Painel imitando madeira produzido na Objet

Aplicações de acabamento

Cole, vede e embeleze peças impressas em 3D

Para protótipos praticamente impossíveis de diferenciar de produtos moldados por injeção, aplicações de ferramentas avançadas e dispositivos personalizáveis com aparência e sensação agradáveis, basta aplicar um simples pós-processamento a suas peças impressas em 3D.

União e colagem

Visão geral

Crie modelos que excedem o tamanho do envelope de montagem da sua impressora 3D, ou combine peças impressas em 3D com outros componentes.

União de peças FDM

Para peças grandes demais para caberem em uma montagem única, para trabalhos de montagem mais rápidos com menos material de suporte ou para peças com características mais precisas, o secionamento e a união de peças Fused Deposition Modeling (FDM) é uma ótima solução. Há vários métodos, e ainda mais materiais para a união de peças FDM.

As considerações principais ao selecionar um método de união são a resistência da junção de união e a compatibilidade com cada material FDM. Para dados de resistência, a Stratasys conduziu testes de laboratório na Universidade de Texas em El Paso para medir a resistência tênsil. Outros critérios — incluindo tempo, custo, dificuldade de operação, configuração das peças e desempenho geral — também foram considerados. A precisão das peças unidas, entretanto, depende de vários fatores. Por exemplo, características do adesivo, como a viscosidade, influenciarão a precisão. A habilidade do técnico, o estilo da junção e o tipo de fixação terão impacto ainda maior.

Para ajudar na seleção da abordagem de união mais adequada a suas necessidades, a seguir há uma breve avaliação dos métodos comuns de junção de peças feitas em vários materiais FDM.

Adesivo (epóxi)

Epóxis em duas partes são normalmente usados para a união de peças FDM. Os componentes do epóxi são misturados e, em seguida, aplicados com aplicadores, pincéis ou infiltração. A viscosidade variará de fina, como vedação, até espessa, como pasta, de modo que as técnicas de aplicação variarão. Após a aplicação, as seções unidas são fixadas ou grampeadas enquanto o epóxi endurece.

Os epóxis diferem nos tempos de endurecimento, propriedades materiais e resistência da união. Mas, em geral, eles são fáceis de usar. Eles oferecem muito boa resistência mecânica e, normalmente, exibem boa resistência à temperatura e resistência química. Esses adesivos oferecem a vantagem de um tempo de operação de 20 a 70 minutos, de forma que pequenos ajustes podem ser feitos após o encaixe das seções. Contudo, a desvantagem é o longo tempo de endurecimento. Quando o endurecimento ocorre em temperatura ambiente, as peças não podem ser manipuladas por várias horas, e os ciclos de endurecimento durarão de um a cinco dias. Se o endurecimento for feito por calor, o ciclo poderá ser reduzido significativamente.

Adesivo (cianoacrilato)

O cianoacrilato é normalmente conhecido como supercola. É um adesivo de secagem rápida que pode ser usado para reparos rápidos e simples e em aplicações leves de união. A supercola simplesmente é aplicada nas superfícies a serem conectadas, e as seções são unidas. O adesivo seca em poucos minutos. A resistência tênsil das peças FDM unidas por supercola é maior do que a obtida com os adesivos epóxi. Entretanto, sua resistência a altas temperaturas, produtos químicos e solventes é ruim. Portanto, a união com supercola pode prejudicar o desempenho de peças FDM. Assim, ela é recomendada para modelos conceituais e a formação e ajuste de protótipos, em vez de protótipos funcionais ou peças manufaturadas.

Solvente

A união por solvente funciona com o derretimento químico do plástico das superfícies a serem conectadas. O solvente pode ser pincelado na seções, que são, em seguida, encaixadas e grampeadas juntas, ou ele pode ser injetado em uma junção pré–encaixada ou em uma fenda existente. O solvente fino como a água escorre pela superfície da peça, o que melhora a resistência do reparo ou da união. Vários solventes podem ser usados, mas o produto recomendado é o SAME STUFF da Micro–Mark. Esse método produz uniões muito mais fortes do que aquelas proporcionadas por muitos outros adesivos. Como com a supercola, o processo é simples, e a união fica pronta em segundos. Uma outra similaridade é que ele pode ser aplicado a áreas de difícil acesso, pois o solvente escorre por uma fenda ou fratura.

Uma vantagem sobre a supercola e o epóxi é que, após a evaporação, a peça unida conterá somente material FDM. Embora a união fique pronta em segundos, as peças devem ser postas para secar por ao menos oito horas. Observe também que, caso a peça seja submetida a temperaturas superiores a 80 ºC (176 ºF), bolhas poderão surgir na superfície. A solda por solvente não é adequada para a união de PPSF ou ULTEM 9085. Esses materiais FDM são quimicamente resistentes, de modo que apresentam pouca reação a solventes.

Soldagem de plástico por ar quente

A soldagem de plástico por ar quente é similar à soldagem de metais com oxiacetileno. Contudo, um jato de ar quente substitui o jato de chama, e um filamento de material FDM substitui a barra de solda. Para unir as peças, uma ferramenta de solda de ar quente é lentamente deslizada ao longo da junção. O calor derrete o filamento, que então preenche a fenda. Esse método produz uniões muito mais fortes do que aquelas de todos os outros métodos. Ele também é rápido e não é caro.

As peças podem ser postas em serviço brevemente, tão logo esfriem a ponto de poderem ser tocadas. Como o material da união é um pequeno pedaço de plástico FDM, o custo é irrisório. Outra vantagem do uso de material FDM como meio de união é que há continuidade de material. A união tem as mesmas propriedades e características da peça. Para obter melhores resultados, a solda por ar quente não deve ser usada em seções de paredes finas. Além disso, o processo demanda alguma habilidade, de modo que os resultados dependerão da experiência e da habilidade do técnico.

Soldagem pontual ultrassônica

Essa técnica é amplamente usada em processos de produção na criação de uma união permanente entre peças plásticas. A ferramenta de soldagem pontual ultrassônica usa ondas sonoras para derreter áreas localizadas da junção. Com a disponibilidade de soldadores ultrassônicos portáteis, esse método também pode ser usado para aplicações de prototipagem de baixo volume ou manufatura digital direta. Comparada a outros métodos de união, há poucas, se alguma, desvantagens na soldagem ultrassônica, além da necessidade de comprar a ferramenta de soldagem. As áreas soldadas são mais fortes que o material ao redor, e, ainda assim, a resistência tênsil não é tão boa quanto aquela de peças soldadas por ar quente ou não unidas. O emissor do soldador ultrassônico e as pontas do emissor são, frequentemente, intercambiáveis. Vários emissores e pontas de soldagem estão disponíveis, o que determinará a espessura do material que pode ser soldado, o diâmetro da solda, bem como o tipo de solda criada.

Como nenhum material é introduzido na junção, há pouca mudança na precisão das peças ou em suas propriedades. Isso torna a soldagem ultrassônica ideal para aplicações médicas que devem levar em conta a qualidade da peça, bem como sua adequabilidade ao contato com o tecido humano.

Quando uma resistência maior é necessária, a soldagem ultrassônica pode ser usada em combinação com outros métodos. Prenda peças individuais com solda para fixar sua posição e, em seguida, aplique adesivos, solventes ou outros agentes de união. Essa abordagem é especialmente útil para montagens volumosas ou complicadas. A soldagem ultrassônica é rápida e muito barata. Quando a operação é concluída, a peça pode ser imediatamente posta em serviço. E, como nenhum suprimento é necessário, a única despesa é a de mão de obra.

Presilhas (mecânicas)

Embora essa abordagem seja um método de fixação, não de união, ela pode ser uma alternativa efetiva. Há um grande número de abordagens de presilhas mecânicas e opções de equipamentos que podem ser usados para a fixação de peças FDM. Uma abordagem única para a fixação mecânica de seções é a inserção de presilhas de fixação na peça FDM durante seu processo de construção. Ao emergirem do equipamento Fortus, as presilhas estarão integradas à peça.

História de cliente

“Nós gostaríamos de possuir e dirigir um veículo limpo, com energia eficiente”, diz Jim Kor, presidente e projetista sênior do grupo de engenharia baseado em Winnipeg da KOR EcoLogic. Sua paixão pelo meio-ambiente o levou a projetar os princípios de sustentabilidade de um novo veículo com nome-código de Urbee, criado com as potencialidades de produção da Stratasys. O Urbee, veículo de dois passageiros que significa urbano elétrico, com etanol como alternativa, foi projetado para uso com o mínimo de energia possível. Ele é capaz de atingir mais de 200 mpg na estrada e 100 mpg na cidade. E agora ele é o primeiro protótipo de automóvel a ter toda sua carroceria impressa por um processo aditivo.

Ao avaliar as opções, Kor descobriu que construir os painéis da carroceria do protótipo usando polímero reforçado com fibra (FRP) ou fibra de vidro envolveria a construção de um plugue de escala 1:1 para cada um dos painéis da carroceria — criando primeiro uma estrutura forte de madeira ou MDF e cobrindo-a com espuma densa que pudesse ser moldada a mão no formato. Alternativamente, o plugue poderia ser entalhado por meio de um equipamento de usinagem CNC para a produção de uma superfície mais precisa.

“Uma carroceria de fibra de vidro teria levado muito tempo”, afirmou Kor. “E nós teríamos de lidar com o modelo, ou a capacidade da peça de sair do molde.”

Depois que um dos projetistas industriais da KOR recomendou a Stratasys a Jim Kor, pareceu que a equipe tinha encontrado a solução. As conversas com os representantes da Stratasys levaram Kor a acreditar que todos os componentes exteriores poderiam ser criados e unidos usando impressoras Dimension 3D e sistemas de produção Fortus 3D na RedEye on Demand (serviços de prototipagem rápida e manufatura digital direta internos da Stratasys).

Kor e seus colegas transformaram o modelo do veículo digitalizado no computador em nove painéis lógicos da carroceria, criando primeiro um modelo em escala de 1/6 para verificar o encaixe exato de todas as peças individuais. Isso deu à equipe a confiança de que os grandes painéis não apresentariam problemas.

Junto com a Stratasys, a equipe selecionou o ABS como opção de material e começou a construir o veículo. Vários painéis de carroceria principais foram construídos na Kor em semanas após a indicação para tocar o projeto adiante. A porta e os painéis laterais em tamanho real foram concluídos primeiro. “Esses painéis eram grandes”, disse Kor. “As peças se encaixaram perfeitamente.” Os painéis da carroceria restantes foram construídos e unidos pela Stratasys.

“A Stratasys pode construir um para-choque e posicionar o plástico exatamente onde ele é necessário”, ele disse. “Isso tem um potencial incrível, é inacreditável. É bom para o meio-ambiente, reduz custos e não sacrifica a segurança. Nós simplesmente não precisamos colocar material onde não há necessidade. A tecnologia FDM tornou fácil e eficiente efetuar alterações no projeto do Urbee no decorrer do processo”, disse Kor. “Ela também nos ajudou a atingir nossas metas ambientais ao eliminar o uso de ferramentas, usinagem e trabalho manual. Se você consegue executar um piloto sem necessidade de ferramentas, você tem vantagens.”

A Kor ficou admirada com a velocidade da tecnologia de produção FDM. “Ter peças da carroceria que levem dias ou semanas para serem feitas é bastante rápido”, ele disse. “Outros métodos estão a meses de distância.”

Jim Kor sobre a união de peças FDM do Urbee

“Uma carroceria em tamanho real do veículo foi produzida em plástico ABS para testes funcionais do modelo Urbee. Algumas das peças eram muito grandes para serem construídas como peças únicas, e assim foram secionadas em peças a serem impressas na Fortus 900mc. Depois das peças serem construídas, os componentes secionados precisam ser unidas entre si. Nós usamos o métodos de soldagem por ar quente. As partes secionadas foram fixas no lugar por meio de juntas secionadas entrelaçadas, grampos e apertos de torno. Em seguida as seções foram soldadas no lugar. Posteriormente, todas as junções externas e reforços internos foram unidos por meio do mesmo método de soldagem por ar quente. Os reforços internos não estruturais foram unidos por meio de solvente — ProWeld. Para o acabamento da superfície exterior para estética e testes funcionais, as soldas foram alisadas por lixamento.”

Colagem de peças PolyJet

As potencialidades de sobremoldagem da Objet reduziram muito a necessidade de maquetes de produtos com a colagem de peças moldadas entre si. Mas, em alguns casos, a colagem é necessária para a criação de uma peça maior que a bandeja de construção, ou para combinar peças impressas em 3D com outros componentes. Por sorte, as peças impressa em 3D com fotopolímeros PolyJet podem ser coladas rápida e facilmente, usando-se cola caseira, simples e barata.

Para modelos maiores, o projeto pode ser separado em várias partes para a impressão 3D, usando uma ferramenta de corte de software para garantir que as peças possam ser conectadas com precisão. As peças podem ser presas com uso de cola instantânea, ou cola que exija um ativador que possa ser usado para o controle do tempo da união e que permita reposicionamento.

Peças pré-impressas para colagem

Ao imprimir as peças grandes, você pode separar seu projeto em várias peças e, em seguida, colar umas às outras para criar a montagem completa. Você pode fazer isso com auxílio do seu software de CAD antes de o projeto estar concluído, ou usando software de manipulação de arquivo STL após o projeto de CAD já estar finalizado. É importante considerar os seguintes pontos ao colar as várias peças:

  • Encontrando uma forma simples de conectar as peças entre si com precisão.
  • Manutenção das propriedades dimensionais das peças coladas conforme intenção do projeto CAD.

A ferramenta de corte do software Magics oferece uma forma fácil e intuitiva de colar várias peças entre si. A ferramenta de corte do software Magics oferece vários opções. O procedimento a seguir é recomendado para o uso dessa ferramenta do software:

  1. Oriente a peça em uma visão que coincida com o sistema de coordenação natural da peça (ou seja, visão frontal, visão traseira, visão esquerda, etc.). Dessa forma, você pode obter uma perspectiva limpa de onde desenhar a linha de corte em relação à peça.
  2. Desenhe a linha de corte. É recomendável que você inicie por um ponto fora do corpo da peça e termine em um ponto do outro lado do corpo da peça, criando assim uma linha reta através da peça.
  3. É possível escolher entre um triângulo (mais adequado para peças coladas), quadrado (mais adequado para moldes), serra ou corte definido pelo usuário. Você também pode controlar o tamanho e o deslocamento do tipo de corte.
  4. Certifique-se de acrescentar uma folga entre as peças cortadas. Isso permitirá espaço suficiente para a cola e garantirá que a peça final mantenha as propriedades dimensionais projetadas. Observe que o valor da folga deve variar dependendo do tipo de cola usado, e o padrão recomendado é de 0,1 mm. Dois arquivos STL separados serão criados quando a operação de corte for concluída, e eles poderão ser impressos livremente na bandeja.

Pós-processamento de peças para colagem

O processo a seguir é recomendável antes da colagem das peças:

  1. Depois das peças serem impressas, use a estação de jato d'água para limpar as peças.
  2. Uma vez que as peças estejam limpas, mergulhe-as em uma solução de NaOH diluída em água a 2 por cento por 20 a 40 minutos. Isso removerá todos os resíduos do material de suporte.
  3. Lave novamente com água
  4. Seque as peças ao ar livre, ou use ar pressurizado para acelerar o processo de secagem.

Tipos de cola recomendados

Os tipos de cola mais normalmente usado pelo especialistas da PolyJet são as supercolas (também conhecidas como cianoacrilatos). Geralmente, o cianoacrilato é uma resina acrílica que se polimeriza rapidamente na presença de água (especialmente íons de hidróxido). A ALTECO- ACE –D é geralmente usada com um ativador para controlar o tempo de secagem. Um spray ativador também pode ser usado para endurecer os resíduos conforme eles são despejados no modelo. Eles poderão em seguida ser lixados, evitando o excesso de cola por espalhamento nas peças.

Para obter uma união instantânea, a cola deve ser aplicada na superfície desejada e, em seguida, borrifada com o acelerador. Para obter mais informações sobre colas e aceleradores, acesse os links a seguir:

Outros tipos de cola

Peças rígidas

  • LOCTITE 401 – viscosidade média
  • Permabond Ultra Fast 792 – tempo de secagem ultrarrápido, uso geral
  • Al-fix – vem com ativador
  • Kleiberit 851.0 – com tampa aplicadora de fácil uso

Peças flexíveis

  • Sico Met 8300 e Spray Acelerador de Alta Velocidade — bom para elastômeros
  • Permabond Black Magic 737 para peças flexíveis