Imagem de recurso de impressão 3D FDM
A modelagem por deposição fundida (FDM) é um processo de fabricação aditiva que constrói modelos físicos 3D com base em projetos CAD. Os filamentos de material são alimentados através de um bico aquecido, que derrete o filamento extrudado e deposita camadas umas sobre as outras na plataforma de construção da impressora.
A FDM é o método de impressão 3D mais amplamente aceito, não apenas para entusiastas e prototipagem de conceitos, mas também se tornou um método de fabricação importante para testes de protótipos, ferramentas, modelos educacionais, joias e outras aplicações.
Este artigo abordará os fundamentos da impressão 3D por FDM, seu princípio de funcionamento, materiais compatíveis e aplicações industriais.
Vamos começar!
Principais lições
- Na impressão 3D FDM, um filamento termoplástico é derretido e extrudado através de um bico aquecido. As camadas depositadas sucessivamente se unem para formar a peça final.
- As impressoras 3D de mesa são adequadas para protótipos em estágio inicial e iterações rápidas de design, enquanto a tecnologia FDM industrial é mais indicada para peças maiores, protótipos funcionais, ferramentas e produções de baixo volume.
- A altura da camada, a temperatura do bico/mesa, a velocidade de impressão, o resfriamento, o ângulo de varredura, o material e a orientação de construção são fatores críticos a serem considerados no processo de impressão 3D FDM.
- Selecione a tecnologia FDM para protótipos rápidos, modelos funcionais, ferramentas, dispositivos de fixação, gabinetes, suportes e componentes personalizados de baixo volume.
- A SLA e a SLS são duas alternativas à FDM. A SLA é mais adequada para detalhes pequenos, paredes finas, alta precisão e aplicações que exigem um acabamento mais liso, enquanto a SLS é usada para peças funcionais complexas e sem suporte.
Fundamentos da Impressão 3D FDM
Fundamentos da impressão 3D FDM
A impressão 3D por FDM envolve a impressão de modelos projetados de peças e produtos mecânicos, camada por camada, seguindo um padrão de corte predeterminado na impressora 3D. Ela permite a construção de geometrias complexas e intrincadas, como curvas amplas, canais de fluidos, cantos profundos, treliças onduladas, juntas de encaixe e reentrâncias. A principal limitação é o tamanho do bico, geralmente de 0.4 mm ou maior. Portanto, o detalhe deve ser maior que o diâmetro do bico.
É possível imprimir diversos termoplásticos com o método FDM, incluindo PLA, ABS, PA, TPU, PEEK e PEI. Dependendo do tipo de material, a velocidade de alimentação, o bico, a altura da camada, a intensidade de resfriamento e outros parâmetros devem ser ajustados. Além disso, o tamanho de impressão depende das capacidades da impressora 3D. Ao contrário das impressoras de mesa, uma impressora FDM industrial oferece um volume de impressão de 1 x 1 x 1 m.
Como funciona a impressão FDM? Mecanismo e etapas
Funcionamento da impressora 3D FDM
A FDM, também chamada de fabricação por filamento fundido (FFF), segue o mecanismo de manufatura aditiva por extrusão de material, no qual um elemento de aquecimento derrete o filamento termoplástico contínuo e um bico deposita as camadas. A forma final é obtida por meio da formação de ligações entre as camadas.
Vamos analisar o processo de impressão 3D FDM.
Preparação e fatiamento de modelos CAD
O primeiro passo no processo FDM é preparar um modelo de engenharia 3D (arquivo .STL ou .3MF) da peça/produto desejado em um software de projeto, como SolidWorks, CATIA e AutoCAD.
O próximo processo é o fatiamento do projeto, no qual o modelo é fatiado (dividido) em milhares de fatias horizontais finas (camadas), para que códigos G precisos possam ser obtidos para o movimento do bico, controle de temperatura e taxa de extrusão.
Configurando os parâmetros de impressão para impressora 3D FDM
É necessário configurar diferentes parâmetros de impressão 3D FDM, incluindo temperatura do bico, temperatura da mesa, altura da camada, velocidade de deposição (impressão), velocidade do ventilador de resfriamento e orientação de construção, conforme resumido abaixo.
| Parâmetro | Faixa típica | Fatores de influência |
| Altura da camada | 0.05 para 0.5 mm | A altura da camada influencia significativamente a precisão dimensional. |
| Temperatura do bocal | PLA ~190–220 °C, ABS ~220–260 °C | Depende do material, do ângulo de varredura, do tipo de peça e de outros fatores. |
| Temperatura do leito | Utilizado como fator de controle | Depende do material, da espessura e da resposta do processo. |
| Ângulo de rasterização | 0 ° –90 ° | Define a direção de deposição da camada (movimento do bico) em relação ao eixo X da plataforma de impressão. |
Alimentação por filamento
O mecanismo de acionamento por rolos alimenta continuamente o filamento no sistema de aquecimento do liquefator (cabeçote de extrusão conectado ao bico). Simultaneamente, o bico também é aquecido a uma temperatura específica.
O filamento entra no liquefator.
Utilizando um mecanismo de liquefação, ele derrete os filamentos sólidos, transformando-os em uma forma viscosa, semilíquida ou líquida através de um cartucho elétrico.
Deposição de camadas através de bocal
Impressão 3D FDM
A engrenagem extrusora empurra continuamente os filamentos sólidos, enquanto a pressão de extrusão, impulsionada pelo próprio filamento, força o filamento fundido através do bico, depositando a camada na plataforma de impressão. O bico é fixado permanentemente ao conjunto da cabeça de impressão, que se move ao longo dos eixos X, Y e Z (conforme ditado pelos códigos G) e deposita a camada com precisão.
Cada camada é interligada molecularmente por meio de calor e pressão. Cada interdifusão molecular é a ligação que suporta a carga.
Solidificação e Remoção de Peças
Após o objeto impresso esfriar até a temperatura ambiente, ele é removido da plataforma de impressão. Dependendo do tamanho da impressão, a remoção pode ser feita manualmente ou com um braço robótico. Os suportes também são removidos nesta etapa. Consequentemente, as peças impressas precisam ser aparadas e finalizadas.
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Materiais de impressão 3D FDM
Materiais de impressão 3D FDM
O ácido polilático (PLA), o polietileno tereftalato glicol (PETG) e o acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) são os materiais mais comuns para impressão 3D por FDM. Consequentemente, PEI, PEEK, PC e outros termoplásticos também são utilizados. Você pode escolher filamentos desses materiais na cor e tamanho desejados.
A aplicação pretendida e os requisitos funcionais, as condições de operação, o acabamento desejado e a compatibilidade com a impressora 3D são os principais fatores que determinam a seleção do material. O PLA oferece resistência e rigidez, sendo adequado para protótipos visuais. O ABS apresenta bom desempenho para peças externas, peças automotivas, gabinetes e protótipos funcionais. Consequentemente, o PETG é uma boa alternativa ao plástico ABS para impressoras de mesa.
| Material | Principais benefícios | Limitações |
| Ácido Polilático (PLA) | Baixa deformação, fácil de imprimir em 3D, relativamente acessível e com detalhes de superfície. | Menor estabilidade térmica e resistência ao impacto. |
| Polietileno Tereftalato Glicol (PETG) | Plástico resistente, flexível e impermeável. | Apresenta menor estabilidade térmica do que o policarbonato, o ABS e alguns outros termoplásticos. |
| Acrilonitrila butadieno estireno (ABS) | Estão disponíveis graus biocompatíveis (por exemplo, ABS-M30i), mais resistentes que o PLA e com boa resistência térmica. | Emite vapores fortes durante a impressão e apresenta risco de deformação. |
| Polieterimida (PEI / ULTEM) | Excelente resistência térmica, alta resistência mecânica e resistência química. | Temperatura de transição vítrea mais elevada e matérias-primas dispendiosas. |
| Poliéter éter cetona (PEEK) | Graus biocompatíveis e alta resistência mecânica. | Alta temperatura de processamento |
| Policarbonato (PC) | Resistência ao impacto, estabilidade dimensional, clareza óptica e isolamento elétrico. | Higroscópico, propenso a deformações e com alta temperatura no bico. |
| Nylon | Resistência mecânica, tenacidade e resistência química. | Higroscópico e requer secagem controlada. |
| Poliuretano termoplástico (TPU) | Resistência química, baixo atrito e resistência à abrasão. | São necessárias baixa velocidade de impressão e controle rigoroso das temperaturas do processo. |
| Polímeros reforçados | Excelente relação rigidez/peso, baixo risco de deformação em comparação com filamentos sem carga. | Requer bicos tratados termicamente e apresenta risco de formação de microvazios. |
Principais considerações para impressão 3D por FDM
A seleção da impressora 3D, a espessura mínima da parede, as dimensões dos detalhes, o pós-processamento, a deformação do material e a escolha do material são considerações importantes no processo de impressão 3D FDM para garantir precisão, resistência e qualidade de construção.
Impressoras 3D de mesa vs. industriais
As impressoras 3D de mesa geralmente oferecem uma plataforma de construção de apenas 0.2 x 0.2 x 0.2 m, adequada para modelos conceituais e protótipos iniciais. Por outro lado, as impressoras 3D industriais são recomendadas para a impressão de protótipos de teste, produções em pequena escala e componentes de engenharia funcionais.
Otimize o design para deformação.
Otimize seu projeto para reduzir deformações, diminuindo cantos vivos, mantendo a espessura uniforme das paredes e aplicando seções de alívio de tensão.
Escolha o material com cuidado.
Ao selecionar o material para suas peças impressas em 3D, considere a funcionalidade necessária, o ambiente operacional, a facilidade de impressão e o custo.
Espessura Mínima da Parede
Na impressão 3D por FDM, a espessura mínima da parede deve ser de 2 a 3 vezes o diâmetro do bico.
Considere o acabamento da superfície
Antes de escolher a técnica de acabamento, identifique o nível de rugosidade da superfície e os requisitos estéticos. Polimento a vapor, lixamento úmido e revestimento epóxi são algumas opções comuns.
Tamanho do recurso
A dimensão do elemento geométrico em seu projeto deve ser maior que os limites de resolução efetivos do processo.
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Quando escolher uma impressora 3D FDM industrial em vez de uma impressora 3D de mesa?
As impressoras 3D de mesa são para projetos de hobby, modelos visuais de pequeno porte e modelos conceituais. Por outro lado, as impressoras 3D industriais FDM oferecem volumes de construção maiores (aproximadamente 1 x 1 x 1 m), maior precisão e repetibilidade, capacidade de imprimir designs complexos e ampla compatibilidade com diversos materiais.
Escolha impressoras 3D industriais FDM para:
- Modelos funcionais
- Peças de ferramentas
- Protótipos rápidos
- Produção em série de componentes personalizados em baixo volume.
Escolha impressoras 3D de mesa para:
Se você estiver nos estágios iniciais de desenvolvimento de protótipos e quiser validar recursos específicos, uma impressora de mesa permite ciclos de iteração rápidos.
Quais são as opções de acabamento de superfície para protótipos impressos em 3D por FDM?
Como os itens impressos em 3D por FDM são formados pela adição de camadas sucessivas de material, as linhas de camada e a rugosidade da superfície ficam visíveis em seu exterior. Diversas técnicas de acabamento estão disponíveis para solucionar esse problema, como jateamento de areia, polimento a vapor, pintura e revestimento.
- Polimento a vapor: Um fluxo de vapor derrete o material da superfície, formando uma camada fina, uniforme e brilhante.
- Jato de areia: Grânulos de areia são jateados sobre peças impressas em 3D, removendo imperfeições da superfície e produzindo uma superfície uniforme.
- Pintura: Tintas adesivas compatíveis podem ser aplicadas para proteção UV, fins estéticos e outros usos.
- Revestimento de epóxi: Proporciona uma superfície lisa, durável e resistente para protótipos impressos em 3D.
Quais são as aplicações da FDM? Impressão 3D?
Prototipagem com FDM
As peças e protótipos impressos em 3D por FDM são utilizados em diversos setores, como o automotivo, médico, de eletrônicos de consumo, de ferramentas e de robótica. A FDM é uma solução eficiente e econômica para empresas e desenvolvedores de produtos que buscam construir protótipos rápidos para testes de encaixe, funcionalidade e montagem. Também pode ser usada para provas de conceito e modelos visuais.
Vamos analisar alguns exemplos de aplicações da impressão 3D por FDM em diversos setores.
- Automotivo: Protótipos de dutos de ar, acabamentos internos, painel de instrumentos e dispositivos de montagem.
- Ferramentas: Testando protótipos de gabaritos de montagem, dispositivos de fixação de peças, moldes de compósitos e mordentes macios.
- Médico: Protótipos de próteses, modelos anatômicos e alojamentos para equipamentos.
- Eletrônicos de consumo: Gabinetes personalizados, dispositivos de montagem e suportes de fixação.
- Robótica: Dispositivos de fixação, gabaritos, ferramentas de fim de braço (EOAT) e suportes de sensores.
Quais são as vantagens da impressão 3D FDM?
- Baixo custo de instalação para impressoras 3D FDM.
- Tolerância dimensional precisa, tão baixa quanto ±0.25 mm
- Isso permite a criação rápida de protótipos para projetos de engenharia.
- Requisitos mínimos de ferramentas; não há necessidade de ferramentas de corte nem moldes.
- Prazos de entrega mais rápidos, a partir de apenas 1 dia.
- Compatibilidade com diversos plásticos de engenharia
- Alta personalização.
- Produção de características internas complexas e leves.
Quais são as desvantagens da impressão 3D FDM?
- Linhas de camadas visíveis na superfície e, frequentemente, protótipos requerem operações de pós-processamento.
- A resistência da peça impressa e a complexidade que pode ser alcançada são influenciadas pelo material de impressão 3D.
- A impressão de geometrias complexas requer uma estrutura de suporte, aumentando o tempo de pós-processamento e o consumo de matéria-prima.
- As tolerâncias dimensionais não são tão rigorosas quanto as da usinagem CNC e da moldagem por injeção.
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FDM vs SLA vs SLS Impressão 3D: Quais são as diferenças?
SLA e SLS são duas coisas diferentes. tipos de impressão 3DAlém da FDM, a estereolitografia (SLA) utiliza luz ultravioleta ou feixe de laser para a cura seletiva da camada de resina, enquanto a sinterização seletiva a laser (SLS) sinteriza seletivamente o pó de polímero camada por camada para construir a forma desejada.
Vamos comparar esses métodos de impressão 3D em termos de materiais compatíveis, complexidade, precisão, prazo de entrega e custo.
| Parâmetro | FDM | SLA | SLS |
| Materiais | PLA, ABS, PETG, PC, Nylon, TPU, PEI, PEEK e polímeros reforçados. | Diversas resinas termofixas líquidas fotossensíveis | Termoplásticos em pó, incluindo PA11, PA12, TPU e PP. |
| Complexidade | Complexidade moderada, requer estrutura de suporte para funcionalidades internas e intrincadas. | Excelente para detalhes de pequeno porte e seções de paredes finas. | Excelente. O próprio pó não sinterizado suporta a estrutura de impressão. |
| Custo | Inferior a SLA e SLS | Moderado | Alto |
| Precisão | ± 0.2 a ± 0.5 mm | ~±0.025 a ±0.1 mm | ~±0.1 a ±0.3 mm |
| Tempo | Prazos de entrega rápidos | A velocidade de impressão depende da arquitetura da impressora, da altura da peça, do layout do lote e do processo. | Alto, especialmente na produção de protótipos ou lotes. |
| Quando escolher? | Escolha protótipos de baixo custo, com iterações rápidas e produções em pequenos volumes. | Escolha quando forem necessários acabamento, detalhamento e alta complexidade. | Para componentes mecânicos funcionais e protótipos, peças de nylon e protótipos complexos sem suporte. |
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Nossos engenheiros realizam uma análise detalhada dos projetos após definirem a escolha do material, a facilidade de impressão, a complexidade geométrica e as características de DFM (Design for Manufacturing), o que pode ajudá-lo a decidir qual impressão 3D é a mais adequada para o seu projeto.
Para começar a colaborar conosco, envie seu arquivo de design para receber uma Cotação revisada por engenheirosMantemos a confidencialidade de cada projeto e especificação que nos é fornecida.
Referências
“Noções básicas de modelagem por deposição de material fundido (FDM)” ResearchGate. ResearchGate – Noções básicas de modelagem por deposição de material fundido (FDM)