Filamentos metálicos: Filamet e Ultrafuse

Há já algum tempo que é possível encontrar no mercado filamentos metálicos para impressão 3D FDM, mas não são todos iguais. Quais são as diferenças entre eles?

Para responder a esta pergunta, a diferença entre filamentos de cor metálica e filamentos com enchimento metálico deve ser tida em conta. As primeiras contêm uma pequena quantidade de partículas metálicas (5 % - 40 %) para dar uma aparência metálica, utilizadas unicamente pelas suas propriedades estéticas. Quanto maior for a percentagem de partículas, melhor será a simulação do material metálico em questão.

No caso de filamentos preenchidos com metal, a carga de partículas metálicas é normalmente muito elevada (mais de 80%) e é possível submeter as peças impressas em 3D a um processo de sinterização através do qual o polímero de ligação é removido, resultando em peças 100% metálicas.

Actualmente, a BASF e The Virtual Foundry são dois dos fabricantes mais conhecidos que oferecem este tipo de materiais com os quais se podem fabricar peças totalmente metálicas utilizando a impressão 3D FDM e um processo de sinterização.

A BASF oferece filamentos Ultrafuse, incluindo o Ultrafuse 316 L e o Ultrafuse 17-4 PH.

Tha Virtual Foundry, por outro lado, desenvolveu um grande número de filamentos metálicos sob o nome Filamet, como por exemplo: Filamet Aço inoxidável 316L, Filamet Bronze, Filamet Cobre, Filamet Alumínio 6061, Filamet Aço de alto carbono, Filamet Tungsténio, Filamet Inconel 718-34 ou Filamet Titânio 64-5.

Compatibilidade com impressoras 3D FDM

Uma das principais características do filamento metálico é que não é necessário ter equipamento de impressão industrial 3D FDM, nem sequer um equipamento profissional. Filamentos metálicos tais como Ultrafuse ou Filamet caracterizam-se por poderem ser impressos em 3D em quase todas as impressoras 3D FDM no mercado.

Devido à elevada carga metálica destes filamentos, deve ser utilizado um bocal de aço endurecido para reduzir a abrasão do filamento. A temperatura de impressão e a temperatura da cama quente variam dependendo do fabricante e do material, mas não excedem 245 ºC de temperatura de impressão e 120 ºC para a cama quente.

Imagem 1: Desgaste do bocal de latão vs. aço endurecido. Fonte: E3D.

No caso dos filamentos Basf Ultrafuse, a natureza do filamento oferece uma certa flexibilidade e não é muito frágil, pelo que é muito fácil de imprimir.

Os filamentos Filamet da The Virtual Foundry são compostos por uma elevada percentagem de enchimento metálico e PLA como o polímero de ligação. Dependendo do metal e da percentagem de material de enchimento, os filamentos Filamet podem ser algo frágeis, e apresentar certas dificuldades ao imprimir em algumas impressoras 3D devido ao caminho que o filamento deve seguir desde onde o carretel é colocado até à extrusora. Contudo, isto não é um problema, uma vez que The Virtual Foundry desenvolveu o Filawarmer, um dispositivo que assegura que o filamento é completamente direito antes da impressão, livrando-se da curvatura do enrolamento e conseguindo uma impressão 3D óptima do material.

Vídeo 1: Instalação do Filawarmer. Fonte: The Virtual Foundry.

Contracção dimensional

Os filamentos metálicos requerem um processo de pós-processamento de sinterização que remove o polímero de ligação do filamento, resultando em peças totalmente metálicas.

Como se trata de um processo em que o material é removido, deve ter-se em conta que as dimensões das peças resultantes terão certas variações em relação às medidas originais. Ou seja, as peças sofrerão uma maior ou menor retracção durante o processo de sinterização, dependendo do material e da marca do filamento.

Isto é sem dúvida uma dificuldade no fabrico de peças funcionais em que a precisão dimensional é uma prioridade. Contudo, é possível encontrar o factor de retracção e escalar os modelos CAD para obter os resultados dimensionais desejados.

Neste ponto, os materiais Ultrafuse e Filamet têm algumas diferenças. Os filamentos Ultrafuse têm uma retracção de 16-17% no eixo XY e 19-20% no eixo Z, em comparação com uma retracção de 7-10% para os filamentos Filamet.

No caso do Filamet, as partes finais têm uma densidade de 80-85%, embora as partes possam ser sinterizadas durante mais tempo, o que implicaria uma maior densidade e uma maior retracção em comparação com as partes originais.

Quanto ao Ultrafuse, a BASF oferece uma guia do utilizador abrangente que inclui informação sobre tolerâncias, retracções e escalas, espessura de parede recomendada, etc., que pode ser muito útil.

Vídeo 2: Guia de design Ultrafuse. Fonte: BASF.

Processo de sinterização

Os processos de sinterização desenvolvidos para filamentos Ultrafuse e filamentos Filamet têm certas diferenças entre eles.

A BASF utiliza um polímero aglutinante específico, em filamentos Ultrafuse que requer uma desbobinagem catalítica antes do processo de sinterização, pelo que o pós-processamento pode ser considerado algo mais complexo do que para os filamentos Filamet. No entanto, dentro dos filamentos Filamet há alguns que ainda têm um processo de sinterização experimental, pelo que não oferece qualquer tipo de garantia em termos de resultados.

Além disso, a maioria dos filamentos Filamet tem menos exigências em termos de instalações de sinterização, uma vez que a maioria deles pode ser sinterizada num forno de ambiente aberto.

Imagem 2: Tabela de informação de Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

A priori, a utilização destes filamentos pode levantar certas dúvidas e dificuldades, especialmente se o utilizador não tiver os meios para realizar a sinterização dos materiais. No entanto, ambos os fabricantes oferecem soluções a este respeito. A BASF tem o seu próprio serviço de sinterização, enquanto os utilizadores que desejem trabalhar com filamentos Filamet podem contactar-nos para avaliar a viabilidade dos seus projectos e realizar o pós-processamento necessário para obter o resultado desejado.

Imagem 3: Serviço de sinterização BASF.

Conclusões

A gama de filamentos metálicos da Filamet é sem dúvida a mais ampla do mercado. Tha Virtual Foundry foi o primeiro fabricante a lançar filamentos metálicos sinterizáveis no mercado e desenvolveu uma grande variedade de materiais adequados para uma multiplicidade de aplicações.

A gama de filamentos Ultrafuse é actualmente especializada no desenvolvimento de filamentos de aço inoxidável, embora estes suportem uma vasta gama de aplicações tais como ferramentas, gabaritos e acessórios, produção de pequenas séries, peças funcionais e protótipos.

Quando se trata de impressão 3D, os filamentos Filamet requerem uma temperatura de impressão e de cama mais baixa do que os filamentos Ultrafuse, embora alguns materiais Filamet exijam a utilização de dispositivos externos como o Filawarmer para garantir óptimos resultados.

Os filamentos Ultrafuse permitem a utilização de bocais de menor diâmetro de saída, enquanto os filamentos Filamet requerem a utilização de um bocal de 0,6 mm, com excepção do Filamet Tungsténio.

Quanto ao processo de sinterização, o pós-processamento a que os filamentos metálicos Filamet devem ser submetidos é mais simples e, em muitos casos, não requer a utilização de um forno de atmosfera inerte, pelo que pode ser relativamente fácil ter as instalações e maquinaria necessárias para sinterizar peças impressas em 3D com Filamet. Além disso, se o utilizador não tiver as instalações ou conhecimentos necessários para realizar a sinterização, pode contactar-nos. Por outro lado, alguns dos filamentos Filamet estão em fase experimental, pelo que não há garantias quanto à sinterização destes materiais.

No caso de Ultrafuse, as peças impressas em 3D com estes filamentos devem ser submetidas a um pós-processamento um pouco mais complexo, embora a BASF ofereça uma guia completo com informações relevantes para alcançar resultados óptimos com os filamentos Ultrafuse. Além disso, a BASF tem um serviço de rebarbagem e sinterização prestado pela ELNIK, baseado na compra de cupões que cobrem o processo de debinding e sinterização, bem como o envio e devolução das peças.

Sem dúvida, os filamentos metálicos são materiais inovadores que permitem aos utilizadores de impressoras 3D FDM fabricar peças totalmente metálicas para uma variedade de aplicações. Com Ultrafuse e Filamet, os utilizadores podem encontrar o material que melhor se adapta às suas necessidades.