Visão geral
Neste guia, abordamos os principais materiais, tecnologias e aplicações por trás da impressão 3D flexível. Você aprenderá como diferentes tipos de materiais, desde o TPU até os materiais semelhantes à borracha da PolyJet™ e os elastômeros P3™, como os silicones, se comportam na prática. Analisamos como a dureza Shore se relaciona com a flexibilidade e como adequar o desempenho do material ao uso no mundo real. Também comparamos as tecnologias da Stratasys, incluindo FDM®, PolyJet e P3 DLP, exploramos onde os materiais flexíveis são utilizados em diversos setores e fornecemos uma estrutura clara para ajudá-lo a escolher o material certo para sua aplicação.
A impressão 3D flexível é o processo de produção de peças utilizando materiais elastoméricos projetados para se curvar, esticar, comprimir ou absorver impactos, retornando à sua forma original. Ela utiliza termoplásticos flexíveis e fotopolímeros, como o TPU (poliuretano termoplástico) e outros materiais elastoméricos com diferentes graus de dureza Shore e propriedades de alongamento. A impressão 3D flexível é amplamente utilizada para fabricar alças ergonômicas, vedações, juntas, dispositivos vestíveis, elementos de amortecimento e componentes médicos ou odontológicos que exigem maciez, resiliência ou flexão repetida.
A impressão 3D flexível consiste na produção de peças que sofrem grandes deformações reversíveis — flexão, compressão ou absorção de impacto — e recuperam sua forma quando a força é removida. Dependendo do material, isso pode significar desde uma leve flexão sob carga até uma resposta totalmente semelhante à da borracha.
Nem todos os materiais flexíveis se comportam da mesma forma. Alguns são projetados para simular a borracha em termos de ajuste e sensação ao toque. Outros são desenvolvidos para suportar tensões repetidas, abrasão ou uso mecânico sem se romper. Essa distinção é importante desde o início, pois afeta tanto a escolha do material quanto o processo de impressão.
A dureza Shore e o alongamento na ruptura são a maneira mais simples de quantificar essas características. Valores mais baixos de Shore A indicam materiais mais macios e flexíveis. Valores mais altos indicam materiais mais firmes e que oferecem maior suporte. O alongamento na ruptura indica o quanto um material pode se esticar antes de se romper.
A questão principal é como a peça precisa se comportar. Se o objetivo for o realismo de alças, vedações ou elementos sobremoldados, geralmente se busca otimizar a sensação ao toque e a qualidade da superfície. Se for algo funcional, como capas protetoras, ferramentas ou itens sujeitos a flexão repetida, o foco recai mais na durabilidade e na consistência ao longo do tempo.
Os materiais flexíveis para impressão 3D abrangem uma ampla gama de comportamentos, desde plásticos resistentes e levemente flexíveis até materiais macios, semelhantes à borracha. A escolha certa depende menos de “quão flexível” algo é isoladamente e mais de como ele precisa se comportar durante o uso, por exemplo, em flexões repetidas, aderência à superfície, vedação ou simplesmente na reprodução da sensação tátil de um produto final.
Esses materiais são melhor compreendidos por meio de suas características de desempenho:
Alguns materiais oferecem flexibilidade limitada, como fotopolímeros semiflexíveis ou materiais à base de polipropileno, mas esses não apresentam o comportamento semelhante ao da borracha abordado neste guia.
Elastômeros termoplásticos (TPE) constituem uma ampla categoria de termoplásticos flexíveis, embora também sejam um tipo específico de TPE. O TPU, utilizado nos sistemas FDM® da Stratasys, está incluído na categoria de TPE e oferece um equilíbrio entre flexibilidade e durabilidade.
Materiais como o FDM® TPU 92A oferecem um equilíbrio entre flexibilidade e durabilidade; portanto, você pode utilizá-los em aplicações em que o desempenho é mais importante do que o acabamento superficial: peças que precisam resistir ao desgaste, à vibração ou a movimentos repetitivos.
Os materiais flexíveis da tecnologia PolyJet, como Agilus30, Tango e Elastico, foram projetados para simular elastômeros com alto nível de detalhe e controle. Esses materiais oferecem diferentes níveis de maciez e flexibilidade, permitindo que você adapte a sensação e o comportamento do material à aplicação. As misturas digitais de materiais ampliam ainda mais essas possibilidades, permitindo ajustar a dureza Shore e o comportamento dentro de uma única peça. E, com a impressão multimaterial, é possível combinar elementos rígidos e flexíveis em uma única peça.
Esses materiais são utilizados para protótipos realistas, detalhes com toque macio e validação de projetos, bem como para peças que exigem flexibilidade controlada sem o comportamento completo de um elastômero.
Resinas flexíveis para impressão 3D por jato, como TissueMatrix® e GelMatrix®, ampliam ainda mais essa capacidade, proporcionando um comportamento muito macio, semelhante ao de um gel. Elas são utilizadas em simulação e treinamento médico, onde reproduzir a resposta dos tecidos moles é mais importante do que a resistência mecânica.
Os materiais flexíveis para P3 DLP são adequados para aplicações em que o comportamento sob carga em situações reais é importante.
Nem todas as peças impressas em 3D de “silicone” são, de fato, de silicone.
Materiais de silicone verdadeiro, como o P3 Silicone 25A, comportam-se como o silicone de moldagem. Eles suportam compressão, vedação e deformações repetidas, além de envelhecerem com o tempo de uma forma que os materiais semelhantes ao silicone normalmente não conseguem.
Isso é importante na transição do conceito para a aplicação. Se a peça precisar funcionar em condições reais por um longo período, o comportamento do material e o envelhecimento são mais importantes do que a aparência.
A Stratasys oferece suporte à impressão 3D flexível em várias tecnologias, cada uma adequada a um tipo diferente de aplicação. A escolha não se resume apenas à maciez do material, mas tem mais a ver com o desempenho exigido da peça, como ela será utilizada e o grau de consistência necessário no resultado final.
Isso significa escolher entre FDM para peças funcionais duráveis, PolyJet para protótipos com alto nível de detalhe semelhantes à borracha e P3 para aplicações com elastômeros mais próximas do desempenho de produção. Cada uma ocupa um espaço diferente em termos de durabilidade, realismo e comportamento do material.
O FDM é ideal para peças funcionais flexíveis, especialmente quando suas peças precisam de durabilidade e resistência ao desgaste.
Materiais como o TPU 92A não se dobram apenas uma vez. Eles suportam flexões repetidas, abrasão e desgaste diário sem se romperem. É por isso que você os vê sendo usados em itens como capas protetoras, dutos, vedações e ferramentas de extremidade de braço robótico. Você não obtém o melhor acabamento superficial, mas recebe peças resistentes, previsíveis e confiáveis o suficiente para serem utilizadas na oficina ou no chão de fábrica.
O PolyJet foi projetado para peças com alto nível de detalhe e textura semelhante à borracha, especialmente em aplicações em que o realismo e a qualidade da superfície são fundamentais. Materiais como Agilus30, Elastico e Tango permitem controlar a maciez e podem ser combinados com materiais rígidos em uma única impressão.
Isso torna a tecnologia ideal para peças sobremoldadas, vedações, elementos com toque macio e montagens complexas. É possível variar a dureza Shore dentro de uma mesma peça e obter detalhes finos que não são possíveis com sistemas baseados em filamentos.
O PolyJet é amplamente utilizado para validação de projetos, modelos médicos e aplicações em que a aparência, o toque e o ajuste da peça precisam corresponder fielmente ao produto final.
A plataforma P3 DLP amplia a impressão 3D flexível para o desempenho real de elastômeros em aplicações do mundo real, incluindo silicone e materiais de alta elasticidade. É aqui que a impressão flexível vai além da simulação, resultando em peças que podem se comportar como elastômeros de produção.
O P3™ Silicone 25A é utilizado para pequenos volumes ou prototipagem de peças tradicionalmente fabricadas com silicones moldáveis: em casos em que a compressão de longo prazo e a maciez em condições exigentes são importantes, como juntas, vedações e qualquer item que precise se deformar e se recuperar de maneira previsível ao longo de um período prolongado, em ambientes úmidos ou em temperaturas mais baixas ou mais altas. Circunstâncias em que elastômeros padrão ou materiais flexíveis não se sustentam.
Materiais elastoméricos como o Stretch 80 e o IND475 são projetados para movimentos repetitivos. Você os encontrará em garras flexíveis e ferramentas de extremidade de braço robótico, onde as peças se flexionam continuamente.
A vantagem dos materiais flexíveis P3 DLP é que, em vez de simplesmente simular a borracha, você obtém o comportamento real do elastômero, sem a necessidade de ferramentas, com resultados consistentes e repetíveis e um excelente acabamento superficial.
As aplicações da impressão 3D flexível vão desde órteses médicas personalizadas até amortecedores de vibração industriais e vedações automotivas. Utilizando termoplásticos flexíveis e fotopolímeros, os fabricantes podem produzir componentes que oferecem resistência ao impacto, conforto ergonômico e geometrias complexas de vedação. Esses materiais também são adequados para produtos de consumo personalizados, como calçados, dispositivos vestíveis e equipamentos de proteção, ao mesmo tempo em que permitem uma produção durável e repetível para aplicações industriais exigentes.
O que varia é a função que a peça desempenha. Algumas aplicações exigem desempenho funcional, outras, protótipos realistas que validem o ajuste e a sensação ao uso antes de se avançar para a produção. Muitas vezes, são ambas as coisas, em diferentes etapas do mesmo projeto.
Na área da saúde, dependendo do caso, as prioridades podem incluir realismo, maciez controlada, durabilidade, biocompatibilidade ou desempenho a longo prazo.
Para simulações e modelos anatômicos, são utilizados materiais muito macios para imitar a resposta dos tecidos de forma realista. Para componentes funcionais ou que entram em contato com o paciente, os materiais também devem oferecer confiabilidade mecânica, elasticidade, recuperação e desempenho a longo prazo.
As aplicações automotivas tendem a se enquadrar em três áreas: prototipagem e validação de projeto, . Cada uma delas apresenta requisitos diferentes em relação aos materiais.
Requisitos principais:
A prototipagem e a validação do projeto concentram-se em como as peças se encaixam, como se comprimem e como se comportam em relação aos componentes ao redor. Os auxílios de fabricação e as ferramentas priorizam a durabilidade e a proteção das peças. As peças para uso final exigem desempenho de longo prazo sob desgaste, vibração e compressão repetida.
O uso de material elastomérico permitiu que a equipe da Polaris realizasse iterações rápidas e testasse vários projetos geometricamente precisos para o duto de admissão de um de seus veículos.
No setor de produtos de consumo, o foco costuma estar na interação com o usuário e na sensação tátil durante a prototipagem e a validação do projeto, bem como na durabilidade, no conforto e no desempenho em uso repetido para peças de ferramentas e de produção.
As equipes de projeto frequentemente precisam testar a sensação que um produto proporciona antes de avançar para a fabricação de ferramentas, especialmente no caso de peças que dependem do toque, do conforto ou da flexibilidade.
Materiais flexíveis são utilizados para:
Requisitos principais:
Em ambientes industriais, os materiais flexíveis são normalmente utilizados para prototipagem e validação, auxiliares de fabricação e peças para uso final. Eles podem ser empregados em manuseio, proteção e interação com processos.
Na prototipagem, o foco geralmente está na validação do encaixe, do movimento, da compressão e da interação com os componentes ao redor. Para ferramentas e auxiliares de fabricação, o desempenho ao longo de longos períodos é importante. Espera-se que as peças suportem uso contínuo, o que torna a resistência à fadiga e a consistência fatores-chave.
Casos de uso típicos incluem:
Requisitos principais:
Os materiais flexíveis trazem um conjunto diferente de possibilidades para a impressão 3D. Em vez de se concentrar apenas na forma e no ajuste, também é possível projetar para movimento, contato e interação com o mundo real. Isso inclui peças que precisam segurar, vedar, absorver impactos ou flexionar sob carga.
Assim como as peças rígidas impressas em 3D, elas ajudam a reduzir custos de ferramentas, encurtar ciclos de desenvolvimento, permitem geometrias mais complexas e facilitam a personalização ou a produção em pequenos volumes. A diferença é que o próprio comportamento do material passa a fazer parte da função do projeto.
Na prática, o benefício não é apenas a “flexibilidade”. É a capacidade de adequar o comportamento do material ao desempenho pretendido para a peça. Seja durabilidade e flexão repetida com o TPU 92A de FDM, flexibilidade controlada e projeto multimaterial com materiais PolyJet, como Agilus30, Tango e Elastico, ou resposta verdadeira de elastômero com as resinas P3 Silicone 25A e P3 Stretch.
Os materiais flexíveis são frequentemente utilizados porque podem absorver energia e suportar tensões repetidas sem sofrer deformação permanente. Em vez de racharem sob carga, eles recuperam sua forma.
O FDM TPU 92A é um bom exemplo. É amplamente utilizado para peças que precisam resistir à abrasão, vibração ou flexão repetida, como capas protetoras e dutos. Portanto, é adequado para uso funcional, não apenas para prototipagem.
As ferramentas de ponta de braço são outro bom exemplo: os materiais P3 Stretch precisam ser macios o suficiente para manusear peças sem danificá-las, mas resistentes o suficiente para fazer isso milhares de vezes. Essa combinação é o que os torna adequados para uso em produção contínua.
Os materiais flexíveis permitem projetar geometrias que seriam difíceis ou impossíveis de se obter com a fabricação tradicional. Isso inclui vedações integradas, encaixes por pressão, dobradiças flexíveis, recortes e peças com vários materiais.
Com as misturas digitais de materiais da PolyJet, é possível combinar materiais rígidos e flexíveis em uma única impressão, possibilitando projetos no estilo sobremoldado sem a necessidade de montagem. Isso é útil para produtos com zonas de toque macio, alças ou comportamento de material em camadas.
Os materiais flexíveis facilitam a criação de protótipos e a iteração de projetos que dependem de movimento ou contato. Em vez de estimar o comportamento, você pode testá-lo diretamente — seja a forma como uma vedação se comprime e se fixa, a sensação ao segurar uma alça ou a resposta de um componente sob carga.
Os materiais flexíveis variam significativamente em seu comportamento, mesmo quando parecem semelhantes à primeira vista. A dureza Shore oferece um ponto de partida útil, mas o desempenho no uso real depende tanto do alongamento, da resistência quanto da forma como o material é processado.
A tabela abaixo compara características típicas entre filamentos flexíveis FDM, fotopolímeros semelhantes à borracha da PolyJet e materiais da Digital Anatomy, além de elastômeros DLP da P3.
|
|
Tipo de material |
Tecnologia |
Dureza Shore
|
Alongamento na ruptura
|
Resistência à tração
|
Aparência
|
Durabilidade
|
Ideal para |
|
FDM® TPU 92A |
Termoplástico flexível |
FDM |
~92A |
Alta |
Alta |
Fosco, camadas visíveis |
Alta |
Peças funcionais, dutos, tampas, EOAT |
|
Fotopolímero semelhante à borracha |
PolyJet
|
~30A (puro); 30–95A com misturas digitais de materiais |
Moderado-alto |
Moderada
|
Suave, alto nível de detalhes |
Moderado |
Protótipos, toque suave |
|
|
Fotopolímero semelhante à borracha |
PolyJet
|
~26–28A |
Moderado |
Moderado
|
Liso |
Moderado |
Protótipos flexíveis, juntas |
|
|
Fotopolímero semelhante à borracha |
PolyJet |
~45A |
Moderado |
Moderado |
Liso, toque macio |
Moderado |
Protótipos, punhos, sobremoldagens |
|
|
Fotopolímero ultramacio |
PolyJet |
Muito alto |
Baixa |
Macio, semelhante a gel |
Varia |
Simulação médica |
||
|
Elastômero de silicone |
P3 |
~25A |
Alta |
Moderada
|
Liso, silicone |
Moderado |
Juntas, vedações, peças de desgaste |
|
|
Elastômero (alta elasticidade) |
P3 |
~87A |
Muito alta |
Moderada |
Liso, elastômero |
Moderado-Alto |
Peças de elastômero para uso geral, juntas, protótipos flexíveis |
|
|
Elastômero (alta elasticidade)
|
P3 |
~45–49A |
Muito alta |
Moderada |
Liso, elastômero |
Alta |
Pinças macias, EOAT, uso industrial repetitivo |
|
|
Elastômero firme (alto rebote) |
P3 |
~85–90A |
Alta |
Moderada–alta |
Liso, elastômero
|
Alta |
Amortecimento, estruturas em treliça, aplicações de retorno de energia (por exemplo, calçados) |
A escolha de um material flexível para impressão 3D depende mais de como a peça precisa se comportar durante o uso do que simplesmente da sensação de maciez ao toque. Use isso como um filtro rápido e, em seguida, consulte a tabela comparativa acima para conhecer as propriedades detalhadas.
1. Quão macio ele precisa ser?
2. É necessário que tenha desempenho ou simule?
3. Que tipo de carga ele suportará?
4. Qual é a importância do acabamento superficial?
5. Você precisa de vários materiais em uma única peça?
6. Em que estágio a peça se encontra?
