Parâmetros que determinam a aderência à base

A aderência correcta entre a peça e a base é fundamental para evitar falhas durante a impressão. A ligação entre a primeira camada de impressão e a superfície da plataforma serve duas funções básicas:

1. Manter a peça numa posição fixa durante todo o processo de impressão para evitar deslocamentos de camadas ou colisões com a cabeça de impressão.
2. Para compensar as tensões causadas durante o arrefecimento da peça, evitando o seu descolamento ou deformação.

A aderência entre a peça e a base é principalmente determinada por quatro factores:

1. A afinidade físico-química entre o material de superfície de impressão e o material de impressão.

A afinidade físico-química entre o material de impressão e a superfície do substrato é talvez o parâmetro mais importante a ter em conta. É por isso que actualmente é comum utilizar revestimentos poliméricos especificamente desenvolvidos para a impressão 3D na superfície da plataforma. É muito importante utilizar um produto compatível com o material de impressão utilizado, uma vez que alguns materiais, tais como PP ou nylon, requerem produtos específicos.

Existem principalmente dois tipos de soluções:

• Revestimentos aplicados em películas adesivas.
  Consistem numa película ou fita adesiva contendo um revestimento polimérico sobre uma das suas superfícies. Originalmente eram utilizadas fitas Kapton ou semelhantes, mas hoje em dia existe uma multiplicidade de soluções e produtos desenvolvidos especificamente para a impressão 3D. Talvez o exemplo mais conhecido seja o dos filmes de polímeros da Buildtak, embora produtos semelhantes possam ser encontrados de outros fabricantes. Estas são soluções genéricas compatíveis com os materiais mais comuns, embora possam ser encontrados produtos mais específicos, tais como filmes revestidos com PEI ou específicos para polipropileno ou nylon. A sua principal vantagem é que têm uma boa durabilidade, pelo que podem ser utilizados para várias impressões sem substituição, mas perdem a aderência com o uso e não proporcionam o melhor desempenho com certos materiais técnicos. Além disso, têm normalmente um limite de temperatura para utilização. Para prolongar a sua vida útil, é aconselhável imprimir cada vez numa posição diferente na plataforma, de modo a que o desgaste seja uniforme em toda a superfície.
  
  

Imagem 1: Filmes adesivos Buildtak. Fonte: buildtak.com

• Revestimentos líquidos.
  Estas são suspensões poliméricas que são aplicadas directamente na superfície da base e que, quando secas, formam uma película polimérica contínua semelhante à fornecida pelas películas adesivas. Esta é a opção recomendada quando se trabalha com uma variedade de materiais técnicos, uma vez que existem formulações específicas optimizadas para cada um deles. São também facilmente laváveis com água ou álcool e podem ser reaplicados rapidamente, pelo que podem ser convenientemente substituídos quando se muda o material de impressão. A sua principal vantagem é que têm formulações específicas para cada material e para temperaturas elevadas, pelo que o seu desempenho é mais elevado. Também permitem que o revestimento seja regenerado por reaplicação antes de cada impressão, para que a aderência não se perca com o uso.
  Em geral, podem ser encontrados em dois formatos: Stick ou spray. No caso do formato spray, recomenda-se aplicá-lo sempre com a base fora da impressora para evitar danificar ou sujar outros componentes. Se não for possível remover a base, recomenda-se usar sempre o formato do bastão por ser mais limpo. Os exemplos mais conhecidos são as soluções de aderência de Magigoo ou lacas de impressão 3D, tais como 3DLac.
  
  

Imagem 2: Adesivos de impressão 3D da Magigoo. Fonte: Filament2Print.

2. A superfície de contacto entre a peça e a base.

Uma maior superfície de contacto entre a peça e a base produz uma maior aderência. Deve ter-se cuidado com peças grandes em impressoras sem câmara aquecida, pois apesar de ter uma superfície de contacto maior, o seu volume é também maior e, portanto, as tensões derivadas da retracção do arrefecimento. O recurso mais comummente utilizado para aumentar a superfície de contacto é a colocação de uma borda na peça durante a laminação. O bordo será aplicado apenas na primeira camada ou, em alguns casos, nas primeiras 2 ou 3 camadas, aumentando a superfície de contacto da peça sem aumentar as tensões de retracção. Existem outras formas de aumentar a superfície de contacto, tais como aumentar o factor de extrusão durante a primeira camada, embora isto não seja recomendado.

Imagem 3: Borda acrescentada para melhorar a aderência da peça. Fonte: Elaboração própria.

Alguns impressores também incluem revestimentos rugosos ou texturizados, o que é outra forma de aumentar a superfície de contacto e, portanto, a adesão.

3. A temperatura da base de impressão.

A temperatura da base de impressão tem uma dupla função em termos de aderência. Por um lado, se for igual ou ligeiramente superior ao Tg do material de impressão, evitará a retracção devido ao arrefecimento das primeiras camadas, reduzindo as tensões que tendem a levantar ou a descolar a peça. Por outro lado, favorece a colagem química entre o material de impressão e o material de revestimento da superfície de impressão. Recomenda-se que a temperatura da base seja igual ou ligeiramente superior à Tg do material de impressão, contudo não é aconselhável fixar temperaturas muito mais altas, uma vez que podem reduzir a aderência e causar deformações como o pé de elefante.

4. O estado da base de impressão.

É também muito importante verificar o estado da nossa base de impressão. Apesar do cumprimento dos três pontos anteriores, pode ainda haver problemas de adesão devido ao mau estado ou manutenção da base. Os seguintes pontos devem ser verificados periodicamente:

• Limpeza da superfície: Pó ou sujidade na base de impressão pode reduzir grandemente a aderência. A superfície da base deve ser sempre limpa antes de cada impressão.
• Defeitos superficiais ou furos: Uma superfície deteriorada pode também causar problemas de aderência. É importante manter a cama em bom estado e substituí-la se forem detectados defeitos.
• Revestimento desgastado: No caso de películas adesivas, deve considerar-se que estas perdem eficiência com o uso, pelo que devem ser substituídas por uma nova assim que detectarmos que estão desgastadas. Os revestimentos líquidos podem ser reutilizados para várias impressões, embora seja possível que uma parte do revestimento se perca quando a peça é removida. Antes de cada impressão, o estado do revestimento deve ser verificado e, se necessário, deve ser feita uma nova aplicação.
  

Imagem 4: Comparação de uma base em bom estado e uma em mau estado. Fonte: prusa3d.com

Problemas relacionados com a má aderência

A principal consequência da má aderência à superfície de impressão é que a peça se desprende da base. Isto resultará sempre em falha de impressão, contudo, em alguns casos, pode também ser a causa de falha ou quebra do equipamento.
Se a peça se destacar e se afastar da sua posição original, a impressora continuará a imprimir sem ter um substrato sobre o qual possa depositar o novo material. Isto fará com que o plástico se agarre ao bocal e ao bloco, formando uma massa que crescerá à medida que a impressão avança. Se não parar a tempo, esta massa de plástico fundido crescerá tão grande que pode tornar o hotend inutilizável.

A fim de compreender e resolver os problemas de adesão, deve ter-se em conta que a peça pode ser destacada por dois mecanismos.

Se não houver uma boa aderência entre a superfície de impressão e a primeira camada, a peça descolar-se-á completamente devido ao atrito do bico durante a impressão e as vibrações. Geralmente a falha ocorrerá no início do processo de impressão. Neste caso, é aconselhável verificar os seguintes pontos:

• Distância entre o bocal e a base
• Altura da primeira camada
• Estado da base
• Solução adesiva utilizada

Pode ser que haja uma muito boa aderência à base, mas a peça começa a descolar-se nas extremidades. Isto porque a retracção durante o arrefecimento gera tensões do exterior em direcção ao centro que causam a sua deformação. Nestes casos, a aderência entre a peça e a base não é suficiente para compensar as tensões geradas pela retracção. Este fenômeno é conhecido como empenos. Neste caso, a peça descola-se progressivamente e a impressão pode falhar a qualquer momento, mesmo alguns minutos antes da conclusão.
Neste caso, podem ser feitas tentativas para melhorar a adesão para compensar o empenamento, mas outros factores, tais como parâmetros de laminação, tipo de material ou temperatura ambiente, devem ser considerados.

Problemas relacionados com a aderência excessiva

Em alguns casos, a adesão excessiva à base pode tornar realmente difícil a separação da peça. Nesses casos, devem ser verificados os seguintes aspectos:

• Distância entre o bocal e a base: É importante ter uma folga adequada entre o bocal e a base de impressão. Uma distância demasiado pequena pode danificar a superfície de impressão, causar uma aderência excessiva da peça ou causar um encravamento ao não permitir que o plástico fundido saia.
• Soluções de adesão: Alguns materiais como o PETG ou alguns materiais flexíveis podem ter uma adesão excessiva ao adesivo ou a revestimentos líquidos. Nestes casos é aconselhável não utilizar revestimentos na plataforma de impressão ou imprimir numa jangada.
• Extrusão excessiva: A extrusão excessiva, especialmente na primeira camada, pode também aumentar a aderência.

Quando surge um problema de adesão excessiva, há várias maneiras de encorajar a remoção das peças:

• Arrefecimento da base: Como a base e a peça terão coeficientes diferentes de expansão térmica, o arrefecimento da base pode ajudar a peça a sair. A melhor maneira de o fazer é aquecer a base e depois colocá-la sobre uma superfície fria, tal como um saco de gelo, para que se contraia bruscamente.
• Usar uma espátula afiada: Em alguns casos, a adesão excessiva é devida a um efeito de sucção. Nestes casos, é aconselhável introduzir uma espátula afiada por baixo da peça e descascá-la progressivamente. Este método tem o risco de danificar tanto a base como a peça.
• Dissolução de revestimentos líquidos: Isto só é possível quando se utiliza um spray ou um revestimento aderente. Como estes produtos são facilmente solúveis, colocar a base sob um fluxo de água ou submergir a mesma pode ajudar a remover a peça.

Ao utilizar bases de vidro, é necessário ser particularmente cuidadoso, pois existe um elevado risco de quebra. Não é raro que um fragmento da superfície de uma base de vidro temperado seja arrancado quando se removem peças que estão demasiado coladas entre si.

A utilização de bases flexíveis evita este problema em grande medida e é, portanto, uma opção altamente recomendada.

Este guia discute conceitos de uma forma geral e não se concentra numa determinada marca ou modelo, embora possam ser mencionados em algum momento. Pode haver diferenças importantes nos procedimentos de calibração ou ajuste entre diferentes marcas e modelos, pelo que se recomenda que o manual do fabricante seja consultado antes da leitura deste guia.