Estudo para readequação de uma impressora 3D de baixo custo para impressão de materiais poliméricos de alta temperatura de processamento

Abstract

Juntamente com o advento da impressão 3D, a qual vem se popularizando no meio doméstico e industrial, surgem materiais poliméricos inovadores que possuem alta temperatura de processamento. Os polímeros usualmente utilizados em impressoras 3D comerciais, que utilizam temperaturas de até 240oC, como PLA (Poliácido Láctico) e ABS (Acrilonitrila butadieno estireno). A disponibilidade de novos filamentos de materiais criou a necessidade do desenvolvimento de impressoras 3D que suportem temperaturas de extrusão até 400oC. A quantidade de máquinas de manufatura aditiva de baixo custo disponíveis possibilita adaptações para aumentar a variedade de materiais poliméricos utilizados, deste modo, neste trabalho realizou-se um estudo sobre as características necessárias para impressão dos materiais de alta temperatura, como por exemplo PEEK. Subdividiu-se a readequação realizada em uma máquina de baixo custo em 4 principais conjuntos, a integração mecânica, onde se realizou a fixacão ao do cabeçote de extrusão, a integração eletroeletrônica, que fez o comando e a aquisição dos dados de temperatura, o software que necessitou de pequenas alterações para calibração, e o enclausuramento, onde a máquina foi vedada para diminuir a troca de calor da peça impressa com o ambiente, possibilitando também o controle de temperatura interno. Para a validação da adequação proposta, foram realizados ensaios de impressão para verificação da melhoria da condição de empenamento nos polímeros, PLA e ABS, visto que os polímeros de alta temperatura possuem como maior dificuldade de impressão a condição citada acima. Observou-se que a tendência ao empenamento depende da taxa de expansão do material e o aumento da temperatura da câmara de impressão tem influência na adesão das peças na plataforma de construção da peça.Along with the advent of 3D printing, which has become popular in the domestic and industrial environment, there are innovative polymer materials that have high processing temperature. The polymers usually used in commercial 3D printers, which use temperatures up to 240oC, such as PLA (Polylactic Acid) and ABS (Acrylonitrile butadiene styrene). The availability of new material filaments has created the need for the development of 3D printers that support extrusion temperatures up to 400oC. The number of inexpensive additive manufacturing machines available enables adaptations to increase the variety of polymer materials used, so a study on the characteristics required for printing the high-temperature materials, as PEEK, was carried out in this thesis. The readjustment performed in a low-cost machine was subdivided in 4 main assemblies, the mechanical integration, where the extrusion head was fixed, the electro-electronic integration, which commanded and acquired the temperature data, the software, that required minor changes for calibration, and the enclosure, where the machine was sealed to reduce the heat exchange of the printed part with the environment, also allowing the internal temperature control. For the validation of the proposed suitability, printing tests were performed to verify the improvement of the warp condition of the polymers, PLA and ABS. It has been observed that the tendency to warp depends on the rate of expansion of the material and the increase of the temperature in the printing chamber influences the adhesion of the parts on the work platform of the part.