O escopo da aplicação de tecnologias aditivas é amplo: em um polo estão as “únicas impressoras de mesa PLA”, para aplicações decorativas, no outro são fábricas de impressão direta de metal, entre elas equipamentos e materiais em estoque. Para entender quais materiais são necessários para obter uma peça durável e leve, passamos da impressão pessoal para a impressão industrial. PLA, ABS, SBS - consumíveis familiares a todas as impressoras. PETG, nylon, policarbonato - bastante exótico. Mas estes estão longe de ser os materiais mais sérios.
Onde são necessários os superplásticos?Plásticos com propriedades excelentes são muito úteis no espaço. Não, ainda não é possível imprimir um motor de foguete em plástico, a estabilidade térmica não está nem perto, mas será ideal para várias partes ao redor. Um exemplo é o Stratasys e o “controle climático” dos foguetes Atlas V. 16 peças impressas em vez de 140 metálicas são mais rápidas, fáceis e baratas. E este não é um projeto teórico, ele já voou para o espaço.
Outro exemplo é a aviação. A altitude do vôo é mais baixa, mas o aplicativo é mais massivo. Também aqui há uma razão para reduzir a massa de peças, mudar para o plástico sempre que possível. Também é usado na indústria aeronáutica e na impressão direta com metais, quando se trata de componentes de motor ou detalhes da estrutura da fuselagem, mas elementos estruturais menos carregados, como ventilação da cabine e elementos internos, são os melhores feitos de plástico. Essa direção está sendo desenvolvida, por exemplo, pela Airbus.
Descemos do céu à terra: aqui a massa não é mais tão crítica, outras propriedades dos plásticos de engenharia são interessantes. Resistência à química agressiva e temperatura elevada, possibilidade de criar estruturas inacessíveis aos métodos clássicos. Ao mesmo tempo - um preço mais baixo em comparação com a impressão em metal. Os produtos impressos são utilizados na medicina, na indústria de petróleo e gás e na indústria química. Como exemplo, um bloco de mistura com uma estrutura de canal complexa, feita para ilustração na seção.
Ao contrário dos plásticos convencionaisPor que não lançar o PLA no espaço e fazer saídas de ar ABS? Vários requisitos são aplicados aos plásticos de engenharia relacionados à resistência a altas e baixas temperaturas, resistência ao fogo e resistência mecânica. Como regra, de uma só vez. Portanto, “flutuando” ao interagir com o ambiente, PLA ou queima perfeitamente o ABS no céu é indesejável.
Agora - no que, de fato, os plásticos são usados na impressão industrial usando a tecnologia FDM / FFF.
Filamentos de policarbonatoO policarbonato é um plástico amplamente utilizado na indústria com alta resistência ao impacto e transparência, que também é produzido para as necessidades da impressão FDM. O material mantém a temperatura melhor que o ABS, é resistente a ácidos, mas é sensível à radiação UV e é destruído pela exposição a produtos petrolíferos.
Policarbonato puro, PCA temperatura máxima de operação para produtos de policarbonato é de 130 ° C. O policarbonato é biologicamente inerte, os produtos suportam a esterilização, permitindo imprimir embalagens e acessórios para medicamentos.
ABS / PCA liga de policarbonato e ABS combina os recursos de abrasão e pintura do ABS com maior resistência ao impacto e temperatura de operação. Preserva a resistência a baixas temperaturas - até -50 ° C. Ao contrário do PC puro, é melhor aplicável nos casos em que é necessário eliminar a estrutura em camadas da peça por moagem ou jateamento de areia. Aplicação: produção de caixas e elementos de controle para peças e produção em pequena escala, substituição de peças plásticas seriais em equipamentos para os quais as peças não são mais fabricadas.
Filamentos de poliamidaAs poliamidas são usadas na fabricação de fibras sintéticas e são um material popular para impressão por sinterização seletiva a laser (SLS). Para impressão usando a tecnologia FDM / FFF, poliamida-6 (nylon), poliamida-66 (nylon) e poliamida-12 são usadas principalmente. Características comuns de filamentos à base de poliamida incluem propriedades de inércia química e antifricção. A poliamida-12 é mais flexível e resistente do que PA6 e PA66. Temperatura de operação - cerca de 100 ° C, modificações individuais - até 120.
Antes de tudo, as engrenagens são impressas em poliamida. O melhor material para esse fim, com o qual você pode trabalhar em uma impressora 3D comum com uma câmera fechada. A resistência à abrasão permite fazer tração, cames, buchas deslizantes. Na linha de muitos fabricantes, existem filamentos compostos à base de poliamida, com resistência mecânica ainda maior.
Passamos para o mais interessanteVocê pode trabalhar com policarbonato ou poliamida em uma impressora 3D comum. Os filamentos descritos abaixo são mais complicados, requerem outras extrusoras e mantêm a temperatura na câmara de trabalho, ou seja, é necessário equipamento especial para impressão com plásticos de alta temperatura. Há exceções - por exemplo, na NASA, para fins de experimentos, eles modernizaram o popular Lulzbot TAZ nos EUA por trabalhar com filamentos de alta temperatura.
Poliéteréter-cetona, PEEKA temperatura de trabalho dos produtos PEEK atinge 250 ° C, é possível um aquecimento a curto prazo até 300 - indicadores de filamentos reforçados. O PEEK tem duas desvantagens: preço alto e resistência ao impacto moderada. O resto são vantagens. Auto-extinguível em plástico, resistente ao calor, quimicamente inerte. Os equipamentos e implantes médicos são feitos de PEEK; a resistência à abrasão permite a impressão de detalhes dos mecanismos a partir dele.
Polieterimida, PEIEle é Ultem. Uma família de plásticos desenvolvidos pela SABIC. As características do PEI são mais modestas que o PEEK, mas o custo é muito menor. Ultem 1010 e 9085 são os materiais principais da Stratasys para impressão de peças funcionais. A PEI está em demanda na indústria aeroespacial - a massa é muito menor em comparação com as ligas de alumínio. As temperaturas de trabalho dos produtos, dependendo da modificação do material, atingem 217 ° C de acordo com o fabricante e 213 de acordo com os resultados dos testes da Stratasys.
O PEI tem as mesmas vantagens do PEEK - resistência química e à temperatura, resistência mecânica. É esse material que a Stratasys promove como substituto parcial do metal na indústria aeroespacial, dos drones, da fabricação de ferramentas para moldagem e da impressão rápida de peças funcionais na produção piloto.
Os componentes do sistema de resfriamento de foguetes Atlas V e peças plásticas para aviões Airbus, mostrados como um exemplo no início da revisão, são fabricados com o Ultem 9085.
Polifenilsulfona, PPSF / PPSUOutro material que combina em suas propriedades resistência à temperatura, resistência mecânica e resistência a influências químicas. O Stratasys PPSF é certificado para aplicações aeroespaciais e médicas. Posicionado como matéria-prima para a produção de dispositivos médicos auxiliares, pode ser esterilizado em autoclaves a vapor. É utilizado na fabricação de peças para plantas de laboratório na indústria química.
PSU de polissulfonaMenos comum em comparação com a PPSU, possui características físicas semelhantes, quimicamente inertes, auto-extinguíveis. Temperatura operacional - 175 ° C, até 33% mais barata em comparação com o PPSU.
Comparação das características do filamento* calcinação por 2 horas a 140 ° C.
** Os resultados dos testes de impacto naturais do Apium PEEK 450 por métodos semelhantes não estão disponíveis. Resistência ao calor indicada para PEEK não preenchido.
Os dados são para filamentos Stratasys, com exceção do PEEK. Se uma faixa de valores for indicada, os testes foram realizados ao longo e ao longo das camadas da peça.
Sobre filamentos compostosA maioria dos materiais para impressão FDM possui versões compostas. Se falamos sobre o PLA, adicionamos pós de metais ou madeira para alterar as propriedades estéticas. Os filamentos de engenharia são reforçados com fibra de carbono para aumentar a rigidez da peça. O efeito de tais aditivos nas propriedades do plástico depende não apenas da quantidade, mas também do tamanho das fibras. Se o pó fino pode ser considerado um aditivo decorativo, as fibras já alteram significativamente as características do plástico. A palavra Carbono, no nome do material em si, não significa propriedades excelentes; você precisa observar os resultados do teste. Por exemplo: O Stratasys Nylon12CF possui quase o dobro da resistência à tração quando testado ao longo das camadas que o Nylon12.
Uma opção exótica é a implementação de reforço contínuo da Markforged. A empresa oferece
filamentos de reforço para impressão conjunta FDM com outros plásticos.
Outras propriedades específicasOs plásticos de engenharia não são apenas resistência a altas temperaturas e resistência mecânica. Para estojos ou caixas para armazenamento de dispositivos eletrônicos, bem como em condições de trabalho com líquidos voláteis inflamáveis, são necessários materiais com propriedades antiestáticas. Na linha Stratasys, este é, por exemplo, ABS-ESD7.
O ABS convencional não é resistente à radiação ultravioleta, o que limita seu uso sem um revestimento protetor ao ar livre. Como alternativa, propõe-se o ASA, cujas características são próximas ao ABS, exceto pela presença de resistência aos UV.
Alternativa originalO plástico pode substituir o metal em muitas áreas, pois o supera em leveza, isolamento térmico e elétrico, resistência a reagentes. Mas as impressões dos melhores filamentos FDM não estão à altura dos indicadores físicos de produtos metálicos.
A gigante química BASF oferece o filamento Ultrafuse 316LX FDM, com uma fração de massa de aço inoxidável de 80%. A peça é impressa em uma impressora FDM e depois colocada em um forno, onde o plástico do ligante é queimado e o metal é sinterizado. A peça obtida dessa maneira é muito mais barata que a impressão direta fabricada em metal. Com uma impressora FDM e um forno adequado, novos equipamentos não serão necessários.
Observe que uma solução semelhante é oferecida pela
Virtual Foundry - seu Filamet, com pó de bronze ou cobre, é cozido da mesma maneira. A escolha do metal sugere uma aplicação decorativa em vez de uma aplicação de engenharia.
O AIM3D possui sua própria implementação desse princípio - a impressora
ExAM 255 não funciona com filamentos, mas com grânulos. Isso permite que você use matérias-primas para a impressão FDM, que geralmente é usada no MIM, Metal Injection Moulding. Para peças de sinterização, a empresa oferece um forno
ExSO 90 . Você pode imprimir com grânulos de plástico, o que geralmente é mais barato do que usar um filamento tradicional.
Engenharia Especial Engenharia de PlásticoPara resumir. Em poucas palavras: os consumíveis considerados diferem dos materiais convencionais, com uma alta temperatura de impressão, que requer o uso de equipamentos especiais, além de séria resistência ao calor e resistência mecânica das peças fabricadas. Para trabalhar com esses filamentos, são necessárias impressoras 3D com uma temperatura de operação da extrusora de 350 ° C e uma câmara de trabalho termostabilizada.
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