Modificação de Plásticos de Engenharia para Impressão 3D

A tecnologia de impressão 3D é uma tecnologia de processamento inovadora que se desenvolveu nos últimos anos, capaz de transformar modelos digitais em objetos físicos, com amplas perspectivas de aplicação. Atualmente, os materiais mais utilizados na tecnologia de impressão 3D são materiais poliméricos, que são fáceis de processar, mas cujas propriedades mecânicas são pobres, tornando-os inadequados para campos com altos requisitos de resistência e rigidez (como automotivo, dispositivos médicos e eletrodomésticos).

Tecnologia de Impressão 3D

Atualmente, a tecnologia de impressão 3D adequada para plásticos de engenharia pode ser dividida em quatro tipos: Modelagem por Deposição Fundida (FDM), Estereolitografia (SLA), Sinterização Seletiva a Laser (SLS) e Manufatura de Objetos Laminados (LOM), sendo o FDM o mais amplamente utilizado.

Introdução à Tecnologia FDM

O processo de moldagem por FDM é principalmente dividido em duas partes: o processo de extrusão e o processo de deposição, ou seja, os polímeros termoplásticos são extrudados através do bico sob calor e pressão, enquanto o bico se move ao longo da trajetória estabelecida para empilhar camadas bidimensionais camada por camada. A tecnologia FDM, devido às suas vantagens, como baixo custo, facilidade de operação, ampla gama de materiais aplicáveis e alta taxa de utilização de materiais, tem recebido ampla atenção, com pesquisas abrangendo diversos campos como medicina, aeroespacial e educação.

Desenvolvimento da Tecnologia FDM

Com o desenvolvimento e popularização da tecnologia de impressão 3D, é inevitável que a tecnologia FDM seja aplicada em mais áreas. A tecnologia FDM não só pode se adaptar às estruturas e formas complexas das aeronaves, melhorando seu desempenho e segurança, mas também pode reduzir os prazos de fabricação e os custos. No entanto, a tecnologia e os equipamentos de FDM nacionais ainda precisam melhorar ainda mais a precisão de impressão, estabilidade e confiabilidade para atender aos altos padrões do campo aeroespacial.

Tecnologia de Modificação de Plásticos de Engenharia

Os plásticos de engenharia têm excelentes propriedades, mas existem diferenças significativas entre as propriedades dos materiais dos plásticos de engenharia e a tecnologia de processamento de impressão 3D, incluindo principalmente os seguintes aspectos:

1, A má fluidez do material leva à instabilidade e à descontinuidade no processo de impressão, afetando a qualidade superficial e a precisão dimensional dos produtos.

2, A baixa temperatura de degradação térmica do material afeta as propriedades mecânicas e a durabilidade do material em altas temperaturas de impressão.

3, A baixa resistência do material limita a capacidade de carga e a resistência ao impacto dos produtos, afetando sua segurança e confiabilidade.

4, O resfriamento não uniforme do material resulta em tensões internas e deformação dos produtos, afetando a estabilidade geométrica e a precisão dimensional dos produtos. Ao mesmo tempo, os requisitos de desempenho dos plásticos de engenharia geralmente são mais altos do que os dos plásticos comuns. Portanto, para resolver os problemas dos plásticos de engenharia na impressão 3D, é necessário modificá-los para se adaptarem às condições de processamento da impressão 3D e atender aos requisitos de desempenho dos produtos.

As tecnologias comuns de modificação de plásticos de engenharia incluem principalmente os seguintes quatro tipos:

1, Adicionar lubrificantes, cargas inorgânicas, revestimentos de superfície em pó e outras substâncias para aumentar a fluidez e a processabilidade dos plásticos de engenharia.

2, Adicionar materiais de reforço como fibras de vidro, fibras metálicas e fibras de madeira para melhorar a rigidez e a resistência dos plásticos de engenharia, tornando-os adequados para uma modificação aprimorada em condições de alta temperatura e pressão da impressão 3D.

3, Acelerar a velocidade de solidificação dos plásticos de engenharia e reduzir o estresse residual por meio do uso de agentes nucleantes adequados e compostos com diferentes capacidades de calor para uma modificação rápida de solidificação.

4, Dotar os plásticos de algumas funções especiais (como condutividade, condutividade térmica, autorreparação, biocompatibilidade, etc.) para ampliar o escopo de aplicação e o potencial dos plásticos de engenharia no campo da fabricação de impressão 3D.

Em resumo, a tecnologia de modificação de plásticos de engenharia pode melhorar o desempenho dos plásticos de engenharia, expandir sua aplicação, fornecer mais opções e inovações para a impressão 3D e ampliar ainda mais o potencial de aplicação da impressão 3D em diversos campos.

Modificação Comum de Plásticos de Engenharia para Impressão 3D

Modificação de ABS

O ABS é um material polimérico termoplástico comumente utilizado, com vantagens como alta resistência, boa tenacidade e facilidade de processamento. Para melhorar ainda mais o desempenho do ABS, muitas vezes é necessário modificá-lo.

A fibra de vidro é um material de reforço comumente utilizado que pode melhorar a resistência, dureza e durabilidade do ABS. Na aplicação de peças de automóveis impressas em 3D, os materiais compostos de ABS reforçados com fibra de vidro apresentam um desempenho excelente, produzindo peças mais robustas e duráveis.

A montmorilonita orgânica (OMMT) é um modificador eficaz do ABS que pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas e térmicas do material. Os nanocompósitos ABS/OMMT preparados com OMMT têm um módulo de tração, resistência à flexão, módulo de flexão e módulo de armazenamento de energia mais altos, enquanto a expansão térmica linear e a perda de peso térmico são significativamente reduzidas.

O plástico ABS não apenas possui boa resistência à deformação e à corrosão, mas também alta resistência ao calor. No entanto, durante os processos de impressão em alta temperatura, ainda pode ocorrer um fenômeno de diminuição da fluidez, resultando em baixa qualidade das peças impressas. Materiais como talco em pó e mica em pó têm alta fluidez e, quando usados como aditivos para modificar o ABS, podem reduzir efetivamente sua viscosidade fundida e o estresse térmico, melhorar suas propriedades reológicas, aumentando assim a fluidez durante o processo de impressão e a qualidade das peças impressas. Além disso, o talco em pó e a mica em pó podem aumentar ainda mais a rigidez e a resistência ao calor do ABS, melhorando sua estabilidade em ambientes de alta temperatura.

Atualmente, uma empresa chinesa desenvolveu materiais compostos de ABS/nano-TiO2. Após a impressão 3D, este material composto não apenas mantém a estabilidade dos principais parâmetros de desempenho do ABS, mas também aumenta as propriedades mecânicas do ABS, mostrando melhor resistência e tenacidade.

As modificações acima proporcionam perspectivas mais amplas para a aplicação do ABS e oferecem opções de materiais mais excelentes para impressão 3D em múltiplos campos.

Modificação de PA

O poliamida (PA) é um plástico de engenharia de alto desempenho amplamente utilizado na vida cotidiana devido às suas vantagens, como alta resistência, boa flexibilidade, alta temperatura de deformação térmica e baixa contração. Comparado com o ABS, o PA possui melhor tenacidade e maior resistência ao impacto, e sua aplicação na impressão 3D está sendo cada vez mais valorizada.

Além disso, por meio de modificações, as propriedades mecânicas do PA podem ser aprimoradas, expandindo ainda mais sua faixa de aplicação. Zhang Zhengyi et al. prepararam materiais compostos de pó de PA12/MWCNTs usando métodos de fresagem de cisalhamento em fase sólida, resultando em uma resistência à tração e resistência ao impacto por entalhe significativamente melhoradas.

Modificação de PEEK

O polieteretercetona (PEEK) é um material polimérico de alto desempenho com excelentes propriedades físicas e químicas, como resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, estabilidade dimensional, isolamento elétrico e biocompatibilidade. Possui um enorme potencial e valor de pesquisa na tecnologia de impressão 3D, especialmente em campos de alto nível, como aeroespacial, automotivo e médico.

O material PEEK pode ser usado para fabricar componentes estruturais e funcionais complexos. Com o contínuo progresso e inovação da tecnologia de impressão 3D, a aplicação do material PEEK na impressão 3D tem mostrado tendências de desenvolvimento diversificadas e extensas. A Agência Espacial Europeia utilizou material PEEK para imprimir componentes de pequenos satélites.

Embora o PEEK tenha excelentes propriedades físicas e químicas, seu alto ponto de fusão e viscosidade dificultam a impressão usando impressoras 3D tradicionais. Com base nisso, Dai Jing propôs um novo método de impressão 3D, que acelera o processo de fusão de plásticos de engenharia aumentando o coeficiente de temperatura positivo e as lâmpadas de radiação térmica, e otimizando os parâmetros de impressão. Os resultados mostraram que o novo método pode imprimir material PEEK, e a taxa de alimentação afeta significativamente a taxa de preenchimento do produto. Esta pesquisa fornece uma solução viável para o uso de plásticos de engenharia especiais na tecnologia de impressão 3D, promovendo a aplicação mais ampla de plásticos de engenharia no campo da impressão 3D.

Conclusão

A pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia de modificação de plásticos de engenharia para impressão 3D são de grande importância. Ao melhorar as propriedades mecânicas, resistência ao calor, resistência à corrosão e condutividade dos materiais, a aplicação da tecnologia de impressão 3D em diversos campos pode ser expandida, e a funcionalidade e qualidade dos produtos impressos em 3D podem ser melhoradas. No entanto, ainda existem alguns problemas e desafios na tecnologia de modificação de plásticos de engenharia para impressão 3D, como efeitos de modificação instáveis, mecanismos de modificação pouco claros e altos custos de modificação, que exigem mais pesquisas e exploração.