Filamentos antichamas e suas aplicações Deixe um comentário

Filamento é o nome dado aos fios de plástico utilizados para a impressão 3D. Sem dúvidas, existe uma enorme variedade de filamentos que podem ser usados para a execução do seu projeto. Contudo, a maioria dos filamentos para impressão 3D são considerados materiais inflamáveis devido a sua composição química. Tendo isto em vista, surgem diversas dúvidas de qual filamento usar para peças que necessitam de resistência a fogo, por isso, separamos aqui as especificações do filamento antichamas (ou também conhecido como filamento retardante de fogo), que é um tipo específico de ABS. Mostraremos em quais situações ele se demonstra ideal para uso, as configurações que você deve aplicar em sua impressora e a média de preços no mercado. 

Nossa equipe faz um uso constante desse material em nosso projeto, portanto explicaremos as suas aplicabilidades no contexto de um carro de tipo fórmula, e para você estar pronto para usá-lo daremos sugestões práticas do que você pode fazer. 

O objetivo desse artigo é sanar todas as possíveis dúvidas sobre esse material tão usual. Sabemos que suas propriedades não são as mais procuradas olhando para um contexto geral na impressão 3D, contudo salientamos que o ABS UL94 pode ser uma opção melhor em diversos casos.

Filamentos antichamas e suas aplicações
Filamentos antichamas e suas aplicações

Em que tipos de projetos ele é indicado? 

O ABS é um filamento extraído do petróleo e é formado pelos seguintes compostos químicos: acrilonitrila, butadieno e estireno. Dependendo da proporção de cada composto que é acrescentado na fórmula, é possível alterar as diversas propriedades que o ABS possui. Uma das principais características desse material é a sua resistência (vinda da borracha de polibutadiena) e dureza (vindo da acrilonitrila e do estireno) 

Cada tipo de filamento é apropriado para diferentes circunstâncias, e apesar de ser um ABS (acrylonitrile butadiene styrene, em inglês), ele possui uma diferença crucial, que é uma prova de sua confiabilidade, a certificação UL94. 

O uso desse ABS é indicado especialmente em protótipos funcionais que precisam de alta resistência física a impactos, ele é mais usual principalmente nos setores de produtos elétricos, automobilísticos e de aviação por possuir propriedades antichamas, ou seja, não propaga o fogo. 

 

O que é essa certificação UL94? 

Essa sigla remete a uma organização fundada em 1894, chamada Underwrites Laboratories, especializada na certificação de produtos por meio da padronização dos níveis de inflamabilidade de diversos materiais plásticos. Os resultados obtidos são fundamentados em testes realizados nos produtos e com base na análise de dados. 

Sua classificação UL 94 é a V2, onde realiza-se o teste de combustão vertical, em que o material precisa auto extinguir o fogo em uma média de 25 segundos após a aplicação do queimador, onde não deve passar de 30 segundos e não deve continuar incandescente depois de 60 segundos da remoção do aplicador. Caso alguma dessas situações aconteça, o material é reprovado. 

Sem dúvidas, o filamento antichamas possuir uma certificação UL94 aumenta ainda mais o interesse do consumidor em utilizá-lo em seus projetos. Afinal, o grande reconhecimento desse selo de garantia é inquestionável. 

Tabela 1: critérios para a classificação de materiais com certificação UL94.

Critérios  V0  V1  V2 
Tempo máximo de queima de cada corpo de prova (t1 ou t2)  10s 30s  30s
Tempo total de queimado conjunto de 5 corpos de provas (t1 + t2) 5/0s  250s 250s 
Tempo da segunda queima de cada corpo de prova mais incandescência (t2 + t3) 30s  60s 60s 
Queima do algodão por gotejamento ou fagulhas emitidas  Não Não  Sim

 

Quais as faixas de temperatura que devo usar? 

Um ponto essencial a ser estabelecido são as temperaturas que serão usadas nas diferentes partes da impressora 3D, por exemplo a da mesa e do bico, pois se não forem as ideais a peça irá quebrar, fora que teremos um gasto de material desnecessário. 

As recomendações de temperatura que devem ser utilizadas variam de fabricante para fabricante, porém a média de valores estabelecida é aproximadamente de 215° C – 240° C para a impressão 3D, com a mesa aquecida entre 90° C – 100° C, a temperatura de transição vítrea é em torno de 80° C – 90° C, o bico deve ser aquecido em no mínimo 230° C e até 250° C. Porém, salientamos a importância de levar em consideração as especificações fornecidas pelo fabricante do seu filamento. 

Qual a velocidade em que devo fazer a impressão 3D? 

Apesar de ser vista como um método de produção rápida, a impressão 3D leva algumas horas para terminar seu processo de fabricação. Tentar acelerar o processo de impressão pode prejudicar a peça, quebrando ou ocasionando rachaduras, por isso precisamos estabelecer uma faixa ideal para a configuração de velocidade do nosso filamento antichamas. Sendo assim, recomendamos que configure sua impressora 3D para a faixa de velocidade de 40 – 70 mm /s. 

Quanto irei pagar no filamento antichamas? 

Por ser relativamente novo e não possuir uma grande variedade no mercado, o custo dele não costuma variar muito e, no presente momento, pode-se encontrar o rolo desse material na faixa de valores de R$ 140,00 até R$ 170,00. Tendo em vista as propriedades apresentadas e a ótima garantia que ele possui, é nítido que o filamento possui um ótimo custo-benefício. 

Uso desse ABS na equipe Cheetah-E Racing 

Nossa equipe realiza a construção e montagem de um protótipo elétrico desenvolvido para competição da fórmula S-A-E. Levando isto em consideração, a parte elétrica é fundamental para o bom funcionamento e performance do nosso projeto. Possuímos diversas placas eletrônicas que precisam ficar dispostas em diferentes partes do carro, por exemplo a nossa TSAL LED que precisa ficar no ponto mais alto com uma boa visibilidade. 

Para respeitarmos as regras presentes no regulamento da competição, desenvolvemos cases para protegermos e fixarmos nossos componentes. Temos no total cinco cases fabricadas via impressão 3D, o HandGrip do volante, mas, sem dúvidas, o uso desse ABS se destaca na fabricação das cases dos nossos stacks de bateria. 

O principal objetivo do CE-22 (nosso atual protótipo de fórmula S-A-E) é o aumento de confiabilidade, sendo assim, foi preciso repensar o uso da case de aramida utilizada no CE-19, pois a aramida apresenta alta rigidez, sendo necessária uma adaptação muito grande da disposição interna dos dispositivos como um todo para a aplicação desse material. Ademais, o fato de a aramida ter uma disposição vertical para o contêiner do CE-19 aplicava uma alta pressão, tendo em vista a menor área de contato, podendo ocasionar em vazamento de eletrólito das células. Sendo assim, decidimos utilizar filamento de impressão 3D para a case dos stacks, tendo em vista a maior adaptabilidade de formato que o material fornece, permitindo uma maior liberdade no momento de posicionar os componentes e foi possível posicionar as células horizontalmente para aumentar a área de contato e diminuir a pressão aplicada sobre elas. O motivo principal para a escolha do ABS foi, além de certa facilidade de se encontrar no mercado, o fato de dentre os filamentos que estavam sendo cogitados pela equipe, ser o que possui uma energia média de impacto de 70.49 J/m. Tal dado foi retirado de literatura especializada, onde foi realizado um ensaio de stress mecânico sobre diversos tipos de filamentos que estavam dentro das normas ASTM D790, ASTM D638 e ASTM D256. 

Tabela 2: relação entre o material analisado e a energia média de impacto, realizado em nosso estudo 

Material Energias Médias de Impacto (J/m) 
PLA com cobre  32,10 
PLA com alumínio  25,79 
PLA com bronze  26,93 
PLA com fibra de carbono  34,06 
ABS condutivo  70,49 
PETG  25,81 

 

Sugestões de projetos usando este filamento 

Para que você possa colocar em prática o que foi mostrado nesse artigo, nós preparamos algumas sugestões da aplicação do ABS UL94. Optamos por listar peças de impressão em que faça mais sentido utilizar esse filamento específico do que um PLA ou até mesmo um outro tipo de ABS que não possua a certificação antichamas. 

  1. Compartimento para armazenamento de pilhas: como é de conhecimento geral, o material químico existente no interior das pilhas pode entrar em combustão devido fatores internos ou externos, contudo se elas estiverem armazenadas em um local feito por este filamento a propagação das chamas será menor, diminuindo assim o risco de um incêndio. 
  2. Luminária com fita de led: atualmente muitas pessoas estão seguindo o modelo “faça você mesmo”, por isso colocamos essa sugestão na lista, utilizando materiais do dia a dia, como tesouras, fitas e colas, você pode criar sua própria luminária, usando o filamento como matéria prima do suporte em que irá colocar a fita de led, afinal a luminária será conectada à rede elétrica, algo que sempre possui o risco de sofrer falhas.  

 


Esse post é resultado da parceria da FilipeFlop com a Cheetah E-Racing. Você pode conferir mais conteúdos feitos pela Cheetah no seguinte link.

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