Guia abrangente de materiais de impressão 3D: Plásticos, metais, resinas e muito mais

Descubra a ampla variedade de materiais de impressão 3D, incluindo plásticos, metais, resinas e compostos. Saiba mais sobre suas propriedades, aplicações e as melhores técnicas de impressão para cada material. Explore os processos FDM, SLA e SLS e encontre dicas para selecionar e armazenar materiais para obter sucesso. Impressão 3D em prototipagem.

Explorando a ampla gama de materiais usados na impressão 3D

A impressão 3D é uma ferramenta avançada de produção que trouxe uma mudança drástica no design e na fabricação de produtos. Devido à sua capacidade de "imprimir", a impressão 3D também permite que designers e engenheiros criem rapidamente produtos complexos. A característica fundamental que define esse sistema altamente adaptável está nos materiais, com os quais as impressoras traduzem arquivos em elementos tangíveis, camada por camada detalhada.

Em um esforço para tornar este guia o mais abrangente possível, ele apresentará opções disponíveis em diferentes classes de materiais de impressão 3D, como plásticos, metais, resinas, pós e compostos. Cada categoria engloba vários tipos de materiais para uso em técnicas de impressão 3D apropriadas para diferentes processos. Compreender propriedades como força, flexibilidade, resistência ao calor e o desempenho resultante das peças impressas é essencial para escolher o material certo.

Aspectos importantes, como formatos de filamentos, papel da impressão 3D O senhor poderá discutir as técnicas e as propriedades dos materiais. Com o tempo, será discutida uma seleção refinada dos filamentos plásticos comuns, pós metálicos e tipos de resina. Em geral, a ideia é oferecer aos leitores uma introdução clara e abrangente a uma ampla gama de materiais de impressão 3D.

Materiais de impressão 3D

A impressão 3D abrange uma ampla gama de tipos de materiais, cada um deles adequado para produzir objetos com características exclusivas. A seleção do material define os recursos e o desempenho das peças impressas.

Materiais plásticos

Os termoplásticos como ABS, PLA, náilon e TPU dominam os materiais de impressão 3D para desktop devido à facilidade de extrusão. Por serem moldáveis quando aquecidos, permitem a remodelagem e a reciclagem.

O ABS apresenta alta resistência ao calor e ao impacto, enquanto o PLA oferece biodegradabilidade. O náilon combina resistência e flexibilidade. O TPU e outros elastômeros proporcionam elasticidade. O desenvolvimento contínuo de novas formulações plásticas amplia continuamente as possibilidades de aplicação.

Materiais metálicos

Vários processos, como Sinterização Seletiva a Laser, Fusão Seletiva a Laser e Sinterização Direta a Laser de Metal, fundem seletivamente partículas de pó metálico e as depositam camada por camada. Anteriormente, era difícil obter essas geometrias, mas com a ajuda dos metais de alta resistência, elas podem ser "impressas".

Entre os materiais metálicos mais populares estão o aço inoxidável e as ligas de titânio, valorizados por características como biocompatibilidade, resistência à corrosão e altos pontos de fusão adequados para aplicações exigentes. No entanto, os materiais de impressão 3D de metal continuam sendo relativamente caros e especializados.

Materiais de resina

As resinas produzem detalhes microscópicos por meio da cura sob luz controlada. Elas permitem aplicações que exigem clareza óptica, flexibilidade e superfícies lisas por meio de processos como a litografia estéreo (SLA).

Os materiais imitam plásticos, silicones e borrachas, permitindo um ajuste preciso. As variantes atendem às necessidades de dureza, transparência, biocompatibilidade e alta resistência ao calor.

Materiais compostos

Os promissores filamentos compostos contêm fibras cortadas para reforçar a resistência das matrizes de base. Isso traz propriedades desejáveis além dos limites de um material individual, incluindo condutividade térmica, resistência à tração e rigidez. No entanto, os compostos também aumentam os custos.

Outros materiais

Além de plásticos, metais e compostos, os materiais emergentes incluem madeira natural, arenito, argila e filamentos de cera, acrescentando diversidade estética e funcional.

Tipos de impressoras 3D

Os materiais de impressão 3D utilizam várias tecnologias que determinam a compatibilidade com diferentes materiais. Os principais processos incluem modelagem por deposição fundida (FDM), sinterização seletiva a laser (SLS), litografia estéreo (SLA) e outros.

Modelagem por deposição fundida (FFF/FDM)

Como um dos métodos mais proeminentes e acessíveis, as impressoras FFF/FDM depositam filamentos termoplásticos por meio de um bocal aquecido. Os materiais disponíveis em carretéis simplificam o carregamento e a vasta gama de materiais os torna acessíveis.

Entretanto, a resolução e a precisão mais baixas limitam projetos complexos ou recursos intrincados. Mas a FFF industrial resolve problemas com suportes solúveis e compostos, embora seja consideravelmente mais cara.

A FFF é adequada para protótipos, modelos e peças básicas comuns; as impressoras maiores produzem componentes funcionais. ABS, PLA, nylon e filamentos flexíveis são adequados para extrusão.

Litografia estéreo (SLA)

Uma técnica predominante que emprega resinas reativas à luz, SLA O sistema de cura a laser transforma camadas em peças isotrópicas. Ele produz a mais alta resolução e qualidade de superfície, desejável para guias cirúrgicos, modelos odontológicos, protótipos complexos e joias.

A SLA oferece o mais amplo espectro de materiais, desde resinas padrão até resinas moldáveis, flexíveis, de alta temperatura e odontológicas. As resinas possibilitam geometrias complexas e saliências com poucos suportes.

Sinterização seletiva a laser (SLS)

Por meio da fusão de pós de nylon ou compostos com lasers de alta potência, SLS produz componentes estruturalmente sólidos que se assemelham a projetos moldados por injeção. As geometrias complexas são impressas sem suportes, reduzindo o desperdício.

Os termoplásticos, como o náilon e a poliamida, possuem resistência que atende às necessidades de produção. A SLS de metais, vidros e ligas amplia as aplicações funcionais de prototipagem e fabricação.

Outras técnicas

A fusão de leito de pó, o jato de aglutinante, o jato de material e a deposição de energia direcionada utilizam abordagens alternativas baseadas em pó. O PolyJet faz a cura a jato de várias resinas. Materiais laminados LOT e LOM. As tecnologias emergentes ampliam a liberdade de design.

Design para impressão 3D

O processo de design é um pré-requisito essencial para os materiais de impressão 3D. Vários fatores relacionados ao software e ao design da peça afetam o processo de impressão e os resultados finais

Software de modelagem 3D

Os iniciantes podem usar a interface simples do Tinker Cad, enquanto os designers avançados utilizam ferramentas poderosas do Fusion 360, SolidWorks ou Blender. Os arquivos STL preservam as superfícies para interpretação da impressora 3D.

Fatores para uma impressão 3D bem-sucedida

A orientação do projeto, o dimensionamento e a preparação do modelo otimizam os materiais de impressão 3D. A espessura da parede, a direção de extrusão do material e os suportes necessários determinam o sucesso. Os projetos de teste simulam tensões para detectar riscos de falha antes da guia para impressão 3D.

Escala ideal

Os tamanhos do mundo real sobrecarregam as impressoras. Aumentar/diminuir a escala proporcionalmente, preservando as dimensões. Peças grandes podem exigir segmentação em partes imprimíveis. Modelos superdimensionados podem causar atolamento da extrusora ou descamação no meio da impressão.

Orientação da peça

As construções em pé enfrentam menos problemas do que as impressões planas horizontais. As peças horizontais requerem mais suportes para levantar áreas salientes. A rotação em pequenos ângulos pode facilitar a criação de pontes em zonas problemáticas.

Estruturas de suporte

As saliências e as seções de paredes finas enfraquecem sem suportes temporários que façam a ponte entre cada camada. Os suportes são fixados na plataforma de construção ou na impressão. Os materiais solúveis em água se desprendem sem esforço no SLS, enquanto os filamentos de ruptura aderem firmemente.

Complexidade do modelo

Cavidades internas complexas ou paredes excessivamente finas representam desafios para os materiais de impressão 3D. Simplifique os modelos sempre que possível, removendo detalhes desnecessários. Incorporar paredes temporárias estrategicamente posicionadas para aumentar a resistência, se necessário.

Melhor conversão de tipo de arquivo

O tipo de arquivo STL compartilha a geometria como triângulos enquanto o software de corte interpreta. Os reparos garantem a validade do STL antes. Outros formatos podem oferecer benefícios para aplicativos específicos.

Dicas para iniciantes

Impressões de calibração e teste

Os usuários iniciantes devem calibrar para obter o desempenho ideal. O nivelamento da cama, a calibração da temperatura e a retração configuram camadas perfeitas. As impressões de amostra validam a consistência da configuração, fornecendo feedback sobre os problemas antes de impressões complexas.

Seleção e armazenamento de filamentos

Considere propriedades como material, resistência, aparência, custo e compatibilidade de materiais de impressão 3D. Avalie PLA, ABS, náilon etc. Armazene para evitar deformações e quebras em áreas secas e frescas, protegidas da luz e do ar. Os sensores de umidade protegem os filamentos higroscópicos.

Problemas e soluções comuns

Testar o enrolamento, a delaminação, o encolhimento ou a precisão. Avalie as temperaturas, a retração, o resfriamento da peça e a adesão ao leito, como brims/rafts. A higroscopia verifica a secura do material. Garanta a adesão e a remoção adequadas do suporte. As atualizações de firmware otimizam os recursos. As iterações de calibração melhoram continuamente os resultados.

Comunidade de impressão 3D

As discussões entre pares ajudam os iniciantes a superar obstáculos por meio de fóruns de discussão e mídias sociais. Os criadores enriquecem o campo por meio de inovação constante, solução de problemas e tutoriais. Recursos de treinamento gratuitos e premium expandem as habilidades. Especialistas generosos compartilham livremente seus conhecimentos, criando uma base colaborativa para o avanço dos projetos.

Aplicativos de impressão 3D

Prototipagem rápida

Os materiais de impressão 3D aceleram os ciclos de desenvolvimento de produtos por meio de iteração rápida. Os designers criam protótipos totalmente funcionais em horas, em vez de terceirizar a usinagem por semanas. Os engenheiros verificam a forma, o ajuste e a função por meio de testes no mundo real das peças impressas.

Educação

As impressoras 3D possibilitam o aprendizado prático do STEAM. Os materiais de impressão 3D dos alunos são modelos interativos para visualizar ideias abstratas. Eles criam modelos personalizados para melhorar a compreensão. As impressões 3D anatômicas melhoram o aprendizado de biologia e medicina.

Assistência médica

De próteses a guias cirúrgicos, os materiais de impressão 3D otimizam os cuidados com a saúde. As próteses personalizadas aumentam a mobilidade do paciente usando materiais biocompatíveis. Implantes sob medida reduzem a recuperação por meio de procedimentos minimamente invasivos. Modelos anatômicos agilizam cirurgias complexas.

Manufatura industrial

A criação de protótipos é mais rápida, permitindo uma avaliação rápida. Recursos internos complexos permitem novos designs. Personalização em massa atende a diversos mercados. As peças são mais resistentes por meio da otimização da topologia. A fabricação distribuída viabiliza a produção remota por meio de materiais de impressão 3D sob demanda.

Bens de consumo

Os desenvolvedores de produtos criam dispositivos inteligentes e personalizados por meio de materiais de impressão 3D. A prototipagem rápida testa novos designs. A fabricação distribuída abastece nichos de mercado antes inacessíveis por meio da produção em massa convencional.

Conclusão

Essa tecnologia de design e fabricação de produtos trouxe a fabricação digital por meio da impressão 3D. A tecnologia ainda não está totalmente desenvolvida e a funcionalidade do sistema está aumentando em um ritmo acelerado. Novas e avançadas edições de impressoras 3D estão chegando ao mercado e oferecem recursos de qualidade industrial para profissionais e amadores.

Com o avanço da tecnologia, começam a surgir novos tipos de materiais que oferecem várias oportunidades. Polímeros de alto desempenho, compostos com materiais maleáveis e resinas específicas são as principais categorias que os materiais avançados de impressão 3D estão levando a novos patamares. Da mesma forma, até mesmo os produtos mais sensíveis, como alimentos, não são deixados para trás nos experimentos.

As ideias de fabricação distribuída apontam para um estado em que os canais de fornecimento são distribuídos globalmente. Atualmente, os produtos de software podem ser baixados de forma bastante universal e os produtos físicos poderão um dia ser obtidos com a mesma facilidade. A personalização em massa pode significar que o produto que está sendo feito sob encomenda, seja um carro, um vestido ou um terno, está absolutamente de acordo com a exigência exata do cliente.

No total, os materiais de impressão 3D são uma das tecnologias revolucionárias e inovadoras que oferecem possibilidades a todos. Ao fazer isso, ela traduz bytes em sólidos, dando assim o poder de produção às pessoas. Assim, essa tecnologia progressiva se tornará ainda mais poderosa devido às ferramentas e aos materiais aprimorados que estão disponíveis no mundo moderno. Os potenciais oferecidos pela impressão 3D são simplesmente inconcebíveis.

Perguntas frequentes

Qual é o filamento de impressão 3D mais resistente?

A resistência depende de vários fatores, mas os filamentos especiais de engenharia, como ABS, náilon e PEEK, estão entre os mais resistentes.

É possível imprimir metais em 3D?

Sim, usando os métodos aprimorados de leito de pó, que incluem os métodos DMLS e SLM, por meio dos quais um laser funde pequenos pós metálicos nas peças complexas necessárias. Com relação aos metais comuns, eles são aço inoxidável e titânio.

Qual é o filamento de impressão 3D ideal para usar?

Alguns fatores a serem observados ao escolher o material incluem os discutidos acima, como flexibilidade, força, resistência ao calor, entre outros, e mais ainda as necessidades que o senhor terá no projeto, a compatibilidade do material com a impressora que pretende usar para o projeto. Avalie as opções populares, como PLA, Acrilonitrila Butadieno Estireno, mais comumente chamado de ABS, Politereftalato de Etileno ou mais comumente chamado de PETG, entre outros.

É melhor a resina ou o filamento?

A resina oferece detalhes e qualidade de superfície incríveis, enquanto o filamento oferece mais opções de materiais a preços mais baixos. Considere suas necessidades, orçamento e impressora ao escolher.

O que é melhor para miniaturas: resina ou filamento?

As miniaturas de resina têm detalhes finos incomparáveis, mas exigem limpeza. Alguns filamentos também podem obter grandes detalhes a um custo menor e sem pós-processamento.

Como faço para armazenar o filamento adequadamente?

Para armazenamento de longo prazo, proteja o filamento contra umidade, luz e flutuações de calor usando um recipiente hermético com pacotes de dessecante dentro. O armazenamento adequado evita o empenamento e a quebra.