Preservação dos materiais de impressão 3D

Nota: Este guia trata dos conceitos de forma geral e sem focar em uma marca ou modelo específico, embora possam ser citados em algum momento. Pode haver diferenças importantes nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, por isso é recomendável consultar o manual do fabricante antes de ler este guia.

A qualidade final das peças impressas é fortemente influenciada pela qualidade da matéria-prima utilizada na produção do filamento, bem como pela preservação do filamento.

Isto porque quanto mais homogéneas e constantes forem as propriedades do filamento, mais uniforme será a extrusão e melhor será a qualidade da superfície da peça final.

Relativamente à qualidade da matéria-prima, a utilização de resinas de diferentes fabricantes ou a adição de material reciclado pode afectar as propriedades térmicas e reológicas do material. Se a mistura não for completamente uniforme, as propriedades podem variar ao longo do filamento causando pequenas inconsistências na extrusão que serão reflectidas na peça. É por isso que a compra de filamentos de qualidade a fabricantes respeitáveis e fiáveis é muitas vezes a melhor opção quando se procura a melhor qualidade de impressão.

Outro factor importante é a preservação do filamento. O filamento de melhor qualidade pode dar má qualidade ou resultados inesperados se não for armazenado correctamente. A temperatura e a humidade podem alterar e degradar as propriedades dos materiais de impressão.

Efeito da humidade sobre os filamentos

Um dos factores críticos na preservação dos materiais de impressão e o que muitas vezes causa mais problemas é a preservação dos filamentos em ambientes húmidos.

Imagem 1: Parte impressa com um filamento sem humidade (esquerda) e com humidade (direita). Fonte: all3dp.com

Todos os materiais plásticos têm uma propriedade conhecida como higroscopicidade. Esta propriedade define a capacidade do material para absorver humidade.

Em maior ou menor grau, todos os filamentos absorvem humidade, contudo os plásticos são frequentemente classificados como higroscópicos e não higroscópicos.

Os plásticos higroscópicos têm uma grande afinidade para a absorção de humidade em grandes percentagens. Esta humidade é absorvida a nível molecular em todo o material, mesmo no interior do filamento. Dentro dos filamentos, os materiais considerados higroscópicos são:

• ABS
• ASA
• PETG
• CPE
• Nylon
• PC
• TPE
• TPU
• Todos os derivados dos anteriores

Para assegurar a máxima qualidade de impressão, é aconselhável secar estes materiais periodicamente. Alguns, como o nylon ou o PC, devem ser secos antes de cada utilização, enquanto outros, como o ABS ou ASA, fornecem resultados aceitáveis mesmo quando saturados com humidade, devido ao seu baixo grau de higroscopicidade. Para reduzir a periodicidade de secagem dos filamentos, é aconselhável mantê-los livres de humidade em recipientes herméticos com dessecante.

Imagem 2: Peça impressa com filamento de nylon húmido antes da secagem (direita) e depois da secagem (esquerda). Fonte: all3dp.com

Em geral, tais filamentos recuperam totalmente as suas propriedades após a secagem, no entanto, existem alguns casos específicos de plásticos higroscópicos onde não é possível regenerar completamente o material após a secagem. Estes materiais são:

• PLA
• PVB
• PVA
• BVOH
• Qualquer filamento derivado dos anteriores ou de suporte solúveis em água.

A presença de humidade nestes materiais produz um efeito conhecido como hidrólise. Neste processo, as moléculas de água decompõem os grupos ésteres do polímero, causando assim a degradação natural do material. Este é o princípio pelo qual, por exemplo, os suportes de PVA se dissolvem na água.

Para estes materiais, o armazenamento é crítico e devem ser mantidos sempre livres de humidade no armazenamento.

Imagem 3: Recipiente PrintDry para armazenamento de filamentos a vácuo. Fonte: Printdry.com

Alguns filamentos, como o PLA, têm uma taxa de hidrólise muito lenta, pelo que o material leva semanas para se degradar na presença de humidade. Nestes casos, a bobina pode ser exposta ao ar durante a impressão e mantida seca apenas durante o armazenamento. É aconselhável secar o material periodicamente para prolongar a sua vida útil. O principal indicador de que um filamento PLA foi degradado pela hidrólise é a fragilização do material. Um PLA degradado pela humidade será frágil e tenderá a quebrar-se facilmente. Nestes casos, a secagem do filamento ajudará a alcançar uma qualidade de impressão aceitável, mas as propriedades do material não serão recuperadas, pelo que as peças obtidas serão também mais frágeis.

Imagem 4: Máquina de secar filamentos Printdry pro. Fonte: Printdry.com

No caso de materiais de suporte solúveis em água, tais como PVA ou BVOH, a sua taxa de hidrólise é muito elevada e o material pode degradar-se em poucas horas após a exposição. É altamente recomendável armazenar estes materiais em recipientes específicos, mesmo durante a impressão. Neste caso, a secagem da bobina pode ser útil se o material não tiver sido exposto à humidade durante muito tempo, mas se não tiver sido devidamente conservado será, na maioria dos casos, irrecuperável.
Um filamento húmido de PVA ou BVOH terá muito pouca aderência e causará frequentemente entupimento no ponto quente.

Embora a melhor forma de armazenar este tipo de materiais seja armazená-los embalados a vácuo, a forma mais comum é armazená-los em recipientes herméticos com material dessecante. No entanto, este último é muitas vezes feito de forma inadequada.

O material dessecante mais utilizado é o gel de sílica, que é composto por contas de silicato de sódio microporosas capazes de capturar uma grande quantidade de humidade. Este dessecante tem uma capacidade limitada para capturar humidade, e uma vez saturado, perde completamente a sua eficácia.

Imagem 5: Sacos de gel de sílica. Fonte: Pixabay.com

Os sacos dessecantes que incluem os filamentos são normalmente quase saturados quando compramos um material, pois os fabricantes incluem-nos para remover a humidade do interior do saco hermético e assegurar a preservação do material durante o armazenamento antes da venda. No entanto, quando abrimos um novo filamento, a humidade é introduzida de novo no saco hermético, pelo que é aconselhável substituir periodicamente os sacos dessecantes.

Uma opção recomendada é a compra de gel de sílica reutilizável. Este material muda de cor quando fica saturado com humidade, o que indica que precisa de ser substituído. O gel de sílica saturada pode ser regenerado indefinidamente para reutilização aquecendo-o num forno a 180°C durante um par de horas.

Imagem 6: Gel de sílica reutilizável com indicador de humidade. Fonte: labchem-wako.fujifilm.com/

Alguns materiais de impressão 3D são considerados não higroscópicos e, portanto, não requerem quaisquer medidas especiais de preservação. Estes são:

• PP
• HIPS
• PVC

Efeito da temperatura sobre os filamentos

A temperatura não é normalmente um factor crítico na preservação dos filamentos de impressão 3D, no entanto, há um factor a ter em conta que em algumas situações específicas pode causar problemas.

Todos os termoplásticos, sejam amorfos ou semi-cristalinos, têm uma propriedade conhecida como temperatura de transição vítrea (Tg). Quando um plástico é aquecido acima da sua temperatura de transição vítrea, torna-se viscoelástico, o que significa que qualquer deformação do material se torna permanente.

Em geral, todos os filamentos têm Tg bem acima das temperaturas habituais de armazenamento, contudo o problema pode surgir quando se tenta secar um filamento usando a temperatura. É muito importante não exceder o Tg durante longos períodos de tempo, pois isto pode causar variações no diâmetro do filamento, ou em casos extremos causar a fusão de fragmentos do filamento. É por isso que o filamento não deve ser seco utilizando fornos de cozinha, que são incapazes de controlar adequadamente a temperatura.

Por outro lado, os filamentos PLA, e especialmente os de maior qualidade, têm Tg muito baixo, entre 45°C e 55°C. Isto torna possível exceder esta temperatura em certas situações comuns, como o interior de um carro no Verão.

É muito importante proteger os materiais de impressão 3D da humidade, a fim de se conseguir uma boa qualidade final das peças. Alguns materiais como o nylon ou PETG podem ser facilmente secos para regenerar as suas propriedades, mas outros como o PLA ou PVA degradam-se na presença de humidade, alterando permanentemente as suas propriedades. Ao secar os filamentos com calor, é muito importante utilizar equipamento especializado capaz de controlar precisamente a temperatura para evitar produzir deformações no filamento que possam afectar a impressão.

Para assegurar a melhor qualidade de impressão e a máxima preservação do material, é essencial armazená-lo nas condições correctas de temperatura e humidade.