Temperaturas de impressão 3D e optimização

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 temperatura de impressão de um determinado filamento depende não só do tipo de material, mas também das condições de impressão. A velocidade de impressão, o diâmetro do bico, o tipo de extrusor ou a distância entre o extrusor e o hotend têm uma influência considerável sobre a temperatura óptima de impressão. É por isso que os fabricantes normalmente fornecem uma gama de temperaturas em vez de uma temperatura específica.

A temperatura de impressão correcta

É um conceito errado falar sobre a temperatura óptima de impressão para um determinado filamento. Dentro da gama de temperaturas que um determinado material pode tolerar, haverá diferentes temperaturas óptimas, dependendo dos requisitos finais da peça. Por exemplo, a temperatura óptima para obter o melhor acabamento da peça pode não ser a temperatura óptima para obter a máxima resistência mecânica. É por isso que, para determinar a nossa temperatura óptima de impressão para um determinado material, é necessário ser claro sobre as propriedades finais exigidas pela peça.

Como determinar a temperatura óptima

Ao determinar a temperatura óptima de impressão, a primeira coisa a fazer é definir a prioridade da peça final: acabamento estético ou funcionalidade mecânica.

Para determinar a temperatura óptima dando prioridade à qualidade de acabamento, é necessário imprimir um modelo que inclua pelo menos uma ponte e um cantilever a diferentes temperaturas e determinar a temperatura que proporciona o melhor acabamento. Há muitos exemplos de modelos disponíveis em repositórios online, geralmente referidos como torres de calibração de temperatura.

Imagem 1: Exemplo de uma torre de temperatura incluindo pontes, cantilevers e pequenos detalhes. Fonte: Thingiverse.com

Ao escolher as temperaturas, a gama de temperaturas de impressão recomendada pelo fabricante deve ser consultada. Idealmente, toda a gama de temperaturas deveria ser avaliada a intervalos de 5 °C ou 10 °C. Além disso, recomenda-se também avaliar 10 graus acima e abaixo da gama, devido às diferenças entre as impressoras do fabricante e as do utilizador.
Por exemplo, se para um determinado material o fabricante especificar uma gama de temperaturas de impressão entre 220 °C e 250 °C, devem ser avaliadas as seguintes temperaturas: 210 °C, 220 °C, 230 °C, 240 °C, 250 °C e 260 °C.

Uma vez impressas as amostras, qual delas proporciona a melhor qualidade e acabamento deve ser avaliada, prestando atenção aos seguintes aspectos:

• Não há balanços em pontes e em cantilevers.
• Que os pequenos detalhes são nítidos.
• Sem curling ou levantamento nos cantos superiores da peça. Para distinguir entre curling e warping, deve-se ter em conta que no caso de warping, o levantamento dos cantos é maior na base e diminui com a altura, enquanto no curling é o oposto: praticamente nulo na base e muito pronunciado na parte superior da peça.
• Fios mínimos. Deve ter-se em conta que mesmo à temperatura óptima, os fios podem aparecer se a configuração de encolhimento não for adequada.

Imagem 2: Curling ou levantamento de cantos causado por sobreaquecimento ou mau funcionamento do ventilador de revestimento. Fonte: Simplify3D.com

Quando a prioridade é optimizar o comportamento mecânico da peça, deve procurar-se a máxima aderência entre camadas. Para o conseguir, é necessário imprimir provetes normalizados a diferentes temperaturas (como no caso anterior) e testá-los. Geralmente, temperaturas mais elevadas produzirão uma melhor aderência entre camadas, por isso, se não for possível testar as provetes, é aconselhável trabalhar no limite superior da gama fornecida pelo fabricante.

Em impressoras devidamente calibradas, temperaturas inferiores à gama fornecida pelo fabricante produzirão geralmente um melhor acabamento nas peças, ao custo de uma menor coesão entre camadas. Temperaturas mais elevadas garantirão uma óptima aderência entre camadas mas também um acabamento mais pobre, especialmente em pontes e balanços.

Muitos materiais terão também um ponto doce, ou seja, uma temperatura em que as propriedades mecânicas e o acabamento superficial estão próximos do óptimo. Para determinar esta temperatura é necessário realizar os dois ensaios anteriores e verificar se existe uma temperatura comum em que as propriedades mecânicas estejam próximas do valor máximo e o acabamento superficial seja bom.

Efeito da temperatura na cor e acabamento

Para além da qualidade estética e mecânica da peça, a temperatura de impressão também afecta o acabamento da peça. Tanto a cor como o acabamento da peça podem variar em função da temperatura de impressão. Temperaturas mais elevadas produzirão um brilho mais elevado na superfície das peças, enquanto que temperaturas mais baixas produzirão acabamentos mate ou acetinado. O brilho superior ou inferior da peça também variará a percepção da cor.

Principais problemas resultantes de temperatura inadequada

Como mencionado acima, os materiais não têm uma temperatura de impressão adequada, mas sim uma gama de temperaturas dentro da qual o material pode ser impresso resultando em peças com propriedades diferentes. No entanto, quando a temperatura está fora deste intervalo, começam a surgir problemas que podem levar a falhas de impressão. É necessário distinguir entre problemas causados por excesso de temperatura e falta de temperatura.

Problemas causados pela temperatura excessiva de impressão:

• Overhangs em cantilevers e pontes: A temperatura excessiva fará que o plástico não arrefeça suficientemente depressa, pelo que se desmoronará sob o seu peso e causará overhangs nos cantilevers e pontes. Deve-se notar que isto também pode ser causado pelo mau desempenho do ventilador de camada em materiais como o PLA ou PETg.
• Curling ou levantamento de cantos: Este é um fenómeno que consiste num levantamento dos cantos da peça devido ao encolhimento do material durante o arrefecimento. Este efeito é mais pronunciado nas camadas superiores devido à acumulação de temperatura devido a um arrefecimento inadequado das camadas anteriores.
• Falta de detalhe em pequenos elementos e arestas: Um arrefecimento demasiado lento fará com que os pequenos elementos percam a sua forma, quer devido à própria fluência do plástico, quer devido à fricção da cabeça e às vibrações.

Imagem 3: Falta de detalhe num vértice devido a sobreaquecimento. Fonte: simpl3d.com

• Stringing: Em certos materiais, tais como PLA e PETg, a temperatura excessiva provocará o aparecimentode cordas nos deslocamentos do hotend. Este fenómeno depende não só da temperatura, mas também da configuração do encolhimento e do desempenho térmico do hotend, pelo que uma temperatura excessiva pode levar ao encolhimento, mas o encolhimento nem sempre implica uma temperatura excessiva.
• Suportes difíceis de remover (no mesmo material): Se a temperatura for demasiado elevada, a aderência entre a peça e os suportes pode ser tão elevada que é impossível removê-los sem o uso de ferramentas de corte. Este só é o caso se o mesmo material for utilizado para a peça e para os suportes.
• Extrusão inconsistente: Temperatura mais elevada significa também menor viscosidade do material. Se a temperatura for demasiado alta para alguns materiais, pode fazer com que a viscosidade seja tão baixa que a extrusão não seja uniforme.
• Heat Creep na zona fria do hotend: Certos materiais como o PLA podem começar a fluir a temperaturas tão baixas como 45 °C. Uma temperatura demasiado elevada no hotend pode fazer com que a temperatura na extremidade fria seja suficientemente elevada para amolecer o filamento, causando entupimento. Este fenómeno é conhecido como heat creep. É frequentemente causada pelo desempenho térmico inadequado do hotend, agravado pelo uso de temperaturas de impressão excessivamente elevadas.

Problemas causados por uma temperatura demasiado baixa:

• Falta de extrusão e entupimento: A temperatura excessivamente baixa pode fazer com que o plástico não se fluidifique adequadamente, resultando na falta de extrusão e por vezes no entupimento.
• Baixa aderência entre camadas: Para que ocorra uma boa aderência entre camadas, a temperatura do material deve ser suficientemente elevada para derreter parcialmente a interface com a camada anterior. Temperaturas demasiado baixas resultarão numa baixa aderência entre camadas que pode levar à delaminação ou separação de camadas no encolhimento.

Imagem 4: Separação de camadas. Fonte: simplify.com

• Má ligação de enchimento e perímetro ou fendas na costura: Em geral, para evitar a acumulação de material no final de uma extrusão, o software de laminação estabelece uma retracção ou distância de rodagem (pára a extrusão um pouco antes de atingir o fim do movimento). Uma temperatura de impressão demasiado baixa pode resultar no fornecimento de material insuficiente para terminar a extrusão, causando lacunas entre o perímetro e o infill, ou na área de fecho do perímetro.