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Filamentos Compósitos – Um novo conceito em materiais de alta performance para impressão 3D

Plastico Moderno
12 de abril de 2021
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    Na tabela abaixo, apresentamos o efeito da adição de fibras de carbono nas propriedades mecânicas do Ultrafuse® PET (Polietileno tereftalato) e Ultrafuse® PET CF15 (Polietileno tereftalato com 15% de fibra de carbono), filamentos desenvolvidos pela BASF Forward AM – cujos valores foram obtidos após a realização de ensaios de tração e flexão, seguindo as respectivas normas ISO.

    Tabela 1: Comparação de propriedades mecânicas entre o Ultrafuse® PET e o Ultrafuse® PET CF15.

    Tabela 1: Comparação de propriedades mecânicas entre o Ultrafuse® PET e o Ultrafuse® PET CF15.

    O PET é um material de fácil impressão, assim como o PLA, porém muito mais resistente. As peças produzidas com este filamento apresentam ótima adesão entre as camadas e excelente resolução, podem ser aplicadas em contato com água e são 100% recicláveis. Ao adicionarmos fibras curtas de carbono neste polímero, melhoramos as suas propriedades mecânicas sem comprometer as características básicas do material. Conforme apresentado na Tabela 1, a resistência máxima de tração praticamente dobra no Ultrafuse® PET CF 15, enquanto o módulo de elasticidade (indicativo da rigidez do material) mais do que triplica.

    Outra importante vantagem da adição de fibras a um termoplástico é a melhora na sua resistência térmica, que pode ser entendida como uma melhor estabilidade dimensional em ambientes quentes – como por exemplo: motores de carros, painéis elétricos, etc. Para exemplificar este efeito, a figura abaixo compara as temperaturas de deflexão térmica para o Ultrafuse® PA (Poliamida) e Ultrafuse® PAHT CF15 (Poliamida reforçada com 15% de fibras de carbono).

    Figura 6: Temperatura de deflexão térmica (1,82 MPa), em °C, do Ultrafuse® PA e Ultrafuse® PAHT CF15. Fonte: BCN3D.

    Figura 6: Temperatura de deflexão térmica (1,82 MPa), em °C, do Ultrafuse® PA e Ultrafuse® PAHT CF15. Fonte: BCN3D.

    A poliamida é um dos materiais de engenharia mais utilizados em aplicações industriais, sendo conhecida por sua flexibilidade e durabilidade. Ela permite a produção de peças com excelente resistência à fadiga e ao desgaste por abrasão, além de alta resistência ao impacto, mesmo com espessuras mais finas. A adição de 15% de fibra de carbono transforma completamente a poliamida em um material extremamente rígido, capaz de suportar cargas mecânicas elevadas sem flexionar, mesmo a altas temperaturas. De acordo com os dados do ensaio de HDT apresentados na figura 5, o PAHT CF15 suporta temperaturas 42% maiores que aquelas toleradas pelo PA puro. Segundo outras informações fornecidas pela BASF 3D Printing Solutions GmbH, as peças impressas com Ultrafuse® PAHT CF15 podem ser submetidas a temperaturas constantes de 150°C com picos de até 180°C, por um curto período.

    Aspectos importantes da impressão 3D de compósitos:

    Um dos principais pontos a serem melhorados na técnica de impressão 3D FFF de materiais compósitos (assim como para polímeros sem reforço) é a resistência mecânica das peças no sentido perpendicular à deposição do filamento – o eixo z, que é, geralmente, muito mais baixa do que aquela apresentada no plano de impressão. Ao trabalharmos com filamentos reforçados com fibras curtas, a anisotropia do material fica mais evidente, uma vez que aumentamos ainda mais a resistência mecânica na direção de deposição. Por isso, é extremamente importante pensar o design da peça e sentido da impressão de acordo com a direção das tensões às quais a peça será submetida efetivamente quando em uso.

    Figura 7: Representação do processo de impressão 3D de materiais compósitos de fibras curtas. As fibras se alinham no sentido da deposição do material fundido.

    Figura 7: Representação do processo de impressão 3D de materiais compósitos de fibras curtas. As fibras se alinham no sentido da deposição do material fundido.

    A adição das fibras ao polímero não afeta somente as propriedades físicas, mecânicas, ou químicas do material, ela afeta também a facilidade com a qual o material pode ser impresso. No estado fundido, a presença de partículas sólidas e rígidas, como é o caso das fibras, aumenta a viscosidade do polímero – isso quer dizer é necessário atingir temperaturas mais altas no extrusor para garantir o fluxo ideal.



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