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INTRODUÇÃO

O crescimento da manufatura aditiva, mais conhecida como impressão 3D, nos processos de fabricação de componentes mecânicos e estruturais, atrelado à expansão da indústria 4.0, revolucionou diversos setores da cadeia produtiva em geral. Estimativas indicam que até 50 % das residências devem possuir uma impressora 3D até 2030, sendo que o tipo mais comum dos materiais para impressão 3D é a do tipo FFF (Fused Filament Fabrication), no qual há a fusão e deposição de sucessivas camadas de polímeros específicos para o processo, resultando no componente desejado.

Figura 1: Impressora 3D FFF

Nesse sentido, é de extrema importância conhecer os diferentes materiais para impressão 3D. A seleção do melhor insumo pode depender de diversos fatores, tais como: resistência desejada, aplicação, custo, rigidez etc. Logo, cabe ao operador ou projetista decidir qual material utilizar, a fim de obter maior qualidade do produto e atender ao objetivo proposto.

São utilizados no processo de manufatura aditiva desde polímeros já amplamente consolidados no mercado de injeção e extrusão, até insumos desenvolvidos especificamente para esse tipo de prototipagem rápida. Vale ressaltar que pesquisas a cerca do desenvolvimento de novos materiais são desenvolvidas constantemente, tonando esse mercado um meio que alia Engenharia e inovação em prol da tecnologia.

DESENVOLVIMENTO

Atualmente o processo de manufatura aditiva é fundamentado em três principais polímeros, são eles: ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno), PLA (Poliácido Lático) e PET (Polietileno Tereftalato de Etileno Glicol). É importante entender as principais características de cada um e, com base nelas, selecionar o melhor material para que sua impressão seja de qualidade e cumpra com seu objetivo.

Figura 2: filamentos utilizados em impressão 3D

• ABS

O ABS é um dos materiais para impressão 3D obtido através do petróleo já amplamente utilizado na indústria, principalmente na automotiva. Provavelmente ele compõe boa parte do painel de seu carro, portas e adendos. Esse polímero mostrou-se extremamente eficiente quando aplicado à impressão 3D, uma vez que apresenta boa resistência mecânica e térmica, além de permitir acabamento posterior à manufatura, a partir de lixamento ou banho de acetona.

Entre os três materiais citados, o ABS é o que possui o menor custo. No entanto, muitas pessoas ainda preferem não o utilizar em suas impressões, já que é intrínseco a esse polímero sofrer grandes contrações quando é resfriado. Tal fenômeno é observado principalmente em impressoras 3D abertas e é denominado como warping.

Figura 3: contração de peça feita em ABS

Essa contração pode fazer com que haja o descolamento da peça em relação à mesa de impressão, fazendo com que todo o processo seja prejudicado. Por isso, é importante que ao imprimir com ABS não sejam utilizadas impressoras totalmente abertas. Para isso basta colocar a máquina dentro de uma proteção de acrílico, por exemplo. Essa recomendação visa o controle da temperatura do ambiente de impressão, evitando assim, a contração abrupta do polímero. A utilização de mesa aquecida com material aderente torna-se obrigatória também.

Algumas empresas já desenvolvem tecnologia para melhor controle do ambiente da impressora, sendo que a maioria dos modelos já podem ser encontrados com uma proteção ao ambiente externo de fábrica.

Existem estudos que demonstram a potencial emissão de gás estireno durante a fusão do filamento de ABS. Esse gás é considerado um risco à saúde humana e possui ação cancerígena. No entanto, a quantidade de partículas emitidas no processo é demasiadamente pequena e a recomendação é que o local onde a impressora está instalada esteja sempre ventilado, a fim de não oferecer nenhum risco ao operador.

• PLA

Diferentemente do ABS, o PLA é um termoplástico biodegradável derivado principalmente de fontes naturais como o milho e a cana de açúcar. Ou seja, do ponto de vista ambiental é um material extremamente vantajoso de ser utilizado, já que as peças feitas em PLA descartadas serão decompostas em alguns anos, diferentemente de peças fabricadas a partir de derivados do petróleo, as quais podem permanecer na natureza por um longo período de tempo.

Em relação às propriedades mecânicas, o PLA é considerado um dos materiais para impressão 3D mais rígido, promovendo maior dureza às peças. Sua temperatura de impressão é a menor entre os polímeros destacados, consequentemente sua resistência térmica também é menor, fazendo com que se deforme facilmente quando submetido a temperaturas maiores que 180 ºC.

A grande vantagem do PLA como material utilizado em processo de manufatura aditiva é a facilidade de impressão que ele proporciona. Não há necessidade de mesa aquecida, nem material aderente. Impressoras abertas são permitidas e problemas que ocorrem ao utilizar ABS dificilmente são observados com PLA, como por exemplo descolamento da peça em relação à mesa e contração do material.

Ou seja, se você é iniciante na área de manufatura aditiva, o PLA é o material recomendado para suas primeiras impressões, já que permitirá que você adquira experiência e identifique onde deve melhorar, sem comprometer de maneira muito significativa o resultado da peça.

• PETG

O PETG é um material considerado ideal para o processo de manufatura aditiva, sendo considerado o substituto do ABS em um futuro de curto a médio prazo. É um termoplástico indicado para impressões 3D que exigem resistência ao impacto e robustez da peça. Possui também ótima resistência térmica, exigindo temperaturas de extrusão em torno de 240 ºC.

Basicamente pode-se dizer que o PETG se mostra como o material mais versátil para o processo de prototipagem rápida, uma vez que combina as qualidades do ABS e PLA. É um material que pode ser impresso em impressoras abertas, não emite nenhum tipo de gás tóxico no processo de fusão e é, também, considerado um polímero “Food safe”, ou seja, pode entrar em contato com alimentos. A única ressalva que se deve fazer é utilizá-lo para o armazenamento de comida, já que o processo de deposição de camadas gera pequenas lacunas no recipiente e isso pode resultar em acúmulo de partículas de sujeira nesses vãos.

Vale destacar que o PETG ganhou destaque no âmbito da manufatura aditiva recentemente. A pandemia do novo corona vírus elevou substancialmente a demanda por equipamentos de segurança usados pelos profissionais de saúde, entre eles destacam-se as máscaras. Tal fato fez com que novas soluções fossem criadas para suprir as necessidades de médicos enfermeiros. Nesse sentido, máscaras fabricadas através de impressão 3D mostraram-se eficientes e estão sendo fabricadas em diversos locais do Brasil, principalmente em Universidades públicas. As chamadas ‘Face Shield’ exercem a função de proteção das máscaras e garantem condições de trabalho aos profissionais.

Figura 4: máscaras de proteção feitas em impressora 3D

A estrutura da máscara consiste em um suporte fabricado em PETG, no qual uma lâmina de acetato é acoplada, a fim de proteger toda a face do usuário. Esse material de manufatura aditiva é o ideal para esse equipamento, já que pode ser esterilizado em temperaturas maiores que o PLA e ABS.

A impressão 3D é sem dúvida um processo de manufatura que será cada vez mais comum no cotidiano de pessoas e profissionais da área. É importante ressaltar que essa tecnologia é totalmente acessível e de fácil aprendizado a todos, permitindo troca de informações e experiências entre usuários.

Como vimos, a manufatura aditiva está também a serviço da sociedade, já que carrega em sua essência a alta capacidade de inovação e adaptação do processo às necessidades de pessoas e setores da sociedade. Portanto, é notável, que diferentes aplicações exigem diferentes materiais e cabe ao usuário essa decisão e conhecimento, com o objetivo de entregar a maior qualidade possível atrelada ao projeto.