Como armazenar os filamentos

Por Marcos Sobral

A qualidade da impressão 3D em impressoras tipo FDM está diretamente relacionada a qualidade do filamento utilizado na impressora 3D. Essa preocupação com a qualidade do filamento deve ser transferida para o armazenamento do filamento, pois deve-se garantir que o mesmo não tenha suas propriedades físicas e químicas alteradas com o passar do tempo. Os principais problemas para armazenamento que podem influenciar na qualidade das impressões são a umidades e a poeira.

1       UMIDADE

A umidade do ar, também chamada de umidade atmosférica, representa a quantidade de vapor de água presente na atmosfera. Trata-se de um fator que influencia na temperatura, na sensação térmica e na precipitação. Por sua vez, a umidade do ar é influenciada por diversos fatores como a maritimidade, a continentalidade, as massas de ar, o tipo de vegetação, dentre outros. Locais próximos ao mar ou rios a evaporação da água tende a ser maior. Sendo assim, nesses ambientes a umidade do ar é mais elevada do que em locais afastados das correntes de água.

Esta umidade pode agir em materiais que são guardados “ao tempo” e podem gerar alterações químicas e físicas nestes materiais. As alterações vão depender do tipo de material e do tempo de exposição.

PLA é um bioplástico e derivado de plantas como milho, batata e arroz. O filamento feito de PLA sofre degradação se deixado exposto ao ambiente, seja ambiente externo ou no suporte da impressora, levando de alguns meses a dois anos para o PLA puro se decompor em dióxido de carbono, água e metano.

Existem filamento com grande resistência à humidade, como o PETG ou o CPE HG100, copoliésteres que podem estar expostos à água longos intervalos de tempo sem problemas.

Uma das formas mais fáceis de perceber esse fenômeno no PLA, é o procedimento de dobrar o filamento. O comportamento correto do filamento seria se deformar durante a dobra e não romper. Por isso, se ocorrer o rompimento imediato, pode ser um sinal que o filamento adquiriu umidade.

Além disso, podemos perceber se o filamento está com umidade na hora da impressão, método funcional para ABS e PLA. Ambos quando impresso apresentam “bolhas” no processo. Elas podem ser percebidas visualmente ou apresentando um ruído característico do rompimento das bolhas (estalos).

Essas bolhas são formadas durante a absorção de umidade e ocupam o espaço do filamento. Quando o mesmo passa pelo extrusor, essas bolhas estouram, causando uma falha de extrusão, com falta de material.

1       PROBLEMAS DA UMIDADE

1.1      Entupimento do bico extrusor

Quando o filamento entra em contato com a umidade do ar a absorção de água por parte dele causa a expansão do diâmetro e o enfraquecimento da superfície do filamento. Ao alimentar a impressora com filamentos nessas condições, aumentará as chances de entupir o bico extrusor.

A humidade de água concentrada no filamento ao aquecer-se no Hot-end se evapora, ocasionando ocos no interior do filamento, convertendo-se este em uma massa que obstrui o barrel (Heat Break) ou a boquilha (nozzle). Este problema é muito usual ao utilizar filamentos de nylon com percentagens de humidade elevados (> 20%).

1.2      Perda da qualidade de impressão

Um filamento que esteve em contato com a umidade do ar por tempo prolongado pode ter formação de vapor durante o processo de extrusão. O vapor causa a formação de “bolhas” que deixam a superfície de impressão irregular ocasionando a queda da qualidade de impressão.

As bolhas entre as camadas de impressão (não sempre visíveis a simples vista) provocados pela evaporação da água, são pontos críticos, onde se geram facilmente fendas ao aplicar baixos valores de força. Quando a concentração da humidade é alta, as bolhas provocam um acabamento superficial rugoso e esbranquiçado.

O rompimento das “bolhas” gera uma turbulência no fluxo deixando-o inconstante. O material fica com a dureza superficial um pouco mais elevada, podendo dificultar a tração do mesmo pelo extrusor e gerando problemas na vazão. O material por estar mais quebradiço pode se partir antes da alimentação, causando a falta de material alimentado.

1.3      Redução da resistência do filamento

Os filamentos higroscópicos (Materiais ou substâncias higroscópicas são aquelas que apresentam a propriedade de absorver a água, seja por reações químicas ou por reações físicas) como o PLA e o PETG são propensos a absorver água em grande parte, já que as moléculas de água se unem às moléculas dos polímeros, formando fortes enlaces intermoleculares. Estes enlaces podem chegar a ocasionar microrompimentos internos que debilitam à própria estrutura do filamento.

1.4      Danos na impressora 3D

A absorção de umidade faz o filamento de PLA inchar (aumento do diâmetro do filamento). Alimentar o PLA inchado em uma impressora 3D pode fazer com que a Hot-End atinja, em alguns casos, congestionamentos graves (entupimento) exigindo a substituição da Hot-end. Principalmente em impressoras com sistema de extrusão tipo Bowden.

Caso a impressora for ficar muito tempo sem operação, remover o filamento pois os mesmos podem chegar a ficar presos no extrusor se ao absorver água aumentarem de diâmetro.

Também é necessário ter em conta o facto de que os filamentos que absorveram água terão uma temperatura mais alta para a extrusão.

2       SOLUÇÃO PARA ARMAZENAMENTO

Tanto para filamentos novos e ainda na caixa, como para filamentos já em uso, é indispensável o correto armazenamento para manter a mínima percentagem de humidade no material.

Idealmente deve-se armazená-los em armários secos. Os filamentos em uso devem ser armazenados em sacos com fechamento a pressão tipo “zip lock”.

Para garantir um maior tempo de armazenamento, pode-se usar as seguintes técnicas:

2.1      Dessecantes para absorção de água

Usar dessecantes para absorção de água. O dessecante mais comum e eficaz é o gel de sílica. Podem ser colocados vários pacotes de gel de sílica no local em que os filamentos estão armazenados ou individualmente em cada saco com filamento. Para a secagem de um filamento já úmido pode-se adicionar em um recipiente fechado com sílicas ou produtos que retiram a umidade. Deixe na embalagem por pelo menos 1 dia (certifique-se que a sílica está ativa).

Atenção para o fato de que será necessário trocar o gel de sílica quando ela saturar por absorção de umidade. Pode ser reutilizável por algumas vezes, perdendo cerca de 10%-20% de sua capacidade de manter umidade fixada em sua superfície a cada reutilização. Para reutilizar a sílica, deve-se  levar a mesma para um forno e manter por pelo menos 40 minutos em temperatura entre 100 Cº – 200 Cº.

2.2      Sacos de embalagem a vácuo

Podem ser usados sacos de embalagem a vácuo para manter o filamento protegido da umidade do ar e para ser mais eficiente pode-se adicionar alguns sacos de gel de sílica para ajudar no controle da umidade.

2.3      Secagem de filamento em forno

Caso os filamentos já tenham sido expostos ao ar por certo tempo, eles provavelmente já estão saturados pela umidade. Todo material termoplástico como o ABS e o PLA possui o que é chamado de Temperatura de Transição Vítrea. Esta temperatura deve ser especificada pelo fabricante e indica quando o material passa do estado duro e/ou rígido para mole ou “borrachoso”.

Para secar o material com um forno, ele não deve ultrapassar a temperatura de Transição Vítrea. Para secar por exemplo PLA e ABS uma secagem ideal pode ocorrer entre 1 e 2 horas, não secar o ABS com temperaturas acima de 100°C e não secar o PLA com temperaturas acima de 60°C. Preferencialmente usar forno com controle digital de temperatura, evitar utilizar equipamentos destinados ao uso com alimentos e  não tentar agilizar o processo aumentando sua temperatura.

Outra maneira mais efetiva de eliminar a humidade contida em um material é utilizar um secador para filamentos, que é um dispositivo capaz de romper os enlaces intermoleculares entre a água e o polímero graças à sua temperatura de secagem (35 – 70ºC) e ao fluxo de ar natural que existe no seu interior, o qual arrasta a humidade da superfície do filamento ao ar que o rodeia. O valor ideal da humidade em um filamento é entre 10 – 13%.

2.4      Vida Útil

A vida útil de um filamento de qualidade desde a sua fabricação é de 2-3 anos, desde que esteja no seu selo e vácuo originais. Uma vez aberta a embalagem original, o tempo que demora em perder as suas propriedades mecânicas e de cor depende do tipo de material e da armazenagem. Um PLA ou ABS armazenado da maneira mencionada anteriormente pode conservar as suas propriedades mais de 1 ano, mas em caso de não ser assim, resistirá uma décima parte do tempo. Em materiais mais delicados, como nylons e PVA, a perda total da sua vida pode ser de escassos dias.

Idealmente consumir o filamento em até 12 meses. Após abrir o filamento e expor ele pela primeira vez a umidade do ar ele dá início ao processo de degradação da qualidade do filamento.

3       POEIRA

Outro problema para armazenamento é a poeira. O filamento, quando exposto ao ambiente recebe a deposição de pequenas partículas de poeira, que são conduzidas naturalmente até o bico da impressora. Estas partículas se acumulam de tal forma que aglutinadas podem se alocar em diversos pontos do seu conjunto extrusor, como tubo flexível condutor, hot-end (bico aquecido), etc.

Se a quantidade de sujeira for alta, pode acarretar em obstrução total ou parcial do bico, prejudicando a impressão 3D.

Como solução para o problema da poeira podem ser usados filtros que limpam o filamento a medida que o extrusor o puxa. Estes filtros podem ser de espuma ou algodão.

4       INFORMAÇÕES COMPLEMENTARES

Outro problema comum na impressão 3D é o nó no carretel. Esse problema é causado, em quase totalidade das vezes, pelo mau armazenamento do filamento, mais especificamente ao deixar o carretel com a ponta solta.

O enrolamento do filamento é feito de forma mecânica, em uma máquina apropriada. O enrolador preenche todo o carretel e só depois disso a ponta é cortada e travada. Isso impossibilita que o filamento tenha nó durante a fabricação.

A cada impressão finalizada, o filamento deve ser retirado da impressora e guardado em local apropriado com a ponta presa. O filamento deve ser inserido novamente na embalagem ZIP com a sílica gel.

Já durante o uso, sempre deixe seu filamento tensionado e prenda a ponta quando não for utilizar mais. Se o problema já aconteceu, é necessário tirar completamente o filamento do carretel, senão o travamento vai continuar acontecendo.

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