Você já quis criar algo com sua impressora 3D que incluísse componentes eletrônicos? Talvez sensores, traços condutores ou blindagem contra ruído de radiofrequência?

Os filamentos condutores FFF/FDM para impressão 3D foram projetados para usuários interessados ​​em combinar impressão 3D e eletrônica. Conjuntos condutores que integram interruptores, potenciômetros, LEDs, sensores de toque capacitivos... Tudo isso e muito mais é possível graças a eles.

Especificamente desenvolvidos para permitir a impressão 3D de componentes eletronicamente condutores, os filamentos condutores são materiais muito fáceis de imprimir e compatíveis com quase todas as impressoras 3D FDM/FFF do mercado.

Aplicativos

Suas aplicações são muitas e variadas, mas as seguintes se destacam:

Sensores

O filamento condutor pode ser usado para criar sensores capacitivos (touch) usados ​​em uma ampla gama de produtos eletrônicos que são usados ​​na vida cotidiana; É um excelente material para o design de dispositivos de interface humana (canetas stylus para celulares e tablets).

Vídeo 1: Lápis apontador. Fonte: Proto-Pasta.

Os sensores capacitivos também podem ser usados ​​para medir proximidade, posição, umidade, níveis de líquido e aceleração.

Pistas condutoras

Outra aplicação do filamento condutor é na criação de circuitos condutores de eletricidade para uso em eletrônica que, no caso de filamentos condutores flexíveis, também será aplicável à eletrônica flexível.

Imagem 1: Circuito conductor. Fonte: Recreus.

Tradicionalmente, para adicionar circuitos condutores às suas criações, os entusiastas da impressão 3D tinham que projetar peças com as ranhuras necessárias para adicionar fio de cobre após a impressão. Com o filamento condutor, a fiação pode ser impressa simultaneamente ao processo de construção da peça.

Blindagem contra ruído de radiofrequência e interferência eletromagnética

A alta condutividade oferecida pelo filamento condutor não é apenas excelente para circuitos impressos em 3D e sensores, mas também é útil para uso contra EMI (Interferência Eletromagnética) e em aplicações de blindagem de RF (Radio Frequência) muito importantes em uma ampla gama de aplicações. variedade de indústrias. A blindagem EMI/RF é usada para bloquear o campo eletromagnético e a radiação eletromagnética de radiofrequência dentro de um espaço; É importante usar blindagem EMI e RF em ambientes hospitalares, laboratoriais ou da indústria aeroespacial para proteger contra sinais concorrentes, pois isso pode levar equipamentos proprios a fornecer medições falsas. A blindagem EMI/RF faz isso bloqueando AM, FM, TV, serviços de emergência e sinais telefônicos. O filamento condutor é ideal para projetar blindagens RF/EMI usadas em itens altamente personalizados.

Dicas de uso

Projetado para uso com impressões destinadas a operação em temperatura ambiente e para uso apenas em projetos de baixa tensão e baixa corrente (não superior a 12 volts), os filamentos condutores devem ser evitado para fontes de alimentação superiores a 100mA.

Imprimir com filamentos condutores (PLA) é quase tão fácil quanto imprimir com PLA padrão. Não é necessário ter uma impressora 3D com cama aquecida, mas se tiver, é recomendável usar a cama aquecida a 50-60º C, pois obtém-se uma maior adesão.

A possível contaminação do filamento condutor com sujeira das mãos ou poeira do ambiente deve ser evitada ao máximo, por isso recomenda-se armazenar em local seco e longe destes e /ou outras partículas. Também é recomendado lavar as mãos antes e após o uso e tratá-lo com luvas. O usuário deve evitar a exposição prolongada à umidade.

Um bico é recomendado para imprimir filamentos condutores de pelo menos 0,4 / 0,5 mm. O bico da impressora 3D deve ser sempre lavado antes e depois de usar o filamento para evitar complicações de impressão. O filamento condutor tem tendência a aderir aos bicos de latão, por isso é recomendável limpar a superfície externa do bico antes de imprimir com óleo (técnico ou doméstico) ou lubrificante para reduzir o acúmulo de material no fora do bocal durante a impressão. Você também pode usar tinta repelente de plástico.

Imagem 2: Pintura repelente de plástico. Fonte: Sliceengineering.

As propriedades intrínsecas do filamento condutor são tais que não deve ficar ocioso no extrusor da impressora 3D (enquanto não imprime), pois pode expandir e causar entupimento do bico ( entupimento ). Portanto, após a impressão, o filamento deve ser removido o mais rápido possível do extrusor e usar o filamento de limpeza.

Imagem 3: Filamento de limpeza. Fonte: Smart Materials.

Também é muito importante imprimir na temperatura recomendada, pois se você imprimir em uma temperatura mais baixa, a viscosidade do fundido não será a ideal, então ele expandirá e entupirá o bico; e no caso de impressão a uma temperatura mais elevada, resultará numa degradação parcial juntamente com uma agregação substancial de nanomateriais produzindo também o entupimento dos bicos.

No caso de obstrução total do bico, tente desentupi-lo aquecendo o bico a 200ºC e tente remover a obstrução com um fio de cobre, ou tente derreter ABS ou PLA (filamentos rígidos) para arrastar o material preso, ou mergulhe-o em acetona, etc. Caso não consiga resolver o problema, será necessário trocar o bico por um novo. Para evitar isso, todos os conselhos mencionados acima devem ser levados em consideração.

Por outro lado, também é muito importante ter a base da impressora 3D perfeitamente nivelada, caso contrário, uma quantidade significativa de material se acumulará na superfície externa do bico, que ao solidificar obstruirá o fluxo do fundido. Portanto, a superfície externa do bocal arrefecido deve ser limpa com álcool se isso acontecer.

Filamentos condutores no mercado

PLA condutor (Proto-Pasta): Com uma temperatura de amolecimento semelhante ao PLA, o filamento condutor do Proto-Pasta é mais flexível, mas tem menor adesão entre as camadas. Viável para controlar qualquer elemento através de um resistor de 1Kohm, é ideal em circuitos de baixa tensão, teclados digitais que requerem baixa condutividade, arduino, sensores de toque, robótica e eletrônica.

Filamento de grafeno Koltron G1 (Addnorth): Dopado com Aros Graphene, grafeno desenvolvido e patenteado pela empresa Graphmatech e com matriz à base de fluoreto de polivinildieno (PVDF), um plástico avançado que possui excelentes propriedades mecânicas, químicas e térmicas, o filamento Koltron G1 possui resistividade volumétrica de apenas 2 Ω-cm.

Filaflex Condutor (Recreus): A seguir, examinaremos mais de perto esse filamento.

Filaflex Condutor (Recreus)

O Condutor Filaflex é um filamento elástico de TPU flexível. Com uma dureza de 92A, atinge 100% de alongamento na ruptura. Após estiramento retorna à sua forma original, sem se deformar ou quebrar, apresentando excelentes propriedades mecânicas. O filamento Condutivo Filaflex oferece uma resistividade volumétrica de aproximadamente 3,9 Ω-cm, muito superior à de outros filamentos condutores.

Do próprio fabricante, nos oferece uma série de dicas capazes de solucionar qualquer dúvida que possa surgir ao imprimir com este filamento:

1. Bocal temperado: Não é necessário utilizá-lo com o filamento Condutivo Filaflex. No entanto, em caso de uso intenso, recomenda-se evitar o desgaste excessivamente rápido do mesmo.
2. Segurança: Imprimir com filamento Condutivo Filaflex é totalmente seguro e não danificará a impressora, mas para mantê-la em ótimas condições é aconselhável limpar muito bem o bocal quando terminar de imprimir com o filamento . Assim, qualquer tipo de descanso que possa ter permanecido no hotend será eliminado. Usar o X após a impressão é uma etapa extra que também ajudará na limpeza.
3. Material condutor: Para que o filamento seja condutor, a Recreus informa que utiliza uma formulação especial que contém negro de fumo e é este elemento que confere condutividade ao filamento Condutivo Filaflex.
4. Flexibilidade: Após a impressão com o filamento, sua elasticidade característica não se perde. A peça final resultante será sempre flexível e eletricamente condutora, mantendo suas outras propriedades intactas.
5. Dureza Shore: Tem uma dureza Shore A de 92, tornando-o compatível para uso em quase todas as impressoras (incluindo bowden).
6. Resistência: O Filaflex Condutivo possui uma resistividade elétrica de aproximadamente 3,9 Ω-cm, mas para garantir o cumprimento de suas funções, o usuário deve levar em consideração que a resistência varia de acordo com a impressão. Além disso, também devemos considerar a resistência elétrica do circuito e não esquecer que o filamento é projetado para aplicações de baixa corrente.
7. Adesão entre camadas: Devido à sua alta carga de carbono, o calor será dissipado muito rapidamente e a aderência da peça será afetada dependendo de sua geometria. Ajustando alguns parâmetros de impressão (velocidade 20-25 mm/s, temperatura 240-255 ºC, não use ventilador de camada) o usuário poderá resolver essa dissipação tão rápida.

Vídeo 2: Flexibilidade e condutividade com Filaflex Condutivo. Fonte: Recreus.

Em conclusão, os filamentos condutores são materiais especificamente projetados para permitir a impressão 3D de componentes eletronicamente condutores usando praticamente qualquer impressora 3D FDM/FFF disponível no mercado, expandindo as capacidades da fabricação aditiva ou impressão 3D e permitindo encurtar o caminho do desenvolvimento para a aplicação comercial.