Todo bom projeto de impressão 3D começa com plástico, geralmente em forma de fios coloridos enrolados em bobinas. Embora o hobby da impressão 3D esteja repleto de entusiastas do “faça você mesmo”, produzir seu próprio filamento ainda está fora do alcance da maioria das oficinas caseiras. Filamentos de alta qualidade exigem máquinas caras e robustas, muito espaço e uma quantidade considerável de energia.
Tive a oportunidade de visitar pessoalmente três fábricas que produzem filamento para impressão 3D e uma quarta virtualmente: Prusa Research, Printed Solid, Printerior e ProtoPasta. Todas elas usam o mesmo princípio básico: misturar pellets de plástico com aditivos que melhoram a cor e as propriedades; derretê-los, extrudi-los, resfriá-los e enrolá-los em uma bobina. Fácil, certo?
David Randolph, CEO da Printed Solid em Newark, Delaware, recentemente me deu um tour pelas quatro linhas de filamento de sua fábrica. Três foram construídas por sua empresa para produzir PLA e PETG acessíveis, sob a marca “Jessie”. A quarta foi instalada pela Prusa Research após a aquisição amigável pelo fabricante da República Tcheca. Fui solicitado a não tirar fotos da linha Prusament, para evitar vazamento de segredos da empresa.
O Jessie PLA está em nossa lista de Melhores Filamentos para Impressão 3D como nosso PLA econômico favorito e ainda custa apenas $19,99 por bobina.
Tudo Começa com Pellets de Plástico
Todas as bobinas de filamento começam com pellets de plástico bruto, sendo o mais comum o PLA (Ácido Polilático), um biopolímero feito de materiais vegetais como milho, cana-de-açúcar ou beterraba. Outros materiais, como PETG, ABS, ASA, PC e Nylon, são feitos a partir de fontes baseadas em petróleo.
O primeiro passo para transformar pellets em filamento é a secagem, pois o plástico absorve facilmente a umidade em sua forma bruta. Fabricantes em larga escala usam mangueiras de vácuo para mover os pellets dos contêineres de envio para o secador e depois para um funil no início da linha de fabricação.
O filamento reciclado começa de forma semelhante, mas usa pellets feitos de filamento triturado derretido e um pouco de material bruto não utilizado conforme necessário. Na foto abaixo, você pode ver o início da linha de filamento reciclado da Prusa Research, com um funil rotulado como “regrind” e o outro como “natural”. A Prusa derrete sobras da fábrica em bobinas de 2kg de filamento reciclado, que são vendidas a um preço mais barato.
Adicionando Cor
Randolph disse que o filamento Jessie da Printed Solid é feito usando PLA ou PETG bruto misturado com uma pitada de masterbatch, que é um corante altamente concentrado feito sob encomenda por uma empresa de plásticos em Chicago. Eles compram um suprimento anual de cor de cada vez para manter a consistência. Os ingredientes de qualquer masterbatch são um segredo bem guardado, mas os pellets podem conter tanto pigmento quanto qualquer aditivo como glitter, mica ou até TPU para um acabamento sedoso.
Alguns fabricantes, como ProtoPasta, criam seu próprio masterbatch internamente, usando pigmentos em pó e aditivos que são cuidadosamente misturados em lotes menores. Essa técnica permite que eles lancem rapidamente novas cores ou ofereçam workshops internos onde os clientes podem fazer seus próprios pequenos lotes de cor personalizada.
A foto abaixo mostra como os pellets brutos são misturados por máquina com pigmento masterbatch para fazer o Jessie Golden Winner PLA. Randolph disse que a vantagem de usar pellets de masterbatch é a facilidade de limpeza quando a linha troca de cor. Com apenas três máquinas para fazer mais de 35 cores em PLA e PETG, há muita limpeza acontecendo. O Prusament é tratado de maneira semelhante.
A mistura de pellets é alimentada em um extrusor aquecido com um longo parafuso que mistura os materiais enquanto eles são derretidos. Randolph disse que este é o mesmo tipo de extrusor que alimentaria uma máquina de moldagem por injeção usada por outros fabricantes de plásticos. O parafuso está dentro de um longo tubo de metal com seis seções aquecidas para aquecer gradualmente o material à temperatura necessária enquanto é empurrado para o bico.
O filamento tem 3mm de largura após sair do bico. Ele entra imediatamente em um de três longos e finos tanques de água – um quente, um morno e o último frio, para resfriar o filamento e definir sua forma. Randolph explicou que o banho de água também suporta o filamento para que ele mantenha uma forma suave e uniforme. Quando o filamento chega ao final do banho de 40 pés, ele foi gentilmente esticado até seu diâmetro final de 1,75 mm.
Após o banho de água, o filamento passa por um par de lasers para verificar o tamanho e a forma do fio. A linha Jessie produz uma forma oval com diâmetro de 1,75 mm e tolerância de -0,02 mm em dois eixos, o mesmo que a linha Prusament. Essas medições são críticas, pois desviar até 1,8 mm de diâmetro pode travar o hotend da sua impressora 3D.
Em seguida, o filamento passa por um buffer, que absorve a folga enquanto as bobinas são carregadas e descarregadas no final da linha pelo operador. A linha nunca para de se mover durante a produção.
Finalmente, o filamento é coletado em uma bobina de 1KG, depois embalado para o cliente. Leva menos de 5 minutos para fazer uma bobina, o que é bastante incrível.
Randolph disse que seu objetivo é criar o melhor filamento acessível, feito nos EUA, possível. A bobina é uma forma de manter os preços baixos – em vez de encomendar bobinas personalizadas, ele compra bobinas de fio de solda menos caras feitas por uma empresa em Ohio. Outra medida de economia de custos é a embalagem mínima. Como o filamento Jessie é vendido apenas diretamente da fábrica, ele é armazenado em sacos selados a vácuo e depois enviado em uma caixa de papelão simples.
O Prusament tem um passo extra de acabamento. Onde o filamento Jessie recebe um simples adesivo, as bobinas Prusament são colocadas em um laser para gravar o nome do filamento e também fornecer rastreamento via código QR. Este código fornece ao usuário dados da linha de filamento enquanto essa bobina estava sendo feita. Uma vez rotulada, a bobina é selada e embalada.
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Fonte: Tom’s Hardware
