O PLA pode ser usado em moldes de silicone: um guia abrangente para técnicas de impressão e fundição 3D

Escolher materiais para seu trabalho é um passo decisivo para alcançar o melhor resultado possível ao trabalhar com impressão 3D e fundição. Este artigo busca entender melhor os processos de impressão 3D, particularmente o uso de ácido polilático (PLA) como filamento e sua interação com moldes de silicone. Essa tendência tornou necessário focar na relação entre impressão 3D e fundição, que é uma técnica bastante popular. Este artigo aborda essas questões investigando os atributos, vantagens e desvantagens do PLA e do molde de silicone para dar aos leitores uma compreensão de como considerar esses fatores ao tomar decisões durante o processo de fabricação. As adições exclusivas fornecidas nesta revisão são recomendadas independentemente de se ser um profissional ou um amador que deseja dominar mais habilidades. O guia ajudará a entender melhor as reais possibilidades e limitações de tal combinação.

Como o PLA interage com o silicone?

Silicones e PLA são mais propensos a interagir em um processo de fabricação de moldes, pois o PLA tem uma superfície lisa que pode ser usada para formar características detalhadas conforme o silicone é aplicado. Os moldes feitos de modelo de PLA são todos muito úteis, pois permanecem inalterados e são fortes. É importante destacar, no entanto, que o PLA tem uma resistência ao calor relativamente menor, o que restringe seu uso em áreas onde a temperatura necessária é muito alta, como durante a cura do silicone. Além disso, agentes de liberação adequados são necessários para que os padrões de PLA não grudem no silicone material durante o processo de remoção. Em geral, até que a temperatura e os agentes desmoldantes sejam controlados, o PLA é uma boa opção para fazer moldes de silicone.

O silicone adere ao PLA?

O silicone sozinho, sem um agente de liberação, não se liga muito bem ao PLA, a energia de superfície do silicone é baixa devido à sua estrutura química, razão pela qual ele é antiaderente por natureza. No entanto, alguns tipos de silicone também podem se ligar ao PLA quando não são tratados. Na prática, o silicone se ligaria ao PLA somente quando exposto a temperaturas extremas ou quando a proporção de silicone para agente de liberação é desequilibrada, onde o agente de liberação é o regulador. Certas pesquisas sugerem a aplicação de um spray de silicone ou filme de liberação de PVA (Álcool Polivinílico) para evitar completamente esses problemas de ligação. Primeiro, eles devem testar a interação do silicone e do PLA sendo usados em um nível isolado. Este teste é muito útil para sustentar a estrutura do molde e do item impresso, permitindo uma desmoldagem suave e uma vida útil mais longa do PLA.

Usando agentes de liberação para melhor remoção de mofo

O primeiro estágio é revestir o PLA e o silicone com um agente de liberação. O objetivo dos agentes de liberação é servir como um intermediário entre o silicone e o molde, reduzindo assim as chances de ligação, o que dificulta o processo de desmoldagem. Liberações de silicone em spray são altamente recomendadas para resultados ótimos neste caso. Ou então, filmes de PVA podem ser revestidos na superfície do molde para evitar aplicações de alta temperatura de cura. O uso eficaz desses agentes antes que o silicone seja derramado pode agilizar os dois processos, garantindo que não haja danos ao produto final ou ao próprio molde, tornando o ciclo de produção suave. Isso é acoplado a verificações de rotina e à liberação de um agente designado que seja adequado aos materiais envolvidos para garantir que todas as extremidades sejam cobertas para os melhores rendimentos.

O papel da textura da superfície na adesão

Polímeros alongados que são altamente preenchidos e têm uma mudança drástica em sua textura de superfície são essenciais para o desenvolvimento da adesão ao interagir com moldes de PLA. Um aumento na rugosidade da superfície pode aumentar um mecanismo de intertravamento mecânico, o que pode contribuir para um aumento na adesão e criar problemas durante a desmoldagem. Alternativamente, superfícies mais lisas tendem a fornecer menos adesão devido às oportunidades reduzidas de intertravamento e formação de ligação, permitindo assim uma remoção mais fácil. Polimento de superfície, tratamento de superfície e aplicação de revestimento são algumas das dicas sobre como alterar a textura para obter uma ligação eficaz. É muito importante entender como a textura e as propriedades adesivas dos materiais interagem em relação aos processos de fabricação para encontrar um equilíbrio entre adesão adequada durante o processo de cura e fácil desmoldagem.

Quais são as melhores práticas para criar um molde de silicone com PLA?

Configurações ideais de impressão 3D para PLA

O extrusão a temperatura para material PLA não deve cair abaixo de 190°C ou exceder 220°C, independentemente do fabricante. A temperatura da cama de impressão deve ser mantida dentro da faixa de 50°C a 70°C para adesão adequada durante o processo. A velocidade de impressão deve ser configurada para cerca de 50-60 mm/s, dependendo da qualidade de saída desejada. Fluxo de ar e resfriamento adequados devem ser fornecidos, de preferência por um ventilador, para melhorar a aderência das camadas e sua sensação. Uma espessura de camada típica de cerca de 0,1-0,3 mm é suficiente, a menos que os requisitos de resolução e velocidade de impressão permitam modificações. Além disso, para impressões maiores, pode ser benéfico empregar uma borda ou balsa para melhorar substancialmente a adesão da cama e reduzir a deformação dos modelos.

Projetando um molde impresso em 3D para vazamento de silicone

Projetar um molde tridimensional para a geometria definida envolve vários aspectos, como aeração, cavidades do molde e características das superfícies finais. A geometria do molde acomoda os detalhes do formato final da peça pretendida, ao mesmo tempo em que garante padrões de vazamento de silicone uniformes e aprisionamento mínimo de ar. As características da superfície final têm um grande impacto na textura necessária do produto, pois a desmoldagem da peça é mais fácil quando há acabamentos mais suaves. Os recursos dos canais de ventilação permitem a fácil liberação de ar, o que causaria erros potenciais. Além disso, o uso de recursos de alinhamento ou chaves de registro atuando nas metades do molde é recomendado para permitir que as duas peças se alinhem totalmente. Depois de considerar esses parâmetros de projeto, será possível fundir de maneira ordenada e também atingir os resultados ideais necessários durante as operações de moldagem de silicone.

Garantindo a durabilidade e estabilidade do molde PLA

Para imprimir moldes fortes e estáveis, o PLA pode ser reforçado por meio de modificações de design e do uso de materiais aprimorados. O desempenho mecânico e a resistência ao desgaste podem ser melhorados selecionando um tipo mais forte de PLA, como um composto de PLA reforçado com fibras de carbono. Além disso, designs que incluem paredes e nervuras mais espessas podem proteger o molde das tensões da moldagem por injeção com silicone. Há também outros parâmetros de confusão que precisam ser levados em consideração, como a altura da camada, a densidade de preenchimento e a espessura da pele. Além disso, técnicas de recozimento apropriadas podem aumentar a resistência térmica de um molde baseado em PLA e aumentar sua resistência, permitindo que ele seja usado várias vezes.

O PLA pode suportar o calor necessário para a cura do silicone?

Tolerância à temperatura do PLA durante a cura

O fato de que moldes feitos de PLA (ácido polilático) descrevem os processos de cura do silicone e podem suportar certos níveis de temperatura é bastante fundamental para esses moldes de silicone, dado o contexto em que esses moldes serão submetidos. As medições indicaram que o PLA tem um ponto de amolecimento que existe na faixa de aproximadamente 60 graus Celsius e 65 graus Celsius. No entanto, alguns tipos de borrachas de silicone têm um ciclo de cura que opera em temperaturas específicas que variam de 30 a 60 graus Celsius, dependendo do tipo em geral. O resultado e a aplicação resolvem o problema de ficar na elasticidade de temperatura mais alta usando compósitos reforçados com barroco e fibra que toleram altas temperaturas ou usando silicones com temperaturas de cura mais baixas. Algumas evidências de ensaios clínicos argumentam que o recozimento de um molde de PLA permite que ele lide melhor com a regulação térmica, produzindo um efeito de massagem que auxilia na cura em parâmetros de intensidade térmica mais altos (temperatura). Nada desencoraja mais esses fenômenos do que constituintes modificando construções ou distorções, entretanto, a prática ideal para essa situação deve acontecer para que a modelagem ou a moldagem por pré-tratamento não possam ocorrer.

Possível deformação e empenamento de peças de PLA

As restrições térmicas intrínsecas ao material PLA causam preocupações relacionadas à deformação e empenamento das peças de PLA durante a cura do silicone. O PLA é um termoplástico, o que significa que nos limites superiores de sua tolerância térmica, é provável que amoleça, causando uma distorção no formato do molde, pois a estabilidade estrutural do molde é perdida. Um estudo mostrou que as peças de PLA que foram submetidas ao calor do vapor por mais de cinco minutos ou a um ciclo de calor de cinco minutos acima de sessenta graus sofreram alterações dimensionais. Em particular, a distorção do molde foi observada quando as bordas e cantos das peças de PLA foram levantados como resultado de aquecimento não uniforme ou resfriamento ruim.

A contração dimensional térmica devido aos efeitos do calor de até 2-5% para peças de PLA ocorre quando ela sobe mais de 55 graus Celsius continuamente e por horas, especialmente sem medidas de reforço. Isso pode, no entanto, ser resolvido por métodos de moldagem que buscam controlar a temperatura e por meio de alterações de design com o uso de suportes adicionais ou espessamento da altura da camada em áreas cruciais. Junto a isso, eles também podem utilizar tratamentos de recozimento, que melhoram as propriedades térmicas do PLA, reduzindo assim as chances de empenamento. Os usuários teriam que conduzir testes de aplicação completos para verificar o desempenho do molde de PLA nas condições de cura necessárias, visando atingir os melhores resultados possíveis sem experimentar falhas estruturais.

Medidas para minimizar os danos causados pelo calor do PLA

1. Otimizar impressão Configurações: O principal objetivo dessa modificação é fornecer maior resistência ao calor para componentes de PLA. Isso implicaria em uma ligeira diminuição na temperatura de impressão, um aumento no resfriamento pela rotação do ventilador e otimização da adesão da camada. Espera-se que o ajuste desses parâmetros reduza as tensões internas nas peças de PLA, o que reduziria o risco de empenamento até certo ponto.
2. Use misturas de PLA resistentes ao calor: Você pode optar pelo uso dessas misturas de PLA que são resistentes a altas temperaturas. Essas misturas são formuladas de tal forma que podem suportar temperaturas relativamente mais altas em comparação ao PLA regular, o que faz com que tenham um desempenho melhor durante o estresse por calor. Deve-se sempre buscar informações dos produtores sobre os parâmetros para garantir que ele use o tipo certo de PLA para o trabalho certo.
3. Implementar reforços estruturais: A incorporação adequada das nervuras e filetes e o aumento da espessura da parede servirão para fortalecer o design do inserto impresso e a capacidade da peça de suportar deformação térmica em um nível muito alto. Essas características estruturais têm o potencial de auxiliar áreas fracas, ao mesmo tempo em que garantem que as tensões térmicas sejam distribuídas por toda a peça. Essa estratégia é útil para peças grandes ou de formato complicado que tendem a torcer e dobrar muito.

Existem materiais alternativos ao PLA para moldagem de silicone?

Comparando PLA com outros filamentos de impressão 3D

PLA é um dos filamentos de impressão 3D mais populares e, embora possa ser o preferido, há outros a serem considerados ao planejar, como propriedades de impacto, temperatura de trabalho, capacidade de degradação e, claro, nível de dificuldade na modelagem com ele. Há uma tabela correspondente com PLA e alguns dos materiais populares de impressão 3D abaixo:

ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno):

• Pontos fortes: O ABS tem melhor resistência ao impacto, bem como melhor tolerância ao calor do que o PLA, o que o torna uma qualidade altamente viável para modelagem e impressão.
• Fraquezas: Os vapores liberados por esse composto podem ser bastante irritantes, e uma câmara de aquecimento é necessária para uma impressão eficaz, então, infelizmente, ele não é muito amigável ao consumidor.
• Usos: Um dos materiais mais duráveis, por isso é usado em peças automotivas e também nos famosos brinquedos infantis LEGOS.

PETG (Polietileno Tereftalato Glicol):

• Pontos fortes: Este composto tem melhor elasticidade em comparação ao PLA e tem grande difusão de calor.
• Fraquezas: Devido a complicações de vazamento e formação de fios, há desafios na forma de precisar forçar mais do que o limite para uma impressão bem-sucedida.
• Usos: Este material específico é seguro para alimentos e, às vezes, é ideal para protótipos transparentes.

TPU (Poliuretano Termoplástico):

• Pontos fortes: Talvez o mais elástico do grupo forneça uma estrutura forte e resistente para os objetos fornecidos.
• Fraquezas: É um desafio imprimir devido à necessidade de configurações específicas para garantir seu uso adequado, bem como uma velocidade mais lenta.
• Usos: Um material de sonho para capas de celular, elásticos e alças ergonômicas.

Nylon:

• Pontos fortes: De todos os materiais, o nylon é um dos mais fortes e duráveis, graças à sua alta tolerância à potência.
• Fraquezas: Dependendo da exposição ao ar e do teor de umidade, a qualidade da impressão pode variar, por isso é importante cuidar das instalações de armazenamento.
• Usos: Usos específicos de engenharia juntamente com componentes mecânicos necessários.

Policarbonato (PC):

• Pontos fortes: Oferece proteção muito boa e funciona bem em temperaturas elevadas.
• Fraquezas: Alta contração e requer temperaturas superiores a 220 graus para impressão.
• Usos: Bem adequado para componentes que são submetidos a estresse ou calor considerável, como lâmpadas.

Devido a essas características individuais ligadas aos filamentos, uma aplicação específica pode ser recomendada. A decisão sobre o material é baseada nas propriedades necessárias combinadas com as condições da impressão e do ambiente.

Vantagens de usar PETG e ABS para moldes de silicone

Ao projetar moldes de silicone, especialmente para criar protótipos, considerar os materiais é essencial para o projeto. Com PETG, no entanto, alguns componentes do molde podem ser suficientemente fortes, dada a sua finalidade pretendida, negando assim a necessidade de um molde feito de materiais mais baratos. Sendo um polímero termoplástico, o PETG tem várias características favoráveis; a principal delas é sua resistência e resistência ao impacto, o que o torna ideal para a produção de moldes multiuso. Essas duas características, juntamente com a facilidade de processamento e bom acabamento superficial, aumentam sua aplicação em estruturas e aplicações de moldes mais sofisticadas. Por outro lado, também vale a pena mencionar que o maior trunfo do ABS é sua alta resistência à tração e resistência ao calor. A ausência de qualquer ausência de solventes fortes de molde torna possível que o ABS sustente as temperaturas de cura de alguns elastômeros, reduzindo o custo do molde sem reduzir a precisão do molde. Além disso, sua leve elasticidade melhora a facilidade de separação do molde do componente, juntamente com as complexidades de depressões precisas dentro do molde.

Explorando metais e resinas para aplicações em altas temperaturas

Quando se trata de materiais usados para ambientes de alta temperatura, tanto metais quanto resinas podem servir bem em diferentes cenários. Por exemplo, titânio e aço inoxidável são alguns metais que são bem considerados por sua ótima condutividade térmica, resistência e tenacidade sob altas temperaturas. Eles permitem que o calor circule livremente, portanto, são apropriados para componentes como trocadores de calor e motores de turbina.

Por outro lado, resinas de alto desempenho, como polieteretercetona (PEEK) ou poliimida, podem suportar altas temperaturas e têm certas propriedades de isolamento químico e elétrico. Resinas como essas são estrutural e dimensionalmente estáveis, tornando-as úteis na indústria aeroespacial e eletrônica, entre outras aplicações. A escolha entre metais e resinas depende principalmente da aplicação, das condições ambientais que a cercam e das tensões mecânicas esperadas no material.

Qual é o impacto da altura da camada na qualidade do molde?

Escolhendo a espessura correta da camada para moldagem de silicone

Você precisa considerar as compensações entre o acabamento da superfície e o tempo necessário para fabricar um produto ao selecionar uma espessura de camada ideal para o molde de silicone. Enquanto uma altura de camada menor que a ideal facilita um acabamento mais suave e um detalhe mais preciso, isso exigirá ciclos de produção maiores. Por outro lado, uma altura de camada mais espessa exigirá menos tempo, mas a precisão dos detalhes provavelmente será comprometida. Portanto, dependendo da quantidade de detalhes necessária, da quantidade de acabamento que precisa ser feito e do prazo de entrega, uma espessura de camada pode ser selecionada.

Como a altura da camada afeta a suavidade do produto final

Na moldagem de silicone, a altura da camada é um fator de influência nos detalhes finais e na suavidade. A faixa ideal faz tudo uniformemente. Camadas de altura variando de 0,1 mm a 0,3 mm são visíveis a olho nu, e das quais a altura média das camadas quando os perímetros de escala deslocados têm resultado em uma faixa de 0,0 mm a 0,8, adaptando a altura da camada mais fina combinando baixa visibilidade e refinamento. No entanto, uma diminuição na visibilidade leva ao dobro de recursos consertados, exigindo, portanto, mais tempo para serem fabricados.

Por outro lado, com o uso de altura mais grossa, camadas alternadas significam que menos recursos são gastos no arranjo da progressão geral do molde, pois o acabamento permanece inalterado em modelos com altura variando de 0,2 mm a 0,3 mm. Embora isso possa ser adequado apenas para modelos ásperos, curiosamente, ele faz o trabalho. Outros, entretanto, afirmam que em extremidades mais ásperas, o Ra médio varia de 2 micrômetros a 12 micrômetros, dependendo da altura de uma única camada. Quanto à seleção da espessura de camada desejada, atingir uma espessura de 0,1 é ideal para facilitar a qualidade do acabamento, bem como manter o tempo de resposta mínimo.

Técnicas para reduzir linhas de camadas visíveis em peças fundidas

Superar as linhas de camada visíveis de peças fundidas geralmente requer técnicas especializadas, que são uma combinação de métodos de pós-processamento e otimização de materiais. Alguns métodos de pós-processamento, como jateamento abrasivo ou tombamento, agora podem ser empregados para suavizar os artefatos fundidos, tornando assim a presença das linhas de camada menos perceptível. Neste caso, a máquina de jateamento seria submetida a algumas pequenas abrasões, de modo que todas as imperfeições localizadas na camada mais superior são removidas fisicamente por meio de resistência mecânica. Além disso, em vez de lixamento geral, esponjas de lixamento especializadas podem ser usadas para suavizar certas partes da fundição. Em segundo lugar, o alisamento com solvente, que é um tratamento químico, envolve uma leve aplicação de certos solventes que dissolveriam quaisquer arestas ásperas do acabamento da superfície. Além disso, a otimização de resinas ou misturas de silicone projetadas especificamente para redução de contração ajuda a melhorar as características de fluxo e distribuição do material escolhido. Esses processos podem ser selecionados com base nas características específicas da fundição, seu uso pretendido e o grau de sua eficiência de custo.

Fontes de referência

Silicone

impressao 3D

Ácido polilático

O melhor fornecedor de extrusora de silicone da China

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O PLA pode ser usado para fazer um molde de silicone?

R: Bem, é possível fazer padrões mestres para moldagens de silicone com PLA. Graças ao seu baixo ponto de fusão, no entanto, precauções devem ser tomadas ao usá-lo com tipos específicos de borracha de silicone que esquentam durante o processo de cura.

P: Quais são as vantagens de usar PLA para fazer moldes de silicone?

R: O PLA atua como um material muito bom para modelos e padrões Master devido à facilidade de impressão em 3D, é biodegradável e tem detalhes razoáveis. Além disso, o custo não é muito alto, o que o torna bom para variações divertidas e de molde.

P: O que se pode dizer sobre o ponto de fusão do PLA em relação à fabricação de moldes de silício?

R: Uma grande desvantagem dos moldes de borracha de silicone curados a quente é sua faixa de temperatura mais baixa, de cerca de 150-160 graus C. Isso significa que eles podem não ser apropriados para algumas borrachas de silicone que podem ter cura a quente inseridas nelas. Para evitar deformação, silicones curados à temperatura ambiente devem ser usados, ou algumas medidas de controle térmico devem ser planejadas durante a cura.

P: Os selantes de silicone vendidos em lojas de materiais de construção são adequados para a fabricação de moldes a partir de impressões de PLA?

R: Resposta curta: Sim. No entanto, borrachas elásticas de silicone de qualidade profissional que foram projetadas especificamente para fabricação de moldes têm uma melhor afinidade com detalhes, especialmente impressões finas de PLA. Além disso, selantes de silicone podem não conseguir reproduzir detalhes finos e podem levar mais tempo para curar.

P: O que posso fazer para impedir que o PLA grude na parte interna do molde de silicone durante a moldagem?

R: Para interromper a colagem, um agente de liberação pode ser aplicado na impressão PLA antes do vazamento do silicone. Agentes de liberação típicos são desmoldantes, spray de cozinha ou até mesmo amido de milho polvilhado na superfície. Dessa forma, não haverá resíduos no PLA após o silicone estar totalmente curado.

P: Depois de fazer o molde de silicone, devo jogar fora o molde de PLA ou devo removê-lo?

R: Normalmente, você não precisa se livrar do PLA depois que o molde foi feito de silicone. O processo de cura ocorrerá ao redor do PLA, que serve como um padrão para criar um negativo de um molde de silicone. Nesse caso, uma vez que o próprio molde tenha curado, ele pode ser retirado do PLA, que serviu como uma impressão única que seria descartada ou estaria pronta para reutilização.

P: É aceitável acelerar a cura do silicone aquecendo-o? Trabalhando com moldes de PLA.

R: É aconselhável não aquecer o silicone para acelerar o processo de cura ao trabalhar com moldes de PLA. Aquecer o silicone seria contraindicado devido ao fato de que o PLA tem um ponto de fusão baixo e pode derreter em um forno. Use o silicone de cura de baixa temperatura para todas as fabricações e observe o tempo total de cura do fabricante.

P: O que devo fazer para garantir que minha impressão PLA esteja pronta para moldagem de silicone?

R: Antes de aplicar silicone ao molde, o PLA tem que ser impresso com suavidade adequada. Adicionar ângulos de inclinação do projeto é frequentemente uma medida eficaz que ajuda a facilitar a remoção mais fácil dos moldes. Você também pode querer encapsular a superfície do PLA com resina epóxi em uma camada fina para que resulte em uma superfície lisa e não porosa.

P: Você tem algum conselho adicional no contexto do uso de parafusos ou fixadores PLA para o projeto do molde?

R: Ao usar PLA como parafusos ou outros fixadores modificados em seu design, lembre-se de que os parafusos podem não fornecer a mesma resistência que suas contrapartes metálicas. Certifique-se de que eles estejam firmemente fixados ou talvez use porcas ou inserções de metal em seções onde necessário. As roscas PLA também podem ter limitações severas em termos de capacidade de suportar uso repetido.

P: Os moldes de silicone feitos de padrões de PLA podem ser submetidos a tratamentos térmicos ou de cozimento?

A: Não é recomendado assar ou tratar termicamente moldes de silicone que foram produzidos usando padrões PLA. O PLA tem um ponto de fusão baixo de cerca de 150-160 'C, o que significa que é provável que ele se deforme ou derreta em temperaturas aquecidas para curar silicones, bem como outros materiais. Limite as temperaturas de trabalho à temperatura ambiente ao aplicar moldes baseados em PLA, pois isso sempre produz bons resultados e condições dos moldes.