À medida que as tecnologias de impressão 3D se tornam mais avançadas, engenheiros, fabricantes e designers de todos os setores estão começando a contar com peças impressas em 3D em cada etapa do processo de projeto até a fabricação. Ser capaz de usar um material, como o polipropileno , em todo esse processo proporciona enormes benefícios: custos mais baixos e menos chances de ter que retrabalhar ferramentas, adesão contínua aos padrões regulatórios e um caminho tranquilo para a validação do fluxo de trabalho de fabricação.
Materiais que são familiares à indústria, mas que ainda oferecem os benefícios da impressão 3D, estão em alta demanda. O polipropileno, o segundo plástico commodity mais produzido no mundo, é um termoplástico que quase todos nas indústrias de engenharia e manufatura entendem e com o qual interagem diariamente.
A capacidade de imprimir polipropileno em 3D significa que os usuários têm acesso à liberdade de design, rápidos retornos e flexibilidade da cadeia de suprimentos inerentes à impressão 3D, ao mesmo tempo em que podem contar com propriedades familiares e padronizadas do material.
Este artigo cobrirá aplicações comuns de polipropileno, bem como as vantagens e desvantagens da criação de peças de polipropileno por meio de moldagem tradicional, tecnologias de impressão 3D FDM, SLS, MJF e SLA.
O que é polipropileno?
O polipropileno é altamente resistente à cor, o que significa que as técnicas de tingimento são simples e os pellets podem ser facilmente saturados com pigmento. Essa característica o torna uma boa escolha de material para produção em massa de bens de consumo.
O polipropileno (PP) é uma poliolefina semelhante ao polietileno. É um termoplástico usado nas indústrias de manufatura e bens de consumo para a produção em massa de itens comuns como garrafas plásticas. O polipropileno é formado pela polimerização em cadeia de um único monômero de propileno. É extremamente semelhante a outro plástico comum, o polietileno. Os dois materiais são por vezes combinados durante processos de reciclagem para produzir fibras de poliolefinas recicladas. Embora o polipropileno tenha sido desenvolvido pela primeira vez em 1951 por funcionários americanos da Philips Petroleum, a pesquisa e o desenvolvimento estão em andamento e há muitas pesquisas promissoras sobre materiais de polipropileno de base biológica, bem como novas técnicas de reciclagem.
Aplicações de polipropileno
O polipropileno é um dos plásticos commodities mais comuns no mundo; sua ductilidade e baixo custo o tornam ideal para aplicações em embalagens de bens de consumo, como frascos para cosméticos, produtos de limpeza e produtos farmacêuticos.
A ductilidade, a leveza e a resistência química e à água do polipropileno o tornam ideal para bens de consumo onde as paredes são finas, mas a resistência é necessária, como em recipientes plásticos para alimentos. Seu uso mais comum é em frascos de líquidos como xampus, óleo de motor, soluções de limpeza e outros, bem como em tubos e frascos de laboratório, recipientes para alimentos e produtos farmacêuticos e dispositivos médicos. Um caso de uso comum para materiais de polipropileno é na fabricação de persianas de plástico.
As qualidades dúcteis do polipropileno o tornam ideal para a produção de peças com dobradiças vivas, como tampas de embalagens de doces ou frascos de shampoo. O PP resiste à fadiga e pode ser usado repetidamente mesmo nessas aplicações.
A ductilidade do polipropileno o torna uma boa escolha para recursos de design como dobradiças vivas, onde as conexões dos componentes devem ser dobradas repetidamente sem rasgar.
Propriedades do material de polipropileno
Os materiais de polipropileno são leves, estanques , quimicamente resistentes e dúcteis. A densidade do polipropileno é baixa, normalmente entre 0,895 e 0,93 g/cm 3 , tornando-o um dos plásticos de menor densidade disponíveis e, portanto, adequado para aplicações leves.
O polipropileno possui boa resistência térmica, bem como qualidades hidrofóbicas e oleofóbicas, levando ao seu uso comum na indústria de embalagens de alimentos. Quando combinado com outros compostos, o polipropileno pode se tornar bastante resistente e ser usado em aplicações de engenharia onde ocorrem pressões ou impactos repetidos. A temperatura de deflexão térmica (HDT) de muitas formas de materiais de polipropileno é de cerca de 100 °C a 0,45 MPa, o que, embora não seja extremamente alto, o torna adequado para uma ampla gama de aplicações.
Métodos de fabricação de polipropileno
O polipropileno é mais frequentemente moldado, normalmente por moldagem por injeção de pellets de polipropileno fundido, ou termoformado usando folhas de material de polipropileno. Esses métodos de fabricação são extremamente baratos por peça para produção em massa e representam a grande maioria das peças de produção de polipropileno.
No entanto, os processos tradicionais de produção em massa apresentam algumas desvantagens graves, tais como os elevados custos iniciais das ferramentas e o risco associado de obsolescência, os prazos de entrega e a necessária terceirização, e os limites que impõem ao processo de design e desenvolvimento do produto.
O polipropileno para impressão 3D tornou-se mais popular à medida que o hardware, o software e os materiais na indústria de impressão 3D avançaram. As peças de polipropileno impressas em 3D podem exibir as mesmas propriedades de material que as peças de polipropileno moldadas por injeção e oferecer os benefícios inerentes à fabricação aditiva: liberdade de design, personalização, eficiência, redução de desperdício, prevenção de ferramentas obsoletas e agilidade na cadeia de suprimentos.
Tecnologias de impressão 3D em polipropileno
Existem múltiplas possibilidades para impressão 3D de materiais de polipropileno, incluindo sinterização seletiva a laser (SLS) ou fusão multijato (MJF) com pó de polipropileno e modelagem por deposição fundida (FDM) com filamento de polipropileno. Existem também materiais semelhantes ao polipropileno disponíveis em impressoras de estereolitografia (SLA) que podem simular com precisão as propriedades do material de polipropileno.
Sinterização seletiva a laser (SLS) para impressão 3D em polipropileno
A sinterização seletiva a laser (SLS) está se tornando rapidamente um dos métodos mais populares para impressão 3D de peças duráveis e de qualidade para o uso final . A tecnologia SLS usa um laser de alta potência para fundir pequenas partículas de pó de polímero. O pó não fundido dá suporte à peça durante a impressão e elimina a necessidade de estruturas de suporte dedicadas.
Os pós de polipropileno para impressoras 3D SLS não estão disponíveis em todos os fabricantes, por isso é importante confirmar, ao escolher uma impressora 3D SLS, se ela oferece pó PP como parte de sua biblioteca de materiais.
Pó de polipropileno para impressão 3D SLS
O pó de polipropileno, embora não seja o material mais comum usado para impressão 3D SLS (que é o náilon ), ainda é um material muito popular oferecido pelos fabricantes industriais de impressoras 3D SLS. A onipresença do polipropileno no mercado de plásticos commodities significa que, para qualquer fabricante que queira oferecer soluções de produção para uso final, o polipropileno é um material indispensável. Algumas máquinas SLS de mesa ou de bancada não oferecem pó de polipropileno, enquanto a maioria das principais soluções industriais oferece.
A Formlabs introduziu o pó de polipropileno para as impressoras 3D SLS da série Fuse , tornando acessíveis peças impressas em 3D de polipropileno de qualidade para uso final, altamente dúcteis e duráveis. O pó de polipropileno oferece um alongamento na ruptura de 34% nas direções X/Y e 16% na direção Z, bem como uma resistência à tração máxima de 29 MPa, tornando-o quase idêntico ao polipropileno moldado por injeção. Da prototipagem à fabricação de baixo volume, a série Fuse e o Polypropylene Power permitem fluxos de trabalho que eliminam ferramentas caras e abrem novas possibilidades de design.
Com seu custo acessível, a série Fuse torna a impressão 3D SLS de polipropileno acessível para designers de produtos, engenheiros e fabricantes que buscam combinar as vantagens do material de polipropileno com o poder da impressão 3D interna.
Como imprimir peças de polipropileno com tecnologia SLS
A impressão 3D de peças de polipropileno com tecnologia SLS pode produzir protótipos únicos ou séries de produção de baixo a médio volume. O fluxo de trabalho do SLS envolve uma etapa de pré-impressão para embalar as peças de maneira eficiente no leito de pó.
A densidade da embalagem e a taxa de atualização são fatores importantes para aumentar a eficiência e reduzir o custo por peça. Esta etapa pode ser simplificada – especialmente para produção de maior volume – empregando um algoritmo de empacotamento como o algoritmo de empacotamento PreForm da Formlabs ou a solução NetFabb da Autodesk. O pó de polipropileno Formlabs tem uma taxa de atualização de 50%, o que significa que metade de cada câmara de construção pode ser pó reciclado. Embora esta seja uma taxa de atualização mais alta do que outros pós SLS Formlabs, a baixa densidade do pó de polipropileno significa que menos pó é usado em geral e o custo por peça permanece bastante baixo.
Quando a impressão for concluída, há etapas adicionais de pós-processamento : remoção de pó e jateamento de mídia. Alguns fabricantes de impressoras SLS oferecem ecossistemas completos para essas etapas, enquanto outros não, portanto, equipamentos adicionais de terceiros podem ser necessários para o processo de remoção de pó e jateamento. Formlabs Fuse Sift e Fuse Blast facilitam o pós-processamento de peças SLS de polipropileno, melhorando a eficiência do uso de pó e a limpeza do seu espaço de impressão SLS.
Soluções de pós-processamento, como suavização de vapor , tambor vibratório (também conhecido como acabamento vibratório), revestimento cerâmico ou tingimento podem melhorar a estética e o desempenho mecânico das peças em pó de polipropileno impressas em 3D SLS.
Prós e contras da impressão 3D SLS de polipropileno
As peças de polipropileno são usadas em diversas aplicações e indústrias. As peças mostradas acima são impressas na impressora Fuse 1+ 30W SLS com pó de polipropileno e podem ser usadas para fabricação provisória quando as dificuldades da cadeia de suprimentos tornam as soluções tradicionais de moldagem de polipropileno ineficientes.
As peças impressas em 3D de polipropileno a partir de um sistema de impressão 3D SLS são quase isotrópicas, o que significa que exibem propriedades de material semelhantes sob tensão ao longo de todos os eixos. Essa qualidade isotrópica possibilita que peças de polipropileno impressas em 3D funcionem em ambientes de uso final, onde a força ou o impacto podem vir de direções múltiplas — ou imprevistas. As impressoras FDM não podem criar peças isotrópicas e, portanto, os filamentos de polipropileno impressos em 3D FDM produzirão peças que podem rachar sob o impacto ao longo de suas linhas de camada.
A impressão 3D SLS é uma forma poderosa de prototipar e, como o polipropileno é tão comumente usado para bens de consumo, a impressão 3D SLS de polipropileno cria oportunidades para reimaginar produtos de consumo, aumentando a frequência iterativa e dando às pequenas e médias empresas as ferramentas para criar peças e trazê-los ao mercado sem terceirizar grandes partes de seu fluxo de trabalho. Com peças de polipropileno impressas em 3D de qualidade para uso final, o processo de design até a fabricação é mais rígido, mais eficiente e mais econômico.
Polipropileno para impressão 3D Multi Jet Fusion (MJF)
As impressoras MJF da HP são adequadas para produção de baixo a médio volume de peças de polipropileno.
Multi Jet Fusion é um processo de fabricação aditiva por fusão em leito de pó patenteado e fornecido exclusivamente pela Hewlett Packard (HP). As impressoras 3D MJF produzem peças dispensando um agente de ligação líquido sobre um leito de partículas de pó de polímero para trazê-las a um estado semissólido antes de curar a camada com uma fonte de calor infravermelha e iniciar a próxima camada.
Pó de polipropileno para impressão 3D MJF
A HP oferece um material em pó de polipropileno MJF desde 2020. Os clientes MJF aproveitam a capacidade do pó de PP de criar verdadeiras peças de polipropileno, a fim de criar continuidade nos estágios de prototipagem e design, de modo que, quando a prototipagem se transformar em produção em massa, as propriedades do material de polipropileno possam permanecer as mesmas. mesmo por toda parte. O pó de polipropileno da HP oferece um alongamento na ruptura de 20% e uma resistência à tração final de 30 MPa, tornando-o semelhante em desempenho ao pó de polipropileno Formlabs para a série Fuse, mas com um alongamento na ruptura um pouco menos favorável.
Como imprimir peças de polipropileno com tecnologia MJF
Apenas um dos cinco modelos de impressora HP MJF é compatível com seu pó PP, portanto, os clientes devem confirmar o modelo correto antes da compra.
A impressão de peças em pó de polipropileno nas impressoras HP MJF requer muitas das mesmas etapas que a impressão 3D SLS de polipropileno. Como muitas das impressoras MJF são maiores que as da série Fuse, um algoritmo de empacotamento deve ser usado para evitar desperdício desnecessário de pó. As impressoras MJF exigem circuitos elétricos dedicados, grandes áreas de piso e, muitas vezes, um operador dedicado que tenha sido treinado na operação da máquina.
Após a impressão, as peças passam por etapas de remoção de pó e jateamento de mídia e podem ser pós-processadas com uma variedade de opções para obter um acabamento de qualidade no uso final. Esses métodos de pós-processamento podem ajudar a levar as peças de polipropileno desde o protótipo até a qualidade de produção final.
Prós e contras da impressão 3D de polipropileno MJF
O polipropileno para impressão 3D MJF oferece peças que representam com precisão as propriedades do material do polipropileno moldado por injeção, uma qualidade importante para quem deseja manter um material durante as etapas de projeto e produção. As impressoras MJF criam peças de alta qualidade de forma confiável e podem ser usadas para volumes de produção devido às suas câmaras de construção maiores.
No entanto, as impressoras MJF são caras e muitas vezes podem custar mais de US$ 340.000, incluindo contratos de serviço anuais, requisitos de infraestrutura dedicados e pó caro.
Modelagem de Deposição Fundida (FDM) Impressão 3D em Polipropileno
O filamento de polipropileno FDM pode ser usado para protótipos rápidos, como este componente de engenharia impresso em uma impressora FDM.
A impressão 3D FDM é o processo de impressão 3D mais conhecido devido à sua onipresença e baixa barreira de entrada. Conhecido como método de ‘pistola de cola quente’, as impressoras FDM derretem e extrudam filamentos de plástico no formato da peça, depositando o material camada por camada. O filamento de polipropileno para impressão 3D FDM está disponível para muitos fabricantes, mas as peças de polipropileno impressas em 3D FDM raramente podem corresponder às propriedades do material das peças de polipropileno fabricadas tradicionalmente.
Filamento de polipropileno para impressão 3D FDM
Muitos fabricantes oferecem opções de filamentos de polipropileno, mas eles são mais caros do que outros materiais de impressão 3D FDM mais comuns, como filamentos ABS ou PLA. O HDT mais elevado do polipropileno significa que as impressoras 3D FDM precisam manter uma temperatura elevada tanto para a extrusora como para a câmara de impressão, por isso é importante confirmar a compatibilidade antes de escolher uma impressora FDM ou comprar filamento para criar peças de polipropileno.
O polipropileno impresso em 3D FDM não é adequado para aplicações mais avançadas, como peças de uso final, onde o pó de polipropileno 3D SLS e MJF se destaca. Existem impressoras econômicas capazes de imprimir PP a partir de US$ 1.000, impressoras de médio porte que custam aproximadamente US$ 3.500 e sistemas industriais que custam a partir de US$ 15.000.
Como imprimir peças de polipropileno com tecnologia FDM
O filamento de polipropileno é mais difícil de imprimir do que os materiais FDM padrão. Requer uma temperatura de extrusora de cerca de 240 °C com uma temperatura de leito de 85-120 °C. A impressão de peças de polipropileno em uma impressora FDM também exige que a impressora tenha um ventilador de resfriamento – o filamento de polipropileno pode deformar durante o estágio de resfriamento ou configuração, e um ventilador pode ajudar a mitigar o risco disso, distribuindo uniformemente o ar mais frio ao redor da peça.
Prós e contras da impressão 3D de polipropileno FDM
O polipropileno de impressão 3D FDM é um bom método para criar protótipos iniciais ou modelos “parecidos” de forma rápida e barata. A acessibilidade de muitas impressoras 3D FDM, tanto em custo quanto em fluxo de trabalho, torna-as uma boa tecnologia para amadores que desejam projetar bens de consumo ou designers de produtos que desejam um modelo físico inicial antes de iniciar estágios de projeto mais intensivos.
As impressoras 3D FDM não criam peças isotrópicas ou estanques, portanto as peças de polipropileno FDM não podem funcionar efetivamente como garrafas, invólucros ou tubos, que são aplicações comuns de polipropileno.
Impressão 3D de estereolitografia (SLA) com materiais semelhantes ao polipropileno
Impressoras SLA como Form 3+ (meio) e Form 3L (direita) são ótimos complementos para um fluxo de trabalho SLS. Imprimir com uma resina semelhante ao polipropileno, como a resina Tough 1500, pode ser uma maneira rápida de produzir protótipos iniciais antes de passar para testes funcionais ou tiragens maiores com a impressora Fuse 1+ 30W SLS (esquerda) e pó de polipropileno.
A tecnologia de impressão 3D de estereolitografia (SLA) usa um laser ou fonte de luz para curar resinas líquidas, uma camada fina de cada vez, criando uma peça que é ligada isotropicamente e quimicamente entre as camadas, bem como fisicamente. Os fabricantes de impressoras 3D SLA produzem seus próprios materiais – materiais padrão da indústria, como ABS, PLA ou náilon, não têm equivalentes individuais nas bibliotecas de materiais de resina SLA, portanto, não existe uma resina de polipropileno “verdadeira” no mercado.
No entanto, muitos fabricantes oferecem resinas que podem corresponder a quase todas as propriedades dos materiais de polipropileno e servir como substitutos adequados nos fluxos de trabalho de design e prototipagem antes da fabricação em massa com peças de polipropileno fabricadas tradicionalmente.
Resinas semelhantes a polipropileno para impressão 3D SLA
Foto 1: A Resina Durável da Formlabs é um bom substituto do polipropileno durante o processo de prototipagem. Com alongamento na ruptura de 55%, a Resina Durável é uma boa opção para embalagens de bens de consumo, como esta garrafa.
Foto 2: A resina Tough 1500 da Formlabs tem uma resistência à tração maior (33 MPa) do que a resina durável e é ligeiramente mais flexível do que o polipropileno moldado por injeção.
A Formlabs oferece diversas resinas que são ideais para prototipagem em aplicações onde o polipropileno será eventualmente usado, como embalagens de bens de consumo. Como existem muitos tipos diferentes de polipropileno, existe mais de uma resina que pode ocupar seu lugar em determinadas aplicações.
A resina Tough 1500 oferece propriedades de material muito semelhantes às do polipropileno moldado por injeção. Com uma resistência à tração máxima de 33 MPa e um alongamento na ruptura de 51%, é ligeiramente mais flexível que o polipropileno moldado por injeção.
A resina durável oferece alongamento semelhante, de 55%, mas uma resistência à tração final inferior, de 28 MPa, e é mais frequentemente usada no lugar de materiais de polietileno.
Como imprimir resinas semelhantes a polipropileno com tecnologia SLA 3D
O fluxo de trabalho para impressão de materiais semelhantes ao polipropileno com tecnologia SLA depende do fabricante da impressora. Os fluxos de trabalho e os custos da impressora podem variar desde custos básicos e fluxos de trabalho fáceis até fluxos de trabalho complexos e máquinas de alto custo. As impressoras Formlabs Form 3+ SLA são baratas, a partir de US$ 2.499, e o fluxo de trabalho é intuitivo e limpo.
Depois de escolher uma resina para simular polipropileno, insira o cartucho de resina na parte traseira da impressora e inicie a impressão. Após a impressão, as peças precisarão ser lavadas e, se for utilizada Resina Tough 1500 ou Resina Durável, será necessária uma pós-cura. Estas duas etapas podem ser agilizadas usando as soluções de pós-processamento Formlabs o Form Wash ou Form Wash L e o Form Cure ou Form Cure
Prós e contras da impressão 3D SLA com resinas semelhantes a polipropileno
A impressão 3D SLA com materiais tipo PP é ideal para protótipos funcionais de alta qualidade e prototipagem de peças normalmente produzidas com polipropileno. Para clientes SLA que já imprimem com impressoras SLA, usar resina Tough 1500 ou resina durável para simular peças de polipropileno é uma maneira fácil e barata de obter desempenho mecânico semelhante. Alternar entre resinas é simples e não requer nenhuma etapa de limpeza.
A principal desvantagem da impressão com essas resinas é que elas não são verdadeiros materiais de polipropileno, portanto, haverá alguma lacuna na continuidade entre o design e a produção se forem utilizadas para prototipagem ou design.
Primeiros passos com polipropileno impresso em 3D
O pó de polipropileno impresso na série Fuse pode fornecer peças que funcionam da mesma forma que o polipropileno moldado por injeção ou termoformado, tornando o projeto até o processo de fabricação perfeito.
As soluções de polipropileno para impressão 3D estão se tornando mais amplamente disponíveis à medida que os fabricantes de impressoras 3D das tecnologias SLS, MJF, FDM e SLA estão introduzindo mais filamentos e pós de polipropileno, bem como resinas que podem imitar as propriedades do polipropileno.
Para começar a imprimir peças de polipropileno em 3D, primeiro considere quais recursos você precisa de uma impressora 3D e para seu fluxo de trabalho exclusivo. Para uma prototipagem rápida e barata em estágio inicial, o filamento de polipropileno para impressão 3D FDM pode ser a opção mais eficiente. Para protótipos funcionais de maior qualidade, a impressão SLA com uma resina como a resina Tough 1500 ou a resina durável é uma boa maneira de obter muitos dos benefícios do polipropileno. Para o verdadeiro polipropileno que é à prova d’água e cria peças que podem suportar testes funcionais e uso final, a impressão 3D SLS e MJF são as melhores escolhas.
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