Humidade: O grande inimigo dos filamentos para a impressão 3D

A humidade é a água que impregna um corpo ou o vapor presente à atmosfera. Para todos os seres vivos, a água é o mais necessário para subsistir, mais ainda que os alimentos, mas para elementos não vivos, a humidade costuma ser uma fonte de problemas, já que, provoca a oxidação e degradação de muitos materiais. No caso da impressão 3D, mais concretamente nos filamentos, a concentração de humidade excessiva pode provocar uma longa lista de problemas, todos com o mesmo final, uma impressão 3D frustrada.

Os efeitos da atração de água podem dar local aos seguintes problemas: acréscimo da fragilidade, o acréscimo do diâmetro (possíveis problemas com as impressoras com sistema de extrusão tipo Bowden), a degradação de filamentos, rompendo filamento, etc. Também é necessário ter em conta o facto de que os filamentos que absorveram água terão uma temperatura mais alta para a extrusão. Lembra evitar ter os filamentos colocados na impressora se não vais imprimir. Podem chegar a ficar presos no extrusor porque ao absorver água engordam e aumentam de diâmetro.

No seguinte mapa extraído mostra-se a humidade relativa média anual (relação percentual entre a quantidade de vapor de água real que contém o ar e a que precisaria conter para saturar a idêntica temperatura), valor que se obtém a partir da média da humidade registada nos doze meses do ano. A humidade relativa é muito diferente dependendo em que parte da geografia europeia te encontres, sendo mais acusada na zona norte do continente.

Imagem 1: Mapa da humidade relativa da Europa. Fonte: NeoGAF

As principais consequências da humidade em um filamento são:

• Degradação do filamento: Os filamentos higroscópicos são propensos a absorver água em grande parte, já que as moléculas de água unem-se às moléculas dos polímeros, formando fortes enlaces intermoleculares. Estes enlaces podem chegar a ocasionar micro-rompimentos internos que debilitam à própria estrutura do filamento.
• Engarrafamento do extrusor / HotEnd: A humidade de água concentrada no filamento ao aquecer-se no HotEnd se evapora, ocasionando ocos no interior do filamento, convertendo-se este em uma massa que obstrui o barrel (Heat Break) ou a boquilha (nozzle). Este problema é muito usual ao utilizar filamentos de nylon com percentagens de humidade elevados (>20 %).
• Impressões 3D de baixa qualidade (resistência e acabamento): A união do mencionado anteriormente dá como resultado impressões 3D com muitos problemas, tanto a nível mecânico como acabado superficial. Os ocos entre capas (não sempre visíveis a simples vista) provocados pela evaporação da água, são pontos críticos, onde se geram facilmente fendas ao aplicar baixos valores de força. Quando a concentração da humidade é arguida, os ocos mencionados anteriormente, provocam um acabamento superficial rugoso e esbranquiçado.

Imagem 2: Problemas gerados pela humidade. Fonte: PrintDry

Como motivo da evolução do mundo da impressão 3D, existem filamento com grande resistência à humidade, como o PETG ou o CPE HG100, copoliésteres que podem estar expostos à água longos intervalos de tempo sem problemas. Entre o resto de filamentos encontramos alguns com resistência moderada, como pode ser o PLA ou o ABS, e outros, especialmente os nylons e o PVA, altamente propensos à absorção da humidade, chegando a alcançar altos valores em menos de um dia.

Secador
PrintDry

Embalagens
de filamentos

Medidor de
humidade

Filamento
CPE HG100

Certos utentes de impressoras 3D utilizam métodos convencionais para eliminar a humidade do filamento e armazená-lo, como secar o material em um forno doméstico e armazenar o filamento em caixas com um fechamento que não é totalmente tabacaria. Estas medidas, aparte de ser perigosas no caso do forno doméstico, não são totalmente efetivas, sobretudo com materiais técnicos e avançados. A seguir citamos uma série de recomendações profissionais para eliminar a humidade e de como armazenar os filamentos para evitar a absorção:

Secador de filamentos

A maneira mais efetiva de eliminar a humidade contida em um material é utilizar um secador de filamentos, como o secador de filamentos PrintDry, um dispositivo capaz de romper os enlaces intermoleculares entre a água e o polímero graças à sua temperatura de secado (35-70 ºC) e ao fluxo de ar natural que existe no seu interior, o qual arrasta a humidade da superfície do filamento ao ar que o rodeia. O valor ideal da humidade em um filamento é entre 10-13 %.

Armazenagem

Tanto ao início do uso de uma nova bobina como a seguir de secar um filamento, é indispensável o correto armazenamento para manter a mínima percentagem de humidade. Em materiais convencionais (PLA ou ABS) e intervalos curtos de armazenagem (<2 meses) o uso da sua saca com fechamento a pressão tipo "grip" é suficiente. Em caso de tempos de armazenamento superiores ou com materiais técnicos e avançados esta medida não é suficiente. A solução ideal é empregar as embalagens de filamentos herméticos com selado ao vazio PrintDry. São uns recipientes de plástico de alta resistência, onde a cada utente pode armazenar o seu filamento com total segurança sem se preocupar por se estes apanham humidade. O potencial destas embalagens está na tampa, já que, nesta aloja-se uma válvula de vazio, através da qual e com a ajuda de uma bomba manual (incluída com as embalagens), se consegue extrair o ar do interior da embalagem, proporcionando um armazenamento livre de pó e humidade. Desta forma pode-se garantir o correto estado do filamento, embora passe em vários meses desde que a bobina sacou-se do seu selo original de fábrica. A maiores, há que ter em conta que a humidade relativa da zona onde esteja armazenado o material  afeta em grande quantidade, devendo ser este o menor possível sem prejudicar à saúde do utente (Um bom valor seria sobre o 40 %).

Vida útil do filamento

A vida de um filamento de qualidade desde a sua fabricação é de 2-3 anos, desde que esteja no seu selo e vazio original. Uma vez aberta a saca original, o tempo que demora em perder as suas propriedades mecânicas e de cor depende do tipo de material e da armazenagem. Um PLA ou ABS armazenado da maneira mencionada anteriormente pode conservar as suas propriedades mais de 1 ano, mas em caso de não ser assim, resistirá uma décima parte do tempo. Em materiais mais delicados, como nylons e PVA, a perda total da sua vida pode ser de escassos dias.

É, portanto, uma evidência de que a manutenção dos filamentos com baixos valores de umidade (10-13 %) é um fator chave a ser levado em consideração em todos os momentos, para evitar problemas antes, durante e despois de uma impressão 3D.

Para ter plena confiabilidade no momento da impressão, é vital ter o número máximo de possíveis variáveis controladas, e a humidade é uma delas para garantir a máxima robustez no processo de impressão.