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Os profissionais da impressão 3D entenderam a mensagem sobre o filamento úmido e as falhas de encordoamento e impressão que ele causa. Tanto que um novo problema está surgindo: filamentos secos demais.
Muita secagem – seja na temperatura errada, por muito tempo ou com muita frequência – pode danificar a estrutura molecular de alguns polímeros. Isso afeta negativamente a resistência, a adesão da camada e resulta em fragilidade. Também é muito difícil imprimir com filamento seco demais porque o próprio filamento pode quebrar, extrudar de forma desigual e qualquer impressão resultante pode mostrar rachaduras na superfície.
Se você tem centenas ou dezenas de milhares de reais investidos em filamento, vale a pena ter um plano para mantê-lo seco e secá-lo corretamente. Aqui, exploraremos como saber se seu filamento está muito úmido ou muito seco, as melhores práticas para secar adequadamente e como mantê-lo seco (soluções econômicas e profissionais).
Muito molhado ou muito seco?
Você já deve estar familiarizado com os problemas que o filamento úmido produz, como sons de estalo ou rachadura durante a extrusão; encordoamento severo, bolhas ou exsudação; superfícies estranhamente texturizadas ou “difusas” nas impressões; e linhas de extrusão irregulares. Menos perceptível é a resistência reduzida da peça e a adesão da camada.
O filamento úmido pode parecer flexível ao toque, pode até ter um cheiro de mofo ou cor desbotada.
No outro extremo do espectro, quando o filamento está muito seco, há resultados igualmente negativos e características semelhantes. Você pode notar má adesão da camada ou superfícies ásperas. O filamento quebradiço pode quebrar ou quebrar facilmente durante o manuseio, e também pode haver encordoamento, bolhas ou outros problemas de extrusão devido a mudanças nas características de fluxo do filamento.
O filamento seco pode parecer quebradiço, ser facilmente rachado ou quebrado e pode grudar em si mesmo no carretel.
Como o filamento muito úmido e o muito seco compartilham algumas características, como você pode diferenciá-los?
Uma maneira de saber é o peso do filamento. Quando o material tiver absorvido água, ele pesará mais. Medir isso, no entanto, não é tão fácil quanto parece. Esse carretel de 1 kg não pesa exatamente 1.000 gramas; Há o peso do carretel e também pequenas variações na quantidade exata de material enrolado em cada carretel. Além disso, a quantidade de umidade que pode afetar a impressão pode estar na faixa de miligramas minúsculos.
Os leitores disseram que muitas vezes pesam um novo carretel direto da bolsa em uma balança precisa e registram esse número para referência. Em seguida, seque o carretel e pese-o novamente. Embora esta seja uma maneira de provar ou refutar que seu material estava úmido e agora não está, ele não fornece informações antes da secagem. Além disso, os carretéis de papelão podem reter mais umidade do que os de plástico, então você pode perder miligramas de água apenas do carretel.
Outro método é cortar dois pedaços de filamento, talvez 200 mm cada. Seque um deles e compare seu peso. Você também pode colocar o filamento em uma bolsa selada com um indicador de umidade (amplamente disponível por menos de US $ 30) por algumas horas. Se o indicador de umidade disser que a umidade relativa na bolsa está acima de 40%, você provavelmente tem filamento úmido.
Como não é fácil ou rápido determinar quanta umidade seu filamento já contém, pode parecer que o melhor caminho é apenas secá-lo antes de usá-lo. Na verdade, isso é recomendado por muitos produtores de materiais em relação a muitos tipos de filamentos de polímero, como o náilon.
No entanto, secar o filamento já seco pode ter consequências dependendo do material e do seu processo de secagem. Mas, para ser claro, a maioria dos tipos de polímeros pode ser seca repetidamente sem danos, desde que você siga as recomendações do fabricante para secar de perto. Onde a secagem normalmente dá errado é usar a temperatura errada (muito alta) e permitir repetidamente que seu filamento absorva água e depois seque-o.
Vamos dar uma olhada mais de perto.
Secar ou não secar?
Se você é alguém que lê fóruns de impressão 3D ou assiste a vídeos de impressão 3D no YouTube, então você já se deparou com dois tipos de pessoas: aqueles que nunca secaram seu filamento e não tiveram nenhum problema e não entendem do que se trata todo esse alarido de secagem, e aqueles que secam religiosamente seu filamento antes de cada uso. Todo mundo está em algum lugar no meio.
A questão é que, se suas peças impressas resultarem em uma aderência de camada, resistência e qualidade de superfície aceitáveis para você, continue fazendo o que está fazendo. Mas se você não está obtendo a qualidade que espera, o problema (muitas vezes) é a condição do seu filamento.
Se você imprime em 3D para ou como sua empresa, precisa de processos em toda a empresa para garantir que seus materiais estejam sempre nas condições ideais.
Quando você deve secar?
Em um mundo perfeito, a melhor maneira de manter o filamento nas melhores condições é evitar secá-lo, especialmente com calor. Não “deveria” haver razão para secar filamentos novos que vêm em uma bolsa hermética. Presumivelmente, este material foi fabricado e embalado em um ambiente adequado. Mas nem sempre é esse o caso. De fato, alguns fabricantes, como Bambu Lab e Prusa, recomendam que você seque materiais específicos, como TPU e PA (nylon), antes de cada uso.
Isso traz à tona o fato de que todos os polímeros não são iguais quando se trata de sua reação à umidade. Alguns filamentos de polímero, como o PLA, podem nunca precisar ser secos, enquanto outros, como o náilon, absorvem rapidamente a umidade do ambiente.
É higroscópico, não Hydroscopic
Você pode ter ouvido o termo “higroscópico” quando se trata de filamentos, que se relaciona com a forma como a estrutura molecular do polímero absorve umidade, por exemplo, altamente higroscópica. Felizmente, a característica é mensurável e é um ponto de dados útil para saber sobre o seu filamento.
Existem vários métodos para medir essa característica de um polímero, mas quando se trata de filamento de impressão 3D, você pode ver uma menção à “taxa de absorção de umidade” (MAR) pelo fabricante – embora não seja uma medida padrão em uma folha de dados do material.
O MAR é normalmente expresso como o aumento percentual no peso do material após a exposição a um ambiente úmido por um período específico, geralmente de 24 a 48 horas, sob condições controladas de temperatura e umidade relativa, geralmente 50%. Por exemplo, um MAR de 0,1% não é a quantidade de umidade absorvida, mas sim quanto mais o filamento pesará quando exposto à umidade típica por um ou dois dias.
Não dê muita importância à medição de 24 a 48 horas usada nos testes oficiais de MAR. Isso não significa que deixar seu filamento de fora por seis horas ou mesmo uma hora seja bom. A taxa de absorção de umidade é diretamente influenciada pela umidade relativa do seu ambiente. Níveis mais altos de umidade e temperaturas aumentam a quantidade de vapor d’água disponível, levando a uma maior absorção por materiais higroscópicos mais rapidamente.
Da mesma forma, um filamento com um baixo MAR de 0,1% não significa que esta seja a quantidade máxima de humidade que o material pode absorver. Quanto mais tempo um material é exposto à umidade, mais ele pode absorver até seu ponto de saturação, também chamado de equilíbrio de umidade ou teor de umidade de equilíbrio (EMC).
Cada material tem um equilíbrio de umidade único, que é o ponto onde não há mais umidade Para materiais como o PLA, esse equilíbrio é inferior a 1% (em peso) e “geralmente qualquer coisa abaixo de 1% é insignificante”, diz Luke Taylor, da fabricante de filamentos PolyMaker. “É por isso que o PLA é tão amigável e você pode deixar um carretel em cima da impressora por meses e ainda ficará bem.”
Materiais como o náilon, no entanto, têm um equilíbrio muito maior. Para o nylon PA6, é de cerca de 3,3%, o que, neste momento, há tanta umidade no filamento que quando ele é derretido no hotend (temperatura de impressão em torno de 270°C) a umidade ferve e se rompe para fora. “Isso arruína a qualidade da superfície, a adesão da camada e torna as impressões fibrosas”, diz Taylor. “O PVA é ainda pior, atingindo o equilíbrio acima de 10% e é famoso por se tornar imprimível em ambientes úmidos.”
Por que você deve se preocupar com o MAR e o equilíbrio do seu filamento? Embora listemos a gama típica de 12 polímeros abaixo, é melhor procurar essas medidas em sua marca de filamento, se for fornecida, para saber exatamente o quão absorvente de umidade é seu filamento.
Existem tantas formulações diferentes de filamentos com vários aditivos, como plastificantes, estabilizadores, cargas ou pigmentos, que podem não se encaixar no comportamento “típico” e podem precisar de métodos de secagem exclusivos.
Outra razão para procurar esses dados é comparar entre filamentos semelhantes antes de comprar. Hoje, alguns fabricantes de materiais estão se esforçando para fazer formulações de nylon, por exemplo, com números MAR muito baixos, o que é um forte ponto de venda para operações de impressão de alto volume que sempre precisam ter material seco à mão.
O PolyMaker fornece um gráfico de “Curva de Absorção de Umidade” com cada filamento (veja acima) que indica quanto tempo você pode deixá-lo de fora antes que fique muito molhado para imprimir, que é MAR em torno de 0,8 a 1%, diz Taylor.
Nylon sempre seco, PLA raramente seco
Como você pode ver no gráfico acima, o nylon é muito higroscópico e o PLA não. Se armazenado corretamente, você pode nunca precisar secar seu PLA, mas muitas vezes pode precisar secar seu náilon e até mesmo imprimir com ele enquanto está em uma caixa seca.
Aqui na Loja 3D, geralmente pretendemos armazenar o PLA em sua bolsa original, mas somos culpados de deixá-lo em nosso laboratório e, honestamente, não tivemos problemas com a maioria dos PLA. É quando imprimimos com nylon ou TPU que podemos começar a ver problemas de umidade.
Além disso, dependendo do clima onde você mora e do tipo de casa ou edifício em que você imprime em 3D, os níveis de umidade podem ser naturalmente baixos e seu PLA pode nunca precisar ser seco.
No entanto, antes de secar todos os filamentos novos, teste-o com um modelo de calibração curto. Se você não vir problemas de amarração ou extrusão, poderá economizar tempo e a potencial degradação dos materiais por não secá-los.
Como secar demais o filamento (não faça isso)
“Uma vez que o filamento tenha sido seco demais a ponto de ficar quebradiço, infelizmente não existe um método eficaz para restaurar suas propriedades originais”, diz Remy Marac, da fabricante de filamentos FormFutura. “Isso torna crucial que os usuários monitorem seu filamento de perto durante o processo de secagem.”
Como já discutimos, os polímeros reagem de maneira diferente à umidade. Eles também reagem de maneira diferente à secagem, especialmente a parte de aquecimento da secagem. Alguns polímeros são muito difíceis de secar demais, enquanto outros podem danificar com relativa facilidade.
Quando perguntamos ao cientista de polímeros Brian Alexander, da Syensqo Specialty Polymers, sobre a secagem excessiva do filamento, ele explicou que alguns materiais, como os nylons, são formados por meio de “reações de condensação reversíveis”. Portanto, para esses materiais, você só precisa adicionar água para levar o conteúdo de água para onde você precisa. Alexander, especializado em materiais PEEK e PPSU, disse que não encontra clientes secando demais o filamento.
Portanto, alguns polímeros podem ser recuperáveis quando secos demais, enquanto outros não. Qual é qual? Alguns polímeros feitos com reações de condensação incluem PLA, PETG, PA (nylon), PC, PEI e TPU. Mas, novamente, a adição de aditivos no filamento pode afetar a capacidade desses polímeros de serem reidratados.
Não seque muito quente
O maior culpado pela secagem excessiva é o calor. Existem duas medições de temperatura a serem observadas quando se trata de secar seu filamento: sua temperatura de transição vítrea (Tg) e sua temperatura de fusão (Tm).
Tg é o ponto em que o polímero começa a ficar flexível e macio. A secagem do filamento deve ocorrer sempre 10 a 20°C abaixo da Tg do polímero, o que mantém a integridade estrutural do filamento enquanto permite que a umidade evapore.
Portanto, a primeira maneira de secar demais seu filamento é aquecê-lo em uma secadora ou forno na temperatura Tg ou superior. Essa temperatura pode fazer com que o filamento se deforme, deforme ou perca sua forma redonda, o que pode levar a problemas de alimentação na impressora. O filamento pode grudar em si mesmo, levando a emaranhados ou mesmo seções onde o filamento se torna quebradiço ao esfriar e quebrar.
Se o filamento se deformar ou derreter parcialmente, ele pode ter áreas de espessura ou arredondamento variados, o que também pode resultar em extrusão inconsistente durante a impressão, levando a problemas de impressão como subextrusão ou adesão inconsistente da camada.
Como você deve saber, a impressão 3D com filamento é realizada em um ponto ideal entre a Tg e a Tm. O aquecimento até o ponto de fusão pode degradar o material, resultando em descoloração, liberação de gases ou perda completa de propriedades mecânicas, especialmente para polímeros sensíveis à degradação térmica, como PLA ou ABS. Naturalmente, você nunca quer secar na temperatura de fusão de um polímero.
Não seque por muito tempo
Não conseguimos encontrar dados sobre os efeitos da secagem de polímeros por muito tempo, mas é lógico que, se um fabricante recomendar 6 horas de secagem, você deve manter esse tempo. 12 horas em vez de 6 danificarão o filamento? Novamente, temos apenas evidências anedóticas de usuários que notaram a fragilidade se formando em seu filamento por “esquecê-lo” no forno ou secar por mais do que o tempo recomendado.
Uma boa prática seria errar por menos tempo de secagem em vez de mais, mas sempre siga as recomendações específicas da marca.
Para ilustrar o quanto um material, por exemplo, o nylon, varia de acordo com a marca e a fórmula quando se trata de secagem, listamos abaixo as instruções de secagem ou cinco tipos de filamento de nylon.
Não seque com muita frequência
Se você investiu em um secador de material, pode pensar que pode renunciar ao armazenamento hermético adequado de seu filamento porque pode simplesmente secá-lo antes de cada uso. No entanto, absorver repetidamente a umidade, secar e reabsorver a umidade pode danificar os filamentos de impressão 3D ao longo do tempo.
Alguns polímeros, particularmente materiais higroscópicos como nylon e PVA, podem sofrer hidrólise quando expostos à umidade. Essa reação química pode quebrar as cadeias poliméricas, levando a uma redução nas propriedades mecânicas, como resistência e flexibilidade.
Os ciclos repetidos ou a absorção e secagem de umidade podem afetar as propriedades da superfície do filamento, potencialmente levando a um aumento da rugosidade ou irregularidades. Isso pode resultar em adesão inconsistente da camada durante a impressão.
Estudos mostraram que a resistência à tração e o alongamento na ruptura podem diminuir significativamente após ciclos repetidos de secagem e absorção de umidade. Isso torna o filamento menos adequado para aplicações que requerem alto desempenho mecânico.
Como mencionamos acima, muitos filamentos contêm aditivos como plastificantes, estabilizadores ou pigmentos que melhoram sua capacidade de impressão ou desempenho, mas a secagem/aquecimento repetido pode fazer com que esses aditivos evaporem ou se degradem com o tempo, levando a mudanças nas propriedades do material, como redução da resistência ao impacto.
Como secar o filamento corretamente
“Quando a umidade é absorvida pelo filamento, não é como a água em uma esponja, onde pode ser espremida facilmente”, observa Taylor da PolyMaker. “A molécula de água forma uma ligação polar na cadeia polimérica e atua como plastificante, reduzindo a resistência à tração e a rigidez, ao mesmo tempo em que aumenta a tenacidade e o alongamento. Por esse motivo, leva algumas horas para secar o filamento, pois o calor precisa de tempo para quebrar a ligação polar e evaporar a umidade do filamento.
Este é o objetivo de toda secagem de filamentos, mas como fazê-lo assume muitas formas.
Existem vários métodos para secar filamentos – secadores de filamentos, fornos, desidratadores – cada um com seu próprio conjunto de perímetros que podem ficar confusos. De fato, faltam diretrizes claras sobre a secagem de filamentos em geral, o que pode ser responsabilizado pela prevalência de secagem excessiva.
Por exemplo, a Bambu Lab sugere secar seu filamento de PC em um forno de ar forçado por oito horas a 75 – 85 ºC, mas recomenda secar o mesmo PC em uma câmara de construção aquecida de uma impressora Bambu Lab a 90 – 100 ºC por 12 horas. Parece bastante simples.
Mas e se você estiver usando um secador de filamentos, como o PolyDry da PolyMaker? Essa máquina não permite definir temperaturas e, em vez disso, tem “níveis de potência”. A PolyMaker recomenda secar qualquer filamento de PC no nível de potência três, que diz ser inferior a 70°C, por seis horas. Mas esta é uma temperatura mais baixa e menos tempo do que o Bambu Lab recomenda.
Como você pode ter certeza da secagem quando seu fabricante de filamentos diz uma coisa e seu secador de filamentos diz outra? Vamos dar uma olhada mais de perto secadores de filamentos.
Secadores de filamentos
Você não precisa comprar um secador de filamentos para secar seu filamento, mas é a melhor opção em nossa opinião, porque a maioria vem com à prova de falhas que ajudam a evitar a secagem excessiva, como desligamentos automáticos. Muitos FDMs industriais, como o Stratasys F3300, o Apium P400 e o 3ntr Spectral 30, têm secadores de material incorporados. No entanto, normalmente são apenas para quatro ou seis carretéis de cada vez.
Cobrimos os secadores de filamentos de nível de consumidor e os secadores de filamentos de nível profissional em outros artigos, então não entraremos em cada máquina aqui, mas quando você estiver comprando uma, considere sua temperatura máxima (algumas não esquentam o suficiente para materiais como PAHT), configurações secas específicas do material ajustáveis (embora não confie apenas nelas, sempre leia o guia de secagem da marca específica), e capacidade adequada.
Muitas soluções de secagem, desde o Sunlu Filadryer S4 focado no consumidor até o BigRep Drycon, têm configurações pré-configuradas de temperatura e duração de filamentos comumente usados, como PLA, ABS, PETG, bem como TPU, PA e PC. No entanto, como já abordamos, os polímeros podem variar muito de acordo com a marca. Certifique-se de que seu secador de filamentos permite que você substitua manualmente as configurações para o que cada fabricante de filamentos recomenda.
A maioria dos secadores de filamento usa calor e ar forçado, mas alguns fornecem apenas calor e você é obrigado a abri-los de vez em quando para deixar a umidade escapar. O calor por si só não é um desidratador eficaz.
Para garantir que seu filamento não absorva umidade durante a impressão, alguns modelos de secadores apresentam um sistema automático de alimentação de filamento via tubo de teflon.
Fornos Convencionais
Ao usar um forno para secar seus filamentos, use a configuração de ar forçado ou ar circulante para que a umidade possa ser removida da câmara do forno. Um forno muito pequeno, como uma torradeira, pode aquecer o filamento, mas não remover efetivamente a umidade (pode ser necessário abrir a porta periodicamente).
Certifique-se de ter espaço suficiente ao redor do filamento para que o ar possa circular, não empilhe carretéis uns sobre os outros e não misture polímeros com diferentes requisitos de secagem. Um forno de convecção doméstico típico pode secar dois carretéis de cada vez. Certifique-se de manter os carretéis longe dos elementos de aquecimento. Após a secagem, deixe o material esfriar no forno, que deve ser relativamente livre de umidade.
Câmara da impressora ou secador interno
Vários FDMs de nível de consumidor com câmaras aquecidas também podem ser usados como secadores eficazes. A Bambu Lab, por exemplo, tem uma configuração seca em suas impressoras 3D das séries X1 e P1. Recomenda-se colocar o filamento na caixa de papel original e seguir as instruções na tela. Ele fornece uma lista de polímeros e temperaturas recomendadas do leito térmico, todos com duração de 12 horas. É essencial virar o carretel a cada seis horas.
Desidratador de alimentos
Do lado do orçamento, os desidratadores de alimentos são usados há muito tempo para remover a umidade do filamento, assim como fazem com maçãs e morangos. A desvantagem é que os fabricantes de materiais não adotaram esse método e raramente fornecem instruções sobre a temperatura e o tempo do desidratador.
Os desidratadores de alimentos, em geral, têm temperaturas menos precisas do que os fornos e a temperatura pode variar até 10 graus da área mais próxima da fonte de calor para a área mais distante (para as unidades que possuem aquecimento apenas na parte inferior). Evidências anedóticas mostram que os desidratadores demoram mais para secar o filamento. Portanto, se você realmente deseja saber quanto tempo precisa para secar seus materiais específicos com seu desidratador de alimentos específico (ou forno), use o método que mencionamos acima, onde você mede o peso de uma seção de filamento não seco para uma seção semelhante de filamento do desidratador.
Bolsas Dessecantes em Caixa Selada
Você não pode secar efetivamente o filamento apenas colocando um carretel em uma caixa com dessecante, mesmo se você bombear ar continuamente.
A indústria de plásticos possui uma série de soluções industriais envolvendo dessecante usado para secagem de pellets para moldagem por injeção e outros processos de fabricação de plástico. Algumas dessas soluções envolvem ar forçado através de um leito dessecante para torná-lo extremamente seco. Este ar é então aquecido a uma temperatura especificada e alimentado em um funil de secagem contendo o material a ser seco. Essas soluções dessecantes industriais não chegaram à indústria de impressão 3D para filamentos, provavelmente porque o volume de filamento normalmente seco é baixo em comparação com as centenas de quilos de material de pellets de plástico.
A fabricante de impressoras 3D BigRep fabrica um gabinete seco chamado BigRep Shield que evita a absorção de umidade do filamento sem calor, operando em um ambiente selado com circulação de ar. Ao passar o ar por uma câmara dessecante controlada, o Shield elimina 99,99% da umidade transportada pelo ar, diz a empresa. No entanto, a BigRep está substituindo o Shield por seu novo gabinete, o Drycon, que inclui uma unidade de aquecimento para secagem.
Armazenamento a seco sem secagem excessiva
Caixas ou armários de armazenamento a seco são a melhor maneira de manter seu filamento longe dos efeitos nocivos da umidade, mas não cometa o erro de pensar que eles nunca podem levar ao ressecamento. Mesmo bolsas dessecantes (se você usar o suficiente) podem diminuir o teor de umidade em uma caixa a ponto de danificar o filamento deixado lá por longos períodos, embora admitamos que isso seria raro.
É por isso que os indicadores de nível de umidade são críticos em qualquer solução de armazenamento de filamentos. Somente monitorando os níveis de umidade você pode saber se seu armazenamento está muito úmido ou muito seco, ou talvez você não tenha fechado novamente a caixa corretamente na última vez que a abriu. Higrômetros, por menos de US $ 20 cada, ou pacotes de dessecantes indicadores de cores, são maneiras fáceis de garantir o nível de umidade correto em seu armazenamento.
Na indústria de impressão 3D, existem várias soluções para armazenamento de carretel único, mas elas podem ficar caras se você tiver centenas de rolos.
Outras indústrias precisam manter produtos e materiais secos, então os armários secos existem há muito tempo. Fotógrafos profissionais há muito armazenam suas câmeras em gabinetes secos, enquanto unidades em uma ampla variedade de tamanhos são usadas para placas de circuito impresso, amostras de laboratório e eletrônicos. Acontece que muitos deles também são ideais para filamentos de impressão 3D.
Claro, eles não têm os sinos e assobios das unidades de armazenamento de filamento dedicadas e não há como alimentar o filamento diretamente desses gabinetes para sua impressora, mas para armazenamento geral ou de longo prazo, eles podem ser uma boa escolha, desde que possam manter uma umidade relativa (>30%) que seu filamento precisa. Observe que os gabinetes secos de câmera típicos têm uma umidade relativa mínima de apenas 35%, portanto, certifique-se de encontrar um que possa atingir uma umidade relativa mais baixa.
