A evolução dos filamentos para impressão 3D: de materiais simples aos polímeros de engenharia

Quando a impressão 3D começou a se popularizar, materiais como PLA e ABS eram os grandes protagonistas.

Hoje, a realidade é muito diferente.

A evolução dos filamentos permitiu que a impressão 3D deixasse de ser utilizada apenas para protótipos, modelos e peças decorativas e passasse a ocupar um espaço cada vez maior na engenharia, indústria, automotivo, manutenção e desenvolvimento de produtos.

Atualmente, encontramos materiais desenvolvidos para diferentes necessidades: resistência mecânica, flexibilidade, resistência à temperatura, resistência química, baixo peso e até aplicações que exigem elevada rigidez.

Mas como chegamos até aqui?

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No começo, o objetivo era simplesmente imprimir

Os primeiros materiais amplamente utilizados na impressão 3D por extrusão precisavam principalmente apresentar uma característica:

serem fáceis de imprimir.

O PLA ganhou grande popularidade justamente por isso.

Ele apresenta boa qualidade superficial, baixa dificuldade de impressão e excelente capacidade para produzir protótipos e modelos detalhados.

O ABS também se tornou bastante utilizado, principalmente quando era necessária uma combinação maior de resistência mecânica e resistência à temperatura.

Durante muito tempo, PLA e ABS praticamente dominaram o mercado.

Mas as necessidades dos usuários começaram a mudar.

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A impressão 3D começou a exigir mais dos materiais

À medida que a tecnologia evoluiu, surgiu uma nova pergunta:

Por que utilizar a impressão 3D apenas para fazer protótipos?

Se uma impressora consegue produzir uma peça com geometria complexa, por que não utilizar essa mesma tecnologia para fabricar o componente definitivo?

Foi nesse momento que a busca por novos materiais ganhou força.

Começaram a surgir filamentos desenvolvidos especificamente para aplicações mais exigentes.

PETG, TPU, Nylon, PC, ASA e diversos outros materiais passaram a fazer parte do universo da impressão 3D.

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PETG: uma alternativa para peças funcionais

O PETG surgiu como uma alternativa interessante entre a facilidade de impressão do PLA e algumas características de resistência encontradas em materiais mais técnicos.

Ele apresenta boa resistência mecânica, boa resistência química e maior resistência à temperatura que o PLA em diversas aplicações.

Por isso, tornou-se bastante utilizado para:

* Suportes;

* Caixas;

* Componentes funcionais;

* Peças mecânicas de baixa e média solicitação;

* Protótipos funcionais;

* Peças que precisam de maior resistência que o PLA.

O PETG ajudou a popularizar ainda mais a ideia de utilizar a impressão 3D para fabricar peças que realmente serão utilizadas.

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TPU: quando a peça precisa ser flexível

Outra evolução importante aconteceu com os materiais flexíveis.

O TPU trouxe para a impressão 3D a possibilidade de fabricar peças semelhantes, em comportamento, a determinados tipos de borracha.

Com ele podemos produzir:

* Amortecedores;

* Vedações;

* Protetores;

* Pés de equipamentos;

* Capas;

* Componentes antivibração;

* Peças flexíveis;

* Proteções contra impactos.

Nesse caso, a pergunta deixou de ser:

"Qual material é mais resistente?"

E passou a ser:

"A peça precisa ser rígida ou flexível?"

Essa mudança de pensamento é fundamental para escolher corretamente um filamento.

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ASA e a busca por resistência ao ambiente externo

O ABS já apresentava características interessantes, mas possuía limitações quando utilizado em ambientes externos, principalmente devido à exposição prolongada à radiação ultravioleta.

O ASA surgiu como uma alternativa interessante para aplicações externas.

Ele apresenta boa resistência mecânica e maior resistência às intempéries e à radiação UV.

Por isso, pode ser utilizado em:

* Componentes externos;

* Caixas e gabinetes;

* Peças automotivas;

* Equipamentos expostos ao sol;

* Componentes para uso externo.

A evolução dos materiais começou a considerar não apenas a resistência da peça, mas também onde ela será utilizada.

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Nylon: quando a impressão 3D entra na engenharia

O Nylon representa um dos grandes passos na evolução dos filamentos para impressão 3D.

Ele apresenta uma combinação interessante de:

* Resistência mecânica;

* Tenacidade;

* Resistência ao desgaste;

* Resistência ao impacto;

* Boa resistência à fadiga.

Isso permite sua utilização em aplicações como:

* Engrenagens;

* Buchas;

* Roldanas;

* Suportes;

* Componentes mecânicos;

* Peças automotivas;

* Ferramentas;

* Gabaritos.

E a evolução não parou no Nylon tradicional.

Hoje encontramos versões reforçadas com fibra de carbono e fibra de vidro.

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A fibra de carbono mudou novamente o jogo

A utilização de fibra de carbono em filamentos trouxe uma característica muito importante:

maior rigidez.

Materiais como Nylon CF, PETG CF e outros polímeros reforçados podem apresentar propriedades muito diferentes das versões convencionais.

A fibra pode aumentar a rigidez e melhorar a estabilidade dimensional da peça.

Isso abre espaço para aplicações como:

* Gabaritos;

* Ferramentas;

* Suportes estruturais;

* Componentes automotivos;

* Peças industriais;

* Dispositivos de montagem.

A impressão 3D começa então a competir não apenas como método de prototipagem, mas também como uma alternativa para determinadas peças de uso final.

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Fibra de vidro: outra opção para materiais de engenharia

A fibra de vidro também passou a ser utilizada como reforço em filamentos.

Assim como acontece com a fibra de carbono, ela pode aumentar a rigidez e modificar o comportamento mecânico do polímero.

Nylon GF, por exemplo, pode ser utilizado em aplicações que exigem uma peça mais rígida e resistente.

A escolha entre fibra de carbono e fibra de vidro dependerá da aplicação, do custo e das características desejadas.

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E os materiais de alta temperatura?

A evolução dos filamentos também levou ao desenvolvimento de materiais destinados a aplicações ainda mais exigentes.

Hoje encontramos polímeros de engenharia como:

* Policarbonato (PC);

* PEEK;

* PEKK;

* PPS;

* Entre outros materiais de alto desempenho.

Esses materiais podem apresentar elevada resistência térmica, mecânica e química.

Porém, existe uma diferença importante:

quanto mais avançado o material, maior normalmente será a exigência sobre o equipamento e o processo de impressão.

Alguns desses materiais exigem temperaturas muito elevadas de extrusão, mesa aquecida, câmara aquecida e controle rigoroso da temperatura ambiente.

Portanto, não basta comprar o filamento.

É necessário ter uma impressora capaz de trabalhar corretamente com ele.

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O futuro dos filamentos

A evolução dos filamentos está longe de terminar.

Cada vez mais fabricantes trabalham no desenvolvimento de materiais específicos para determinadas aplicações.

Já encontramos filamentos desenvolvidos para:

* Maior resistência;

* Maior flexibilidade;

* Maior resistência térmica;

* Maior resistência química;

* Maior estabilidade dimensional;

* Menor peso;

* Aplicações automotivas;

* Aplicações industriais;

* Ferramentas;

* Componentes técnicos.

Também vemos uma combinação cada vez maior entre polímeros e materiais de reforço.

O resultado é uma quantidade enorme de possibilidades para quem trabalha com impressão 3D.

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O mais importante não é escolher o filamento mais forte

Com tantas opções disponíveis, é comum pensar:

"Qual é o filamento mais resistente?"

Mas essa talvez não seja a melhor pergunta.

A pergunta correta é:

"Qual material possui as características necessárias para esta peça?"

Uma peça que precisa absorver impacto pode funcionar melhor com TPU.

Uma peça rígida e simples pode ser perfeitamente atendida pelo PLA.

Uma peça funcional pode exigir PETG.

Uma peça exposta ao sol pode se beneficiar do ASA.

Uma peça submetida a desgaste pode utilizar Nylon.

Uma peça estrutural pode utilizar Nylon CF ou Nylon GF.

E uma aplicação de alta temperatura pode exigir um polímero de engenharia específico.

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A impressão 3D está deixando de ser apenas prototipagem

Essa talvez seja a principal transformação causada pela evolução dos filamentos.

A impressão 3D não precisa mais ser vista apenas como uma ferramenta para criar modelos antes da fabricação tradicional.

Em determinadas aplicações, a própria peça final pode ser impressa em 3D.

Isso é especialmente interessante quando temos:

* Baixo volume de produção;

* Peças personalizadas;

* Peças de reposição;

* Componentes difíceis de encontrar;

* Projetos específicos;

* Alterações e adaptações;

* Desenvolvimento rápido de produtos.

É nesse cenário que a impressão 3D se torna uma ferramenta poderosa.

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A escolha do material começa no projeto

Na prática, escolher o filamento correto deve fazer parte do desenvolvimento da peça desde o início.

Antes de imprimir, devemos analisar:

A peça sofrerá impacto?

Terá carga constante?

Precisará flexionar?

Ficará exposta ao sol?

Entrará em contato com produtos químicos?

Trabalhará em alta temperatura?

Haverá atrito?

Precisará manter dimensões muito precisas?

As respostas ajudam a determinar qual material utilizar.

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Conclusão

A evolução dos filamentos acompanha a própria evolução da impressão 3D.

Começamos com materiais relativamente simples e aplicações principalmente voltadas para prototipagem.

Hoje temos uma enorme variedade de polímeros e materiais reforçados capazes de atender aplicações cada vez mais exigentes.

PLA, PETG, ABS, ASA, TPU, Nylon, Nylon CF, Nylon GF, PC, PPS, PEEK e muitos outros materiais fazem parte de um universo que continua crescendo.

Mas conhecer os materiais é apenas uma parte do processo.

Uma boa peça começa com a escolha correta do material, passa por um projeto adequado e termina com uma impressão realizada nas condições corretas.

É justamente essa combinação que permite transformar a impressão 3D em uma verdadeira ferramenta de desenvolvimento e fabricação.

Na design3D, acreditamos que cada projeto deve ser analisado de acordo com sua aplicação. Afinal, não existe um filamento perfeito para todas as situações — existe o material certo para cada necessidade.

Precisa desenvolver, adaptar ou fabricar uma peça em 3D? Fale com a design3D.