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Jan 05, 2024

O poder transformador das inovações em materiais aditivos

A ascensão lenta, mas constante, da manufatura aditiva (AM) no mainstream

A ascensão lenta, mas constante, da manufatura aditiva (AM) em ambientes de produção convencionais está mudando a forma como produtos de todos os tipos são projetados, fabricados e entregues. A evolução de materiais avançados está elevando ainda mais a indústria ao capacitar peças e produtos de uso final com propriedades físicas aprimoradas para maior utilização a custos mais baixos, bem como entrega mais rápida e menos desperdício.

De acordo com a empresa de pesquisa SmarTech Analysis, prevê-se que as tecnologias AM de polímero se movam para uma infinidade de indústrias na próxima década, com a produção de impressão crescendo para quase US$ 26 bilhões anualmente até 2030. Ao compilar a pesquisa, o observador da indústria olhou para peças de polímero AM abrangendo protótipos , ferramentas e ferramentas, bem como peças de produção de uso final em oito segmentos da indústria, incluindo automotivo, aeroespacial, bens de consumo, energia e médico.

Em particular, a ciência dos polímeros envolvida no desenvolvimento de materiais aditivos para impressão 3D é inerentemente mais complicada do que a ciência usada para produzir materiais para fabricação tradicional. Além disso, as plataformas de impressão 3D de hoje muitas vezes carecem dos rigorosos controles de processo encontrados em CNC e moldagem por injeção, o que adiciona outra camada de dificuldade.

Rastrear a trajetória de materiais aditivos está intimamente ligado a processos emergentes para extrair maior valor de combinações de polímeros existentes e novas. Uma visão holística de ambos é fundamental para fechar as lacunas do mercado e, ao mesmo tempo, introduzir novas inovações de fabricação.

À medida que a adoção de AM acelera, também aumenta a demanda por materiais novos e aprimorados, bem como casos de uso comprovados e validações de desempenho. Uma das maiores restrições atualmente é a necessidade de aumentar a disponibilidade de materiais de melhor desempenho. As empresas que priorizam a ciência dos polímeros estarão entre as primeiras a revolucionar o mercado, elevando as resinas de commodities com atributos de valor agregado para melhorar a usabilidade para uma faixa maior de aplicações.

Entre os materiais plásticos mais usados, estão ocorrendo desenvolvimentos contínuos com materiais poliamidas (conhecidos como nylons), termoplásticos ABS (acrilonitrila butadieno estireno), PLA (ácido polilático) e PC (policarbonato). Cada um deles tem vantagens e desvantagens distintas em termos de propriedades do polímero, características de desempenho e capacidade de impressão.

Muitos, se não todos, dos materiais aditivos mais populares podem ser aprimorados por meio do refinamento de formulações de polímeros e processos de composição. Habilidades altamente especializadas em controlar a morfologia e a cristalização de partículas são necessárias, exigindo que químicos e cientistas criem e iterem novas fórmulas de materiais.

Por exemplo, o Nylon 6/6 é um dos nylons comerciais mais amplamente utilizados para moldagem por injeção. Como um polímero altamente cristalino, o Nylon 6/6 apresenta altas taxas de encolhimento, razão pela qual é normalmente usado para produzir peças relativamente pequenas. A capacidade de modificar a cinética de cristalização, no entanto, pode estender o uso desse material estável e comprovado para produzir fatores de forma maiores.

Da mesma forma, a capacidade de induzir cristalinidade em polímeros tipicamente amorfos, como o policarbonato, abre as portas para que esses materiais sejam produzidos usando Sinterização Seletiva a Laser (SLS), que é uma plataforma popular de impressão 3D na categoria de fusão em leito de pó . O resultado é a produção de um material de policarbonato amorfo que exibe a alta tenacidade e clareza de uma peça de policarbonato moldado por injeção em um fator de forma muito mais leve.

A cadeia de valor do polímero se estende da criação química à formulação, conversão de fator de forma, distribuição e método de fabricação, variando da impressão 3D à moldagem tradicional, extrusão, moagem ou revestimento em pó. A otimização de materiais aditivos para todos os tipos de fabricação não é tarefa fácil.

Por esse motivo, os cientistas de polímeros estão entrando em territórios desconhecidos para melhorar a resistência do material, ductilidade, durabilidade, resistência química e à umidade, peso e sustentabilidade, ao mesmo tempo em que reduzem os custos. Isso requer coordenação e calibração cuidadosas da química, engenharia de polímeros e processos de fabricação para modificar a arquitetura e o método de criação e formação de materiais.