Para finalizar esta sequência de artigos sobre o tema materiais para impressão 3D, vou escrever sobre os materiais compósitos (material com uma matriz de polímero reforçado com fibras (carbono, vidro, etc) contínuas ou descontínuas).
Devido as suas características e importantes benefícios que os materiais compósitos possibilitam (redução de peso, alta resistência etc), eles já eram destaques em outros processos de manufatura e não está sendo diferente com a impressão 3D.
No setor aeroespacial, por exemplo, está sendo possível a criação de peças (suportes, fixadores) com redução de peso através de materiais compósitos fabricados por impressão 3D, o que é bastante importante para este setor.
Em geral, algumas aplicações de materiais compósitos são de produtos personalizados e que não são produzidos em massa (áreas esportivas, médica etc) o que ajuda na integração destes materiais com a fabricação por impressão 3D.
Mercado Global
De acordo com a SmarTech Analysis, o mercado global de impressão 3D de compósitos (material, impressoras etc) vai ultrapassar US$ 9 bilhões em 2028, com foco principalmente nos setores aeroespacial, médico, energia, marítimo e de bens de consumo.
O relatório apresenta algumas informações interessantes:
- Principais players para impressão 3D em compósito: Stratasys, Markforged, Hexcel, Thermwood, 3D Systems, BASF, entre outros;
- Dos US$ 9 bilhões, cerca de US$ 4 bilhões são originados de receitas em vendas de hardware;
- Espera-se que a fusão em leito de pó seja o principal tipo de sistema de produção de compósitos em impressão 3D;
- Os principais processos de impressão 3D que estão sendo usadas para materiais compósitos são: extrusão de material (ME) e fusão em leito de pó (PBF);
- Principal material utilizado é fibra de carbono.
Processos e Materiais
Como comentado acima, os principais processos de impressão 3D para protótipo são através da extrusão de material (ME) e fusão em leito de pó (PBF).
As impressoras de extrusão de material para compósitos, em geral, apresentam um ou dois bicos para saída do material. Dependendo da fabricante, a integração da matriz polimérica com a fibra contínua pode ser realizada em diferentes momentos do processo.
É possível a utilização de diferentes polímeros como matriz polimérica: PETG, ABS, nylon, PC, entre outros. Esta diversidade é importante pois há uma ampla gama de combinações que podem ser realizadas, para obtenção de diferentes propriedades (resistência ao impacto, fadiga, resistência térmica etc) de acordo com a aplicação.
Em relação às fibras, algumas das utilizadas são: carbono e vidro
Formato dos materiais
Para os metais, cerâmicas e compósitos, temos alguns princípios de adesão destes materiais, durante o processo de impressão 3D: ligação térmica ou por reação química.
E, para cada processo, existem relações: tipo de distribuição do material, princípio básico da impressão 3D aplicado, categoria do processo, conforme apresentado na figura abaixo, do livro Additive Manufacturing Technologies.
Preços e características gerais
Devido a possibilidades de combinações e proporção da matriz polimérica com a fibra, para formação do material compósito, existe uma grande variedade de materiais a serem vendidos pelas fabricantes.
Por exemplo, para o processo de impressão 3D que vai usar filamento, você pode encontrar o filamento de fibra de carbono com diferentes polímeros (PLA, PETF, entre outros) e quantidades (%) de fios de fibra de carbono variado. Em geral, o comum é ter 20% de fibra de carbono nestes filamentos.
Em relação ao preço destes filamentos, pode variar de US$ 50/kg a US$ 250/kg.
Se estiver usando o processo PFB, o material será um pó polimérico com fibra de carbono (o qual depende como as fibras são misturadas com o pó polimérico, o que pode permitir uma uniformidade maior (ou não) nas direções X, Y ou Z).
Em relação ao preço destes materiais, podem começar com valores a partir de US$ 1.000 por 6 kg (Sinterit).
Principais Fornecedores
As impressoras 3D para compósitos podem ter um custo mais acessível (US$ 5.000) até custos mais elevados, pensando em produção industrial (US$ 250.000).
O site All3DP fez um levantamento das principais impressoras 3D de fibra de carbono em 2022. Algumas destas impressoras são:
- Raise3D Technologies E2CF & Pro3 Plus (US$5.000 a US$ 7.000)
- UltiMaker S5 (US$ 6.000)
- Markforged Mark Two & X7 Gen 2 (US$ 20.000 a US$ 70.000)
- Roboze XTreme Series (US$ 10.000 a US$ 50.000)
Confira a lista completa em: https://all3dp.com/1/best-carbon-fiber-3d-printer-price/
A nível industrial, são apresentadas as seguintes impressoras:
- Titan Robotics, Inc. Atlas-HS (US$ 90.000)
- BigRep – Large-Format 3D Printers Pro (US$ 170.000)
- Roboze Argo 350 (US$ 195.000)
Confira a lista completa em: https://all3dp.com/1/carbon-fiber-3d-printing-a-guide-for-decision-makers/
Tendência próximos anos
O próprio uso de materiais compósitos no processo de impressão 3D já é uma tendência e uma forma de confirmar a aplicação deste material em processos de manufatura para as mais diversas industrias. O ganho de escala deve ser o próximo desafio para as indústrias, com o objetivo de definir este processo como uma das rotas de manufatura dos seus produtos.
Uma outra tendência é buscar alternativas para reciclagem das peças de material compósito fabricados por impressão 3D, com o objetivo de facilitar o processo de reciclagem, pensando na sustentabilidade.
E você, já teve experiência com alguma peça impressa em 3D em material compósito?
Grande abraço!
Luan Saldanha.
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