha, se adequando para maioria das necessidades de uma manufatura em curto prazo.


Se você precisa de flexibilidade, porém com alta resistência, o filamento PP é o ideal. Esse material semi-flexível é comumente usado em objetos que sofrem maiores esforços. Ao longo do tempo, o uso contínuo pode enfraquecer o TPU, mas o PP retém a sua estrutura. Outra opção é o PETG, descrito a seguir.


Filamento de PETG, ou PET

Popularmente conhecido na impressão 3D, o PETG é um derivado do Polietileno Tereftalato (PET), o material encontrado nas famosas garrafas de plástico.


Como o PLA, este filamento pode ser usado em qualquer tipo de impressora, abertas ou fechadas, além de não emitir gases tóxicos e nem rachar. 


Este material traz particularidades do PLA e do ABS, bem como a resistência, facilidade de impressão, pouca deformação, possibilidade de reciclagem e acabamento brilhante. 


Suportes de visores protetores feitos pela 3DWithUs

 

Além dessas vantagens, possui ainda a flexibilidade do TPU, sendo uma escolha popular para muitos produtos que exigem essa resistência com maleabilidade, ou na impressão de peças que precisam absorver impactos.


Filamentos de Nylon

O filamento de Nylon é um polímero sintético e uma ótima opção para peças resistentes e extremamente duráveis. A sua aplicação é bem parecida com o PETG, confeccionando peças de alto impacto ou tensão. 


A Fluxo consultoria informa que esse filamento garante um bom nível de detalhamento da peça, além de certa flexibilidade e resistência moderada a produtos químicos e alta resistência à fadiga.


Essas características fazem dele uma boa escolha para componentes sujeitos a alta vibração e peças que requerem inserções roscadas. Assim,p or ter baixo coeficiente de atrito, o Nylon é recomendado para peças de movimentação, como engrenagens ou buchas.


Peças em Nylon feitas pela Vision Miner

 

Dentre as desvantagens do Nylon estão seu custo alto e seu difícil acesso. Além disso, sua capacidade de absorver umidade e a alta temperatura necessária para sua utilização podem dificultar a confecção das peças.


Filamentos de ASA

Chamado de plástico de engenharia, o Acrilonitrilo Estireno Acrilato (ASA) possui as mais diversas vantagens comparadas com outros filamentos: resistência tanto mecânica, à umidade e aos raios UV. 


Esses fatores implicam a possibilidade de ser exposto ao ar livre, mesmo com mudanças de temperatura e umidade, mantendo sua estrutura e absorvendo impactos.


À esquerda ASA, à direita ABS depois de um ano e meio no exterior
Imagem retirada de filament2print, mostrando à esquerda o ASA e à direita o ABS depois de um ano e meio ao ar livre


Porém, deve ser utilizado por operadores com experiência na manufatura aditiva e na utilização do ABS, por possuir características de manutenção semelhantes ao ASA. Além disso, todas essas vantagens trazem a esse material um preço mais elevado no mercado.


Filamentos HIPS, PVA e Breakaway – Suportes

Os filamentos HIPS, PVA e Breakaway têm como a principal aplicação a confecção dos suportes de peças impressas. Esses suportes servem principalmente quando é necessário imprimir peças complexas, com detalhes e saliências. São utilizados em impressoras com duplo extrusores (um para o material original e um para o suporte).


Peças com geometrias complexas da 3D Print General feitas com auxílio de suporte

 

Assim, trazem maior eficiência nas peças que poderiam ser comprometidas ao utilizar suportes com o material original da impressão. Por serem solúveis ou fáceis de remover, não há a necessidade de utilizar abrasivos ou ferramentas de corte para deixar a impressão com acabamento melhor. 


O filamento HIPS é uma mistura de poliestireno e borracha, sendo solúvel em D-Limoneno. O HIPS pode ser facilmente removido do seu objeto durante o pós-processamento. Em poucas horas, o suporte HIPS se dissolverá no solvente, deixando apenas o objeto impresso.


O PVA também é um filamento solúvel. No entanto, a solubilidade dele se dá em água. É bastante utilizado como material de suporte Eles são facilmente removíveis dissolvendo-se na água.


O Breakaway é conhecido como um Filamento destacável, ou seja, um material fácil de ser removido e que não precisa de pós- processamento. Devido a essas propriedades, mantém um acabamento de qualidade na peça que permite uma fácil remoção apenas com o uso de uma pinça alicates.


Mas afinal, qual filamento devo escolher?

Sobretudo, antes de escolher o filamento para sua peça, analise as propriedades necessárias e os esforços que ela sofrerá. Sua peça necessita de flexibilidade para movimento? Resistência?  Sua impressora pode utilizar tal filamento? Sua peça precisa ter um custo baixo?


Assim, sabendo as respostas para perguntas como estas, e conhecendo sobre as características dos filamentos descritos aqui, você poderá escolher com maior certeza o melhor filamento para sua situação.

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