Se você está aqui é porque gostaria de aprender os fundamentos da impressão 3D FDM. Neste artigo, vou te explicar o motivo desta tecnologia ser uma uma escolha eficiente e econômica para prototipagem rápida e outras aplicações.
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A FDM cria os objetos camada por camada, depositando seletivamente o material fundido em um caminho programado por ferramenta CAD. As máquinas que trabalham com este processo usam polímeros termoplásticos (são plásticos que podem ser moldados mais de uma vez) que vêm em forma filamentos para formar os objetos físicos.
Extrusão de Filamento
A maioria das impressoras 3D em todo o mundo são FDM e é amplamente utilizada em toda indústria. Então se você está começando agora na Impressão 3D, este deve ser o seu primeiro passo.
Neste artigo, abordamos os princípios básicos e as principais características desta tão popular manufatura aditiva. Vamos ainda entender sobre as diferenças entre os equipamentos FDM fabricados para prototipagem (desktop) e aplicações industriais.
Como funciona a impressão 3D FDM?
Uma impressora 3D FDM funciona depositando material de filamento derretido sobre uma mesa, camada por camada. A FDM usa arquivos G-CODE que são códigos de máquina traduzidos do modelo digital para camadas para orientar a construção dos objetos. Os materiais para FDM incluem filamentos como ABS, PLA, PETG XT, Tritan HT, ASA, e PEI, que a máquina extruda através de um bico aquecido.
A operação básica de uma máquina FDM consiste em carregar um carretel de filamento termoplástico na impressora. Assim que o bico atinge a temperatura desejada, a impressora alimenta o filamento através de um cabeçote de extrusão e bico aquecido.
Este cabeçote está ligado a um sistema de três eixos que lhe permite mover-se entre os eixos X, Y e Z. A impressora extruda material derretido em fios ainda menores, por padrão 0,4 mm, e os deposita camada por camada ao longo de um caminho determinado pelo projeto. Assim que é depositado, o material esfria e endurece. Em alguns casos é necessário acoplar ventoinhas ao cabeçote de extrusão para acelerar o processo de resfriamento.
Quais são os parâmetros de impressão para impressoras 3D FDM?
A maioria dos softwares fatiadores das FDM permite ajustar vários parâmetros do processo. Isso inclui as temperaturas do bico e mesa, velocidade de impressão, altura da camada e velocidade do ventilador de resfriamento, infill, parâmetros de parede e muito mais.
Fatiador Cura e seus parâmetros
Os principais fatores a serem considerados, no entanto, são o tamanho da construção e a altura da camada. O volume útil de construção de uma Impressora 3D é de 200 x 200 x 200 mm, já as impressoras industriais podem atingir tamanhos superiores a 1.000 x 1.000 x 1.000 mm. Mas é claro que você pode criar objetos grandes com impressoras pequenas, bastando apenas dividir sua peça em partes menores.
A altura de camada das impressoras FDM medem entre 0,05 e 0,4 mm. A impressão de camadas menores produz peças com maior qualidade, enquanto camadas maiores permitem impressões mais rápidas.
Existe alguma diferença entre impressoras FDM de mesa e industriais?
As impressoras FDM geralmente se enquadram em duas categorias principais: máquinas industriais (profissionais) e máquinas de prototipagem (desktop). Existe mercado para todos tipos de impressoras, mas a principal diferença entre as duas tecnologias seja a escala de produção.
Impressora 3D
As impressoras 3D FDM industriais, como a impressora 3D Systems ou HP, são muito mais caras do que as concorrentes desktop, que são as máquinas de uso doméstico e do consumidor. Então, usá-las para suas peças personalizadas não será nada barato. As máquinas industriais já fora bem mais eficientes e poderosas do que as impressoras FDM desktop, elas são usadas com mais frequência para ferramentas, protótipos funcionais e peças de uso final. Mas a tecnologia das desktop melhorou tanto que o custo tão superior pode não valer muito a pena.
Quais são as características da impressão 3D FDM?
Sabemos que existem variações das impressoras 3D FDM em relação a seus sistemas de extrusão e a qualidade da peça que você obtém de várias máquinas, mas também existem características comuns que você pode esperar de cada processo de impressão FDM.
Empenamento ou warping
O empenamento é um dos defeitos mais comuns quando falamos de FDM. Isto não quer dizer que outras tecnologias também não sofram com este efeito. Quando o material plástico é extrudado e esfria durante a solidificação, ocorre o efeito da contração. Como diferentes seções da peça impressa resfriam em taxas diferentes, suas dimensões também mudam em velocidades diferentes. O resfriamento não uniforme causa o acúmulo de tensões internas que puxam a camada subjacente para cima, gerando uma deformação. Este efeito é ainda acentuado quando existe um resfriamento acelerado.
Warping
Mas existem algumas maneiras de evitar o empenamento. Você pode usar adesivos entre a mesa e sua peça, pode ainda criar estruturas de ancoragem. Mas o uso de uma clausura para a impressora com controle interno de temperatura é normalmente o método mais indicado para atenuar o empenamento.
Fazer certas escolhas durante o processo de projeto também pode reduzir a probabilidade de sua peça empenar. Veja alguns exemplos:
Áreas grandes e planas – evite pois costumam empenar mais.
Geometrias finas ou pontudas – pense nas pontas de um garfo – estas geometrias costumam empenar mais. Usar recursos como brim podem ajudar a evitar isso.
Os cantos agudos se deformam com mais frequência do que as formas arredondadas, por isso recomendamos adicionar filetes ao design. Aquele abaulamento, sabe?
Cada material tem seu índice de contração. Por exemplo, o ABS contrai mais que o que o PLA ou o PETG.
Aderência entre camadas
A aderência segura entre as camadas depositadas de uma peça é crítica no FDM. Quando uma máquina FDM extruda termoplástico fundido através do bico aquecido, este material pressiona contra a camada previamente impressa. Alta temperatura e pressão fazem com que esta camada volte a derreter e permite que ela se ligue à camada anterior. Portanto, você precisa dosar bem a altura de camada com a temperatura. Por exemplo, se você usar uma altura de camada muito grande, precisará imprimir com temperatura um pouco mais alta para que ocorra a fusão entre camadas.
E como o material fundido pressiona contra a camada previamente impressa, sua forma se deforma em um oval. Pegue agora ume peça impressa e veja com uma lupa como a parede fica ondulada.
Estrutura de suporte
As impressoras FDM conseguem imprimir “no ar” até um certo ângulo, com um certo overhang, mas não conseguem depositar plástico no ar. Certas geometrias de peças requerem estruturas de suporte, que geralmente são impressas no mesmo material das próprias peças. São materiais usados em sacrifício.
Dissolvendo material HIPS de suporte
Algumas vezes, a remoção de materiais de estrutura de suporte pode ser difícil, por isso é muito mais fácil projetar peças de forma a minimizar a necessidade de estruturas de suporte. Mas os fatiadores estão ficando cada vez melhores, gerando estruturas de suporte como em árvore eficientes e de fácil remoção. Mas também existem materiais de suporte que se dissolvem em líquido como D-Limoneno (para o Filamento HIPS) e Água (para o filamento PVA). Este recurso é usado em impressoras que tem pelo menos 2 sistema de extrusão e não são muito comuns.
A espessura do preenchimento e da parede afeta significativamente a resistência das peças impressas em FDM. A maioria das impressoras FDM de mesa tem uma configuração padrão de densidade de preenchimento de 20% e espessura de revestimento de 0,8 mm, o que fornece um equilíbrio entre força e velocidade para impressões. Existem ainda alguns padrões geométricos para o infill que podem ajudar na resistência ou velocidade de impressão.
Quais são os materiais comuns para impressão 3D FDM?
Uma das principais vantagens do FDM (desktop e industrial) é a ampla gama de materiais da tecnologia. Isso inclui termoplásticos de commodities, como PLA e ABS, materiais de engenharia como Tritna HT, ASA, FRP 193 e PETG e termoplásticos de alto desempenho, incluindo PEEK e PEI.
O filamento PLA é o material mais comum usado em impressoras FDM desktop. A curva de aprendizagem e facilidade da impressão com PLA é relativamente suave, produzindo peças com bons detalhes. Mas quando você precisa de maior resistência térmica e mecânica, normalmente usamos ABS, PETG XT ou Tritan HT.
Um bom equilíbrio entre os materiais é o PETG, que fica entre o ABS e PLA para facilidade de impressão e resistência térmica e mecânica. São excelentes materiais e podem ser usados tanto para protótipo como para peças finais.
A impressão em diferentes materiais afetará as propriedades mecânicas e a precisão de sua peça, bem como seu custo.
As peças impressas em 3D FDM podem ser finalizadas com um padrão bastante alto por meio de vários métodos de pós-processamento:
Lixamento e polimento
Aplicação de primer e pintura
Soldagem a frio
Alisamento a vapor
Revestimento epóxi
Revestimento de metal
Acabamento em acetona com ABS
Perguntas frequentes
Quais são as vantagens da impressão 3D FDM?
O FDM é mais econômico do que qualquer outro tipo de impressora 3D da manufatura aditiva e faz uso de uma ampla variedade de tipos de filamentos.
Quais são as desvantagens da impressão 3D FDM?
Embora o FDM seja muito econômico, ele também possui a resolução mais baixa em comparação com outras tecnologias de impressão 3D. Com alguma dificuldade e para algumas peças é possível chegar em camadas de 0,05 mm. Impressão de modelos para jóias, odontologia e outras áreas que exigem alta resolução passa a ser menos viável.
O FDM requer pós-processamento?
Provavelmente as peças impressas usando FDM terão linhas de camada visíveis a olho nu, então, o pós-processamento pode ser necessário para dar às peças um acabamento suave. Veja acima algumas opções.
Quão preciso é o FDM?
Em geral, a precisão da peça depende de como você configurou sua impressora FDM. As impressoras FDM produzem peças com resolução de até 0,05 mm.
Quão caro é o FDM?
O FDM é a maneira mais econômica de produzir peças e protótipos plásticos personalizados no mercado atualmente.
Quais materiais estão disponíveis para FDM?
Uma ampla gama de materiais está disponível para FDM, incluindo PLA, PLA EasyFill, ASA, FRP 193, ABS, TPU, PETG XT e Tritan HT, PEI e muitos outros.
Quão rápido é o FDM?
A produção de peças personalizadas com FDM é relativamente rápida, mas depende muito da configuração que você faz no fatiamento da sua peça. O tempo de produção também vai depender do tamanho da sua peça, do seu infill e posicionamento na mesa de impressão.
Para que serve principalmente o FDM?
A tecnologia FDM tende a ser mais adequada para aplicações de prototipagem, modelagem e fabricação de baixo volume.
Por que o FDM é atualmente a tecnologia de impressão 3D mais popular?
As impressoras FDM produzem peças de alta qualidade a partir de materiais duráveis, capazes de manter boas propriedades mecânicas. Todas máquinas FDM oferecem alta precisão dimensional e, mesmo no nível industrial, o FDM tende a ser mais econômico do que outros processos Manufatura Aditiva.
