Características e pautas de fabricação dos filamentos metálicos Filamet™

The Virtual Foundry é uma empresa americana que, após anos de investigação, conseguiu desenvolver a gama de filamentos metálicos Filamet™. Estes filamentos, através de um pós processamento baseado na sinterização, permitem a obtenção de peças completamente metálicas.

Desta forma, The Virtual Foundry tornou-se a pioneira e a referência máxima na impressão metálica 3D FDM.

O Que são os filamentos Filamet™?

Os filamentos Filamet™ são formados por um metal de base e um polímero biodegradável e ecológico (PLA). Estes filamentos incluem na sua composição elevadas percentagens de partículas metálicas. No entanto, ao utilizar o PLA como encadernador, são extremamente fáceis de imprimir, uma vez que as suas propriedades de impressão são semelhantes às do PLA, permitindo a qualquer utilizador de uma impressora FDM 3D criar peças com estes filamentos. 

Vídeo 1: Que é Filamet?. Fonte: The Virtual Foundry.

A maioria dos filamentos metálicos existentes no mercado contém uma percentagem mínima de partículas metálicas, cerca de 30%; por conseguinte, são geralmente desenvolvidos apenas para fins decorativos. No entanto, as peças impressas com filamentos Filamet™, uma vez sinterizados, têm as propriedades do metal de base correspondente.

Um exemplo disto seria o filamento Filamet™de Cobre: Uma peça impressa com Filamet™ Cobre não terá propriedades condutoras até ter sido submetida ao processo de desinterpretação.

Imagem 1: Cones fabricados com Filamet™ de aço de alto carbono não sinterizado e sinterizado. Fonte: The Virtual Foundry.

O resultado após a sinterização da peça impressa em 3D será uma peça totalmente metálica, algo impensável até agora dentro da impressão 3D FDM. Assim, com Filamet™, são conseguidas propriedades semelhantes às possíveis com a tecnologia DMLS, mas com certas limitações. 

Devido à necessidade de sinterizar as partes impressas com este filamento, onde o PLA é eliminado, as partes têm:

• Certa porosidade
• Perda de volume
• Sem isotropia

Vídeo 2: Densidade dos filamentos Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

Actualmente, Filamet™ tem os seguintes vectores:

• Aço inoxidável 316 L - 80 % partículas de metal + 20 % PLA
• Bronze - 80 % partículas de metal + 20 % PLA
• Cobre - 90 % de partículas de metal + 10 % de PLA
• Alumínio 6061 - 65 % de partículas de metal + 35 % de PLA
• Aço de alto carbono - 75% de partículas de metal + 25% de PLA
• Tungsténio - 95 % partículas de metal + 5 % PLA

Características de Filamet™

A densidade dos filamentos Filamet™ é muito superior à do PLA padrão, devido ao elevado conteúdo de partículas metálicas e à densidade de cada um dos metais correspondentes.

Ao imprimir com os filamentos Filamet™, recomenda-se a utilização de um nozzle em aço endurecido devido à elevada percentagem de partículas metálicas contidas nos filamentos. Além disso, dependendo do material, deve ser utilizado um nozzle com pelo menos 0,6 mm de diâmetro de saída para evitar o entupimento. Com excepção do filamento Filamet™ de Tungsténio, que permite a utilização de um bocal de até 0,3 mm de diâmetro de saída; e do filamento Filamet™ de Aço de Alto Carbono, que requer a utilização de um bocal de pelo menos 0,8 mm de diâmetro de saída.

Imagem 2: Nozzle de latão vs. aço temperado. Fonte: E3D.

Outra consequência da elevada carga de partículas metálicas destes filamentos é uma maior fragilidade do filamento antes de ser fundido, uma vez que têm percentagens muito pequenas de polímero de ligação na sua composição. No entanto, graças à investigação e desenvolvimento permanentes levados a cabo pela Fundição Virtual, esta fragilidade é cada vez menor nos seus filamentos; como se pode ver no vídeo seguinte:

Vídeo 3: Fragilidad dos filamentos Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

No processo de impressão dos filamentos Filamet™, é muito importante que o filamento seja o mais direito possível antes de entrar na extrusora, mas estes filamentos têm alguma curvatura devido ao enrolamento.  Para resolver isto,The Virtual Foundry tem um Filawarmer, um dispositivo que consiste num cilindro que aquece o filamento e um controlador de temperatura.

Imagem 3: Filawarmer colocado dentro de uma bobina de filamento.  Fonte: The Virtual Foundry.

Este dispositivo deve ser colocado verticalmente, dentro da bobina, com a entrada o mais próximo possível da bobina de filamento e a saída alinhada com o orifício de entrada da extrusora. The Virtual Foundry recomenda a suspensão da serpentina de aquecimento para permitir que a serpentina gire livremente.

Vídeo 4: Filawarmer. Fonte: The Virtual Foundry.

À medida que o material passa pelo cilindro de aquecimento, perde a sua curvatura e aumenta a sua flexibilidade; reduzindo a resistência à tracção para evitar quebras e facilitar a impressão.

Ao imprimir com filamentos Filamet™ a sua excelente aderência à base deve ser tida em conta. Isto é tal que se recomenda a utilização do Blue Tape para evitar danificar a base de impressão ao remover as peças impressas.

Sinterizado de Filamet™

Uma vez removidas da base de impressão, as peças devem ser sinterizadas para se obter uma peça totalmente metálica. Através deste processo, o PLA que faz parte do filamento é removido. Enquanto este processo não for realizado, as peças não terão as propriedades do metal de base que compõe o filamento utilizado. 

Vídeo 5: FAQs Filamet™. Fonte: The Virtual Foundry.

A sinterização é um processo de fabrico de peças sólidas a partir de um objecto feito de pó metálico compactado, que é tratado termicamente a uma temperatura abaixo da temperatura de fusão, mas suficientemente alta para unir as partículas de metal de uma forma forte, resultando num bloco totalmente sólido.

A sinterização pode ser realizada num forno de ambiente aberto ou num ambiente de vácuo ou inerte. No nosso post Como obter peças metálicas completas com impressão FDM pode ver mais sobre a sinterização e os diferentes fornos que podem ser utilizados para levar a cabo este processo.

Se não tiver um forno que cumpra os requisitos para a sinterização de peças impressas em 3D com filamentos Filamet™, pode contactar-nos e nós o informaremos sobre a viabilidade e condições da sinterização nas nossas instalações.

Pós-processamento de Filamet™

Uma vez que a parte impressa em filamento Filamet™ tenha sido sinterizada, pode ser pós-processada por lixagem e polimento das superfícies como se faria com uma parte metálica. Recomenda-se a utilização de uma lixa de água para reduzir as linhas de impressão e outras pequenas deformações, e a utilização de uma lixa de grão mais fino de cada vez. 

Finalmente, pode utilizar uma ferramenta rotativa com disco de polir e aplicar pasta de polir para obter o brilho desejado. Dependendo do metal de base do filamento, as peças resultantes da sinterização podem ser moídas, alisadas com calor e até soldadas.

Os filamentos Filamet™ de The Virtual Foundry tornam possível, pela primeira vez, fabricar peças totalmente metálicas utilizando a impressão 3D FDM, exigindo um pós-processamento relativamente simples.

Este é um avanço muito importante e útil para diferentes sectores industriais: fabricantes de impressoras 3D, inovação biomédica, desenvolvimento de motores a jacto, protecção contra radiações, exploração espacial, energia nuclear, dentária, artistas ou design de moda.