Este guia ajuda os engenheiros de compras e as equipes de produto a combinar as propriedades dos materiais com o desempenho real das peças.
Antes de comparar as fichas técnicas dos materiais, primeiro esclareça quais condições de trabalho a peça enfrentará no uso real. Todas as escolhas de materiais subsequentes são determinadas por estas condições.
Cada parte funcional suporta um ou mais tipos de carga mecânica. O primeiro passo é identificar o tipo de carga:
A carga mecânica é apenas um aspecto da seleção do material. O ambiente em que a peça se encontra afeta diretamente por quanto tempo essas propriedades mecânicas podem ser mantidas.
Antes de selecionar os materiais, primeiro esclareça as seguintes questões:
O indicador de desempenho mais comumente observado na seleção de materiais é a resistência. Reflete quanto estresse mecânico uma peça pode suportar antes de se deformar ou quebrar.
A resistência à tração mede a maior quantidade de força de tração que um material pode suportar antes de quebrar. No caso de componentes mecânicos como suportes, braçadeiras e acessórios, a resistência à tração determinará se o componente mantém sua forma em uso ou se deforma.
Quando a resistência à tração é menor do que a necessária para uma aplicação, vários modos de falha especificados se manifestarão, incluindo deformação permanente durante o serviço, formação de trincas em áreas com alta concentração de tensão ou ocorrência de quebra durante a instalação. Portanto, antes que o componente seja capaz de transferir qualquer carga estática direta ou indireta, deve-se verificar a resistência à tração.
Muitos compradores concentram-se apenas na resistência à tração. Mas uma peça pode ser forte o suficiente para suportar a carga, mas não funcionar corretamente porque se deforma demais.
O módulo de Young, também chamado de módulo de elasticidade, mede o quanto um material resiste à deformação sob carga. É rigidez. Peças como acessórios de precisão, componentes de posicionamento, coberturas de equipamentos e estruturas de montagem precisam de rigidez suficiente para manter a sua forma durante a operação.
A resistência determina se uma peça quebra. A rigidez determina se uma peça dobra ou flexiona além do intervalo permitido. Ambos precisam ser avaliados em conjunto na seleção dos materiais.
As peças impressas em 3D são construídas camada por camada. A ligação entre as camadas é geralmente mais fraca do que o próprio material de uma única camada. Portanto, as propriedades mecânicas têm diferenças direcionais.
A mesma geometria impressa horizontalmente e impressa na lateral pode ter um desempenho muito diferente. A orientação da camada, a direção de construção e a ligação entre camadas afetam a resistência e a rigidez finais da peça impressa.
Os valores em uma ficha técnica de material são resultados sob condições de teste ideais. O desempenho da peça impressa real é determinado pela orientação de posicionamento, método de impressão e pós-processamento.
A tenacidade mede quanta energia um material pode absorver antes de quebrar. Ele determina se uma peça quebrará sob impacto, quedas ou choques repentinos.
Um material pode ter alta resistência à tração, mas ainda assim quebrar sob o impacto. Quando a resistência é alta, mas a tenacidade é baixa, a peça funciona bem sob carga constante, mas pode rachar ou quebrar facilmente quando uma força repentina é aplicada.
Assim como o vidro tem uma resistência à compressão decente, mas quebra facilmente com o impacto. As peças impressas em 3D são iguais. Alguns polímeros duros e fortes podem quebrar diretamente em testes de queda, manuseio brusco ou montagem forçada.
Se a sua aplicação envolver qualquer uma das seguintes situações, a tenacidade é a principal base para a seleção do material:
Materiais com resistência moderada e boa tenacidade são mais adequados do que materiais com alta resistência, mas com comportamento frágil.
Se uma peça cair, bater, encaixar ou ser repetidamente montada e desmontada, a resistência à tração por si só não pode prever sua vida útil. Ao selecionar materiais, você também deve considerar a resistência ao impacto, o alongamento na ruptura e o modo de falha (frágil ou dúctil). Um material que cede e se deforma apresentará sinais antes de falhar. Um material quebradiço quebrará repentinamente.
O impacto da temperatura no desempenho das peças impressas em 3D é frequentemente subestimado. Um material pode testar bem à temperatura ambiente, mas à temperatura real de trabalho pode amolecer, deformar ou até mesmo perder completamente a sua capacidade de suporte de carga.
As folhas de dados que dizem “pode suportar até 100°C” têm valor de referência limitado. Você precisa observar vários indicadores separadamente:
Peças próximas a motores, instaladas em gabinetes elétricos ou expostas ao calor do processo devem manter o desempenho mecânico na temperatura de trabalho por um longo prazo. Você não pode simplesmente verificar se eles sobrevivem a um pico curto.
Quando a temperatura aumenta, a maioria dos polímeros perde resistência, rigidez e estabilidade dimensional. A peça pode não derreter ou degradar-se visivelmente, mas pode amolecer, flexionar sob carga, perder força de fixação ou sair do alinhamento.
O comportamento de falha das peças em alta temperatura é diferente daquele em temperatura ambiente. As peças não racham nem quebram. Em vez disso, eles lentamente rastejam, deformam ou se soltam. Esse tipo de falha é mais difícil de perceber, mas pode ser efetivamente evitada com a escolha do material certo.
Ao avaliar materiais para aplicações de alta temperatura, a temperatura de uso contínuo e a temperatura de deflexão térmica são referências mais úteis do que o ponto de fusão ou valores de pico de curto prazo. Ao selecionar materiais, você deve se concentrar em quanto de sua resistência e rigidez à temperatura ambiente o material retém na temperatura de trabalho. Esta percentagem é muito mais prática do que um único valor de temperatura máxima.
As peças que entram em contato com produtos químicos, agentes de limpeza ou fluidos industriais precisam de materiais que permaneçam quimicamente estáveis durante o uso a longo prazo e que não sofram erosão.
Primeiro liste todas as substâncias com as quais a peça entrará em contato:
A compatibilidade química não pode ser generalizada. Um material que resiste bem ao óleo mineral ainda pode inchar ou rachar ao tocar um solvente específico. Concentração, temperatura e tempo de exposição afetam o desempenho real.
A degradação química pode não apresentar fissuras óbvias no início. Muitos polímeros absorvem gradualmente produtos químicos corrosivos e então aparecem as seguintes alterações:
Essas mudanças costumam ser difíceis de perceber nos estágios iniciais. A peça pode parecer completamente normal durante a inspeção visual, mas o material interno já está danificado.
O contato químico na vida real muitas vezes não é um evento único. Uma peça pode entrar em contato com um produto químico durante a operação, depois ser limpa com outro agente de limpeza e depois seca, e isso se repete todos os dias.
Este ciclo de “contato, limpeza, secagem” às vezes pode causar mais danos do que uma única imersão longa. Ao explicar os requisitos de resistência química, informe ao fornecedor o ciclo completo, incluindo o produto químico principal, agente de limpeza, meio de enxágue e frequência do ciclo.
Alguns polímeros de engenharia absorvem a umidade do ar. Com o tempo, as dimensões e as propriedades mecânicas da peça mudarão.
A absorção de umidade reduz a resistência e rigidez do material, tornando-o mais flexível. Também altera a condição da superfície e aumenta o peso. Materiais como o náilon (PA) mudam muito após a absorção de umidade. A mesma peça pode apresentar diferenças claras no comportamento mecânico entre uma peça impressa seca e outra que absorveu umidade.
Para gabinetes de precisão, peças correspondentes, montagens de encaixe rápido e peças com tolerâncias restritas, as alterações dimensionais causadas pela absorção de umidade costumam ser mais problemáticas do que as alterações nas propriedades mecânicas.
Uma peça pode encaixar bem logo após a impressão, mas depois de permanecer em um ambiente úmido por algum tempo, ela pode ficar muito apertada ou muito solta. Se o ajuste precisar permanecer estável a longo prazo, a absorção de umidade deverá ser incluída na avaliação do material.
O efeito da umidade começa na fase de armazenamento do material. Ele continua através da impressão, pós-processamento, armazenamento de peças, envio e instalação final.
A forma como a matéria-prima é armazenada, se ela é seca antes da impressão e as condições de embalagem e envio das peças acabadas afetam o desempenho final dos materiais sensíveis à umidade. Para materiais sensíveis à umidade, você deve esclarecer os requisitos de manuseio e armazenamento com o fornecedor.
As aplicações críticas ao desgaste incluem buchas, guias, rolos, componentes deslizantes e mecanismos móveis de baixa carga. Nessas peças, o atrito entre as superfícies remove gradualmente o material, altera as folgas e, eventualmente, causa falha funcional.
A taxa de desgaste depende da pressão de contato, da velocidade de deslizamento, da rugosidade da superfície e da presença de lubrificação.
Nem todas as peças móveis requerem resistência máxima ao desgaste. Uma guia de movimento lento sob carga leve tem necessidades de material muito diferentes de uma bucha de alta velocidade sob pressão constante.
Avalie estes fatores antes de escolher um material resistente ao desgaste:
Especificar excessivamente a resistência ao desgaste agrega custos sem agregar valor. Combine o material com a tarefa real.
Em peças impressas em 3D, as linhas de camada e a rugosidade da superfície podem aumentar o atrito inicial e acelerar o desgaste inicial. Etapas de pós-processamento, como polimento, jateamento ou alisamento químico, podem reduzir a rugosidade da superfície e melhorar o comportamento ao desgaste.
Se a sua aplicação envolver contato deslizante, discuta os requisitos de acabamento superficial com seu fornecedor durante a fase de cotação.
Uma peça que suporta uma única carga pesada sem problemas ainda pode falhar após milhares de ciclos de carga mais leves. A fadiga é uma das principais causas de falhas inesperadas em componentes mecânicos.
A falha por fadiga ocorre quando o carregamento repetido cria gradualmente danos microscópicos que se transformam em uma rachadura visível e, eventualmente, causam fratura. A carga individual em cada ciclo pode estar bem abaixo da resistência à tração nominal do material.
Isso é importante para dobradiças, suportes, componentes de montagem, mecanismos com movimentos repetidos e qualquer peça de uma máquina que funcione regularmente.
O processo de fadiga segue um padrão consistente: cargas repetidas criam microdanos em concentrações de tensão, microdanos se acumulam em uma trinca, a trinca cresce a cada ciclo e a peça eventualmente fratura.
Ao contrário de uma falha por sobrecarga estática, a falha por fadiga pode ocorrer em níveis de tensão muito abaixo do limite de escoamento do material. Recursos de design como cantos vivos, seções finas e furos aceleram o processo.
As fichas técnicas de materiais raramente incluem dados detalhados de fadiga para peças impressas em 3D. Se a sua peça for um componente crítico sujeito a carregamento cíclico, confie em testes físicos em vez de extrapolação de planilha de dados.
Defina o teste com base no seu ciclo de trabalho real: magnitude da carga, frequência de carga, número de ciclos esperados e temperatura operacional. Um breve teste de validação em peças de protótipo pode evitar falhas dispendiosas em campo.
O desempenho não se trata apenas de uma peça quebrar. Para muitas aplicações, uma peça que permanece intacta, mas sai da tolerância, é igualmente um fracasso.
Todas as peças impressas em 3D apresentam algum grau de encolhimento durante e após a impressão. Além disso, a expansão térmica em serviço pode alterar as dimensões à medida que as temperaturas operacionais flutuam.
Para peças correspondentes, alojamentos, acessórios e montagens de precisão, essas mudanças dimensionais afetam diretamente o ajuste e a função.
Uma peça pode ser montada perfeitamente na bancada e depois sair das especificações após exposição a um ambiente operacional úmido ou de alta temperatura. Isto é especialmente relevante para montagens onde duas ou mais peças combinam com folgas estreitas.
Se suas peças operam em ambientes onde a temperatura ou a umidade variam significativamente, considere possíveis alterações dimensionais em seu projeto de tolerância.
Solicitar a tolerância mais rigorosa possível em cada recurso acrescenta custos e muitas vezes não é necessário. Uma abordagem mais eficaz é definir tolerâncias com base em:
Trabalhe com seu fornecedor para definir valores de tolerância que reflitam as necessidades reais de desempenho, em vez de metas de precisão arbitrárias.
Na Xunjie, ajudamos os compradores a ir além dos nomes genéricos de materiais e entrar na seleção de materiais específicos para aplicações. Nossa equipe de engenharia analisa a geometria da peça, as condições operacionais e os requisitos de desempenho para recomendar o material, o processo de impressão e o pós-processamento corretos para sua aplicação. Se você precisa de protótipos funcionais, peças de produção de uso final ou ferramentas de baixo volume, entregamos peças impressas em 3D construídas para desempenho no mundo real. Entre em contato conosco para discutir seu próximo projeto.
1、Posso usar o mesmo material de impressão 3D para aplicações internas e externas?
Os ambientes internos e externos impõem demandas muito diferentes. As peças externas enfrentam degradação UV, variações mais amplas de temperatura e exposição à umidade que podem reduzir significativamente as propriedades mecânicas ao longo do tempo. Um material com bom desempenho em ambientes internos pode tornar-se calcário, quebradiço ou perder resistência após meses de uso externo. Sempre especifique o ambiente de uso final para que seu fornecedor possa recomendar opções estáveis aos raios UV ou resistentes às intempéries.
2、Como a espessura da parede afeta o desempenho mecânico de uma peça impressa em 3D?
Paredes finas amplificam a influência das fraquezas da colagem das camadas e tornam as peças mais sensíveis ao impacto e às cargas de flexão. O aumento da espessura da parede melhora a capacidade de suporte de carga, mas além de um certo ponto acrescenta peso e custo sem ganhos proporcionais de resistência. A espessura ideal da parede depende do material, do processo de impressão e das cargas específicas que a peça deve suportar.
3、As peças impressas em 3D apresentam desempenho diferente logo após a impressão em comparação com semanas depois?
Sim. Muitas peças de polímero sofrem alterações pós-impressão à medida que as tensões residuais relaxam e a umidade é absorvida do ambiente. As peças de náilon, por exemplo, ganham resistência, mas perdem rigidez à medida que absorvem umidade ao longo de dias ou semanas. Se a sua aplicação exigir propriedades estáveis desde o primeiro dia, discuta as opções de condicionamento e embalagem com seu fornecedor.
4、Devo solicitar relatórios de teste para peças críticas impressas em 3D?
Para peças de suporte de carga ou relevantes para a segurança, solicitar dados de testes mecânicos em amostras impressas reais é uma boa prática. As folhas de dados de materiais padrão refletem o desempenho da barra de teste, que pode diferir do desempenho da sua peça devido à geometria, orientação de impressão e parâmetros do processo. Testar amostras impressas em condições representativas fornece dados de desempenho mais confiáveis.
5、Como decido entre um material mais forte e um mais resistente?
A decisão depende de como a peça falha na sua aplicação. Se o risco primário for deformação ou quebra sob carga constante, priorize a resistência e a rigidez. Se a peça sofrer quedas, impactos ou montagem instantânea, priorize a resistência e o alongamento. Em muitas aplicações funcionais, um material balanceado que oferece resistência moderada com boa tenacidade proporciona melhor confiabilidade geral do que um extremo em qualquer extremidade.
Enviar e-mail para este fornecedor
Privacy statement: Your privacy is very important to Us. Our company promises not to disclose your personal information to any external company with out your explicit permission.
Fill in more information so that we can get in touch with you faster
Privacy statement: Your privacy is very important to Us. Our company promises not to disclose your personal information to any external company with out your explicit permission.
