Materiais de impressão 3D fortes e duráveis

Quando você precisa imprimir peças capazes de resistir a condições industriais adversas, é recomendável usar materiais de impressão 3D resistentes. Mas nem sempre fica claro qual é a melhor opção.

Seria ótimo se houvesse um único parâmetro universal que descrevesse a resistência ou durabilidade do material, e você pudesse simplesmente escolher o material de impressão 3D “mais durável” para sua aplicação. No entanto, a realidade é muito mais complexa:

O gráfico acima mostra apenas uma amostra dos materiais que a Stratasys oferece, que é um subconjunto de todos os materiais de impressão 3D de polímero, o que, obviamente, é um subconjunto dos materiais em geral.

Este gráfico também mostra apenas a resistência à tração, a resistência ao impacto e a temperatura de deflexão térmica desses materiais. Existem várias outras maneiras de medir a resistência e a tenacidade do material.

Selecionar o polímero certo para prototipagem funcional ou produção requer mais do que apenas comparar a resistência à tração ou a resistência ao calor. Aplicações diferentes exigem prioridades mecânicas diferentes, e saber como interpretar esses valores é fundamental.

Nas seções abaixo, definiremos métricas de desempenho essenciais — como resistência, rigidez e tenacidade — e compararemos como elas variam entre as tecnologias de impressão 3D. Isso ajudará você a avaliar as vantagens e desvantagens e identificar a melhor opção para sua aplicação.

Definindo resistência e tenacidade dos materiais para impressão 3D

Resistência, rigidez e tenacidade são características importantes de um material durável. Mas o que esses termos realmente significam? Como você decide qual priorizar ao escolher um material durável para impressão 3D?

• Rigidez: a capacidade de um material resistir à flexão ou à curvatura (tecnicamente, “deformação”)
• Tenacidade: a capacidade de um material de absorver energia e se deformar plasticamente sem fraturar.
• Resistência : a capacidade de um material de suportar uma força aplicada sem falhar (seja por deformação permanente ou fratura). As principais métricas incluem:
  
  
  • Limite de escoamento: A tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente.
  • Resistência à tração máxima: a tensão máxima que um material pode suportar ao ser esticado ou puxado.

Quando você precisar de peças duráveis, escolha um material de impressão 3D com base nas propriedades acima para garantir a confiabilidade e a durabilidade das peças fabricadas. Além das especificações do material, a tecnologia de impressão 3D subjacente também deve ter uma influência significativa na sua decisão.

Então, vamos dar uma olhada em materiais de impressão 3D resistentes em cada uma das seguintes categorias:

• Filamentos FDM^® resistentes
• Materiais PolyJet™ resistentes
• Materiais SAF^® (PBF) resistentes
• Materiais DLP™ P3™ resistentes

Filamentos FDM resistentes

Quando se pensa em “materiais resistentes para impressão 3D”, os filamentos FDM provavelmente são os primeiros a vir à mente, o que faz sentido. A modelagem por deposição fundida é conhecida por produzir alguns dos filamentos de impressão 3D mais resistentes que existem.

Você pode perceber que há claras vantagens e desvantagens aqui. Se você deseja o filamento mais robusto em termos de resistência a quedas ou ao desgaste geral, pode optar pelo PC-ABS. Se você precisa de alguma ductilidade, o Nylon 12 parece ser a melhor opção. Se você exige resistência e temperatura muito elevadas, o ULTEM™ provavelmente é a melhor escolha.

Estudo de caso: EANT GmbH

Uma empresa de engenharia utilizou o Nylon 12CF, um material de fibra de carbono, para fabricar um suporte leve e de alta resistência para antenas de satélite marítimas. A alta resistência à tração e rigidez do material, combinadas com a ampla câmara de construção da impressora F900, tornaram-no a escolha ideal para essa aplicação. O suporte de antena impresso em 3D reduziu o custo de produção em 20%, diminuiu o tempo de produção em 75% e reduziu o peso da peça em 38%.

Outro ponto a ser observado quando se trata de FDM: ele geralmente não é isotrópico. É mais resistente dentro de cada camada do que entre as camadas impressas. Por esse motivo, geralmente é possível encontrar duas especificações distintas, uma para a resistência XZ e outra para a resistência ZX. (As especificações fornecidas acima são para a direção XZ. Você pode encontrar fichas técnicas com especificações completas aqui.)

Quando usar materiais FDM resistentes

A tecnologia FDM é um exemplo clássico de uma abordagem min-max. Se você precisa imprimir algo resistente e/ou grande, ela costuma ser a melhor solução. Além disso, as máquinas FDM estão normalmente entre as mais fáceis de integrar e aprender a usar.

Quando não usar a tecnologia FDM

Se a aparência for crítica, a tecnologia FDM pode não ser a melhor solução, pois tende a deixar linhas de camada visíveis na peça impressa. A FDM também não é adequada para imprimir peças com várias cores, materiais ou detalhes delicados de altíssima resolução.

Materiais PolyJet Resistentes

A tecnologia PolyJet, historicamente, tem sido vista como o extremo oposto do espectro, quando comparada com a FDM. Se a FDM é otimizada para resistência, a PolyJet é preferida por sua estética.

A PolyJet pode imprimir várias cores e materiais em uma única impressão. Ela possui resolução muito alta (espessura de camada de até 14 μm).

No entanto, quando se trata de resistência, o PolyJet geralmente não é a primeira escolha. Isso mudou um pouco com o recente lançamento do material ToughONE. O ToughONE oferece uma combinação única de resistência, durabilidade e alto acabamento de superfície. Ele pode ser usado com cores e diversos materiais para prototipagem funcional e até mesmo para a produção de peças finais.

Quando usar a tecnologia PolyJet

A PolyJet é ideal para aplicações em que alta precisão, detalhes finos e um acabamento de superfície liso são essenciais. É particularmente adequada para:

• Prototipagem funcional: Criação de protótipos detalhados e precisos com várias cores e materiais, que também resistem a testes mecânicos e uso funcional, como peças automotivas ou caixas de eletrônicos de consumo.
• Auxílios à produção: Fabricação de peças finais que exigem resistência e acabamento de alta qualidade, como gabaritos personalizados, dispositivos de fixação e componentes de ferramentas.
• Produtos de consumo: Fabricação de peças que exigem um acabamento de alta qualidade e detalhes complexos.

Quando não usar a tecnologia PolyJet

• Ambientes de alta temperatura: Aplicações em que as peças ficam expostas a altas temperaturas por longos períodos.
• Peças grandes: A produção de peças grandes pode ser mais desafiadora e menos econômica com a PolyJet em comparação com outras tecnologias, como FDM ou SAF.

Materiais SAF (PBF) resistentes

A fusão por absorção seletiva (SAF) é um tipo de fusão em leito de pó (PBF) que também oferece alguns materiais resistentes:

Aqui, também, há uma distinção clara entre materiais 3D que são muito rígidos (alta resistência à flexão) e resistentes (alta resistência ao impacto). A resistência à temperatura é um fator importante também neste caso.

Estudo de caso: 3D Composites

Uma empresa de serviços de manufatura utilizou a tecnologia SAF para produzir peças para a indústria aeroespacial, incluindo gabaritos de fabricação, acessórios, ferramentas e peças de produção. A 3D Composites preferiu o Nylon PA12 por sua rigidez, resolução de detalhes e resistência. A tecnologia SAF permitiu a produção em grande volume com qualidade consistente, reduzindo o custo por peça e os prazos de entrega, o que possibilitou à empresa cumprir prazos de produção apertados.

Quando usar a tecnologia SAF

A SAF é conhecida por sua alta repetibilidade e baixo custo por peça. Centenas de peças podem ser impressas em uma única impressão de 12 horas, permitindo volumes anuais de fabricação na casa das dezenas de milhares, o que, juntamente com excelentes especificações de resistência, a torna particularmente adequada para produção de médio a alto volume.

Quando não usar a tecnologia SAF

A SAF não é recomendada para aplicações que exijam um acabamento muito liso. Nesses casos, talvez seja melhor optar por uma solução PolyJet, SLA ou P3 DLP.

Materiais P3 DLP resistentes

As impressoras P3 DLP são conhecidas por sua rara combinação de excelente resistência e desempenho do material, juntamente com acabamento superficial e precisão excepcionais. Isso as torna perfeitas para auxiliares de produção e outras fabricações de baixo volume, onde as peças precisam ser resistentes o suficiente para suportar o uso diário, ao mesmo tempo em que exigem um alto nível de acabamento superficial e precisão.

Quando não usar o P3 DLP

Podemos pular a seção “quando usar” aqui, já que ele funciona bem em tantos casos que, na verdade, é mais simples apenas dizer quando não usá-lo. Existem essencialmente apenas duas áreas em que o P3 DLP apresenta desempenho inferior:

1. Peças de grande porte: o tamanho de construção do DLP costuma ser relativamente pequeno. Se você precisar imprimir peças grandes, talvez seja melhor optar pelo FDM ou SLA.
2. Multicolorido, multimaterial: Aplicações em cores e com vários materiais, como prototipagem e lotes de teste de pequenas tiragens, só são realmente possíveis com o PolyJet.
   
   

Como escolher o melhor material resistente para impressão 3D

Depois de ter uma boa ideia de qual tecnologia de impressão 3D melhor atende às suas necessidades, você ainda precisa selecionar o material certo para a manufatura aditiva. Você deve considerar as várias propriedades do material:

• Propriedades mecânicas:
  • Resistência: Capacidade de suportar forças aplicadas.
  • Tenacidade: Resistência à propagação de trincas.
  • Resistência à fadiga: Capacidade de suportar cargas repetidas.

• Propriedades térmicas:
  • Resistência ao calor: Capacidade de manter as propriedades em temperaturas elevadas.
  • Expansão térmica: Alteração nas dimensões com as mudanças de temperatura

• Propriedades químicas:
  • Resistência à corrosão: Capacidade de resistir ao ataque químico.
  • Estabilidade química: Resistência à degradação por produtos químicos.
  • Custo e disponibilidade: Viabilidade econômica e disponibilidade do material.

Conclusão

Se você estiver curioso sobre as possíveis especificações de materiais para seu próximo projeto, posso lhe dar dois conselhos simples:

1. Primeiro, confira este assistente de materiais. À medida que você for filtrando os materiais possíveis com base nas suas necessidades, poderá descobrir rapidamente qual tecnologia de impressão é a mais adequada para você.
2. E, claro, nossos especialistas estão aqui para ajudá-lo em cada etapa do processo. Não hesite em entrar em contato para discutir todos os detalhes do seu projeto. É para isso que estamos aqui.