Grupo Haenssler - Benefícios do filamento Kimya ABS-ESD com o sistema de filamento aberto, da Ultimaker
No Verão de 2020, o Grupo Haenssler - uma empresa alemã que
desenvolve e produz soluções de vedação únicas e peças
complexas a partir de plásticos e elastómeros de alta
qualidade - começou a conceber e a produzir uma peça para um
dos seus clientes. Este cliente procurava um selante com
propriedades anti-eletrostáticas que pudesse fornecer
proteção térmica entre dois componentes de uma
máquina.
Esta peça tinha de ser composta por dois componentes
separados que pudessem ser facilmente removidos e remontados
durante o ciclo de vida da máquina. Para além disso, o
cliente necessitava de 300 destas peças para integração numa
linha de produção existente. A produção deveria ser feita
duas vezes por ano, em pequenos lotes de 150 cada, tudo isto
cumprindo um calendário de entrega preciso.
Com isto em mente - e porque os seus filamentos são
compatíveis com a impressora 3D Ultimaker S5 do Grupo
Haenssler - o Grupo Haenssler associou-se ao fabricante de
material de impressão 3D Kimya.


Impulsão com o filamento Kimya
ABS-ESD
O filamento Kimya ABS-ESD é um material de engenharia que provou
preencher os requisitos necessários, sendo ao mesmo tempo
processável em impressoras de secretária, tais como a Ultimaker
S5.
A matriz de ABS na qual o filamento se baseia garante
resistência adequada ao impacto (Charpy, 10,9 KJ/m²) e ao calor
(até 90 °C), em combinação com o típico módulo de tensão de ABS
puro e valor de resistência.
Os enchimentos e a tecnologia de composição patenteada do Kimya
ABS-ESD permitem que o desempenho da ESD estabilize cerca de
10^6 ohm/sp valor nominal durante os 11 meses seguintes à
composição. Adicionalmente, para garantir que o mesmo desempenho
ESD é preservado na gama de 106-109 ohm/m² para cada lote de
produção, a resistividade superficial é avaliada (norma ASTM 527
em amostra impressa 3D) antes de cada comercialização de
lote.
Curiosamente, o diâmetro do filamento também é conhecido por ter
um efeito notável na reprodutibilidade do comportamento ESD. A
dispersão estreita de 2,84 mm ± 0,0062 mm (intervalo de
confiança de 99,999936%) no diâmetro do filamento do Kimya
ABS-ESD permite volumes de extrusão sem falhas e empilhamento de
camadas em altura, antes da solidificação por fusão.
Portanto, o controlo sobre o diâmetro do filamento é ainda mais
importante quando se processa material ESD, uma vez que a
topologia irregular da superfície e os efeitos de sub-extrusão
podem minar de forma muito eficiente e homogénea o transporte de
cargas em toda a superfície da peça impressa em 3D.


Um perfil de impressão por medida
O filamento ABS-ESD de Kimya, decidiu o Grupo Haenssler, também
cumpriu dois critérios essenciais: resistência
anti-eletrostática (ESD), bem como resistência à temperatura até
90°C. Outro benefício foi o peso do filamento. Com apenas 2,2 kg
por bobina, o Grupo Haenssler conseguiu transportar e manusear o
material de forma mais eficiente, poupando à empresa tanto tempo
como dinheiro.
Com o material certo em mãos, o Grupo Haenssler iniciou a fase
de conceção da peça, optimizando as suas propriedades isolantes
através da incorporação de um vácuo interno. No entanto, ao
imprimir, o Grupo Haenssler observou várias imperfeições devido
a marcas de delaminação e defeitos de fluxo, que por vezes
ocorrem ao imprimir peças de grande formato com geometrias
complexas. O Grupo Haenssler notificou a Kimya, solicitando uma
análise do problema - bem como uma proposta de solução - que
veio sob a forma de um perfil de impressão por medida.
"Quando encontramos defeitos de impressão, a Kimya reagiu
rapidamente para estabelecer um perfil de impressão capaz de
fornecer o nível de qualidade exigido. Conseguimos, portanto,
produzir as peças dentro do prazo estipulado", disse Dirk
Olbert, Engenheiro 3D do Grupo Haenssler.
A utilização do perfil de impressão do material permitiu ao
Grupo Haenssler validar mais rapidamente as propriedades da peça
final - um benefício global que permite à empresa adaptar-se
prontamente às exigências do mercado em constante mudança.
Também dá destaque à impressão 3D - mostrando que a tecnologia
oferecida pelas impressoras 3D acessíveis e fiáveis, em
combinação com materiais de alta qualidade e validados por
hardware, pode aumentar a produtividade e reduzir o
time-to-market do produto (ou serviço).

Um plano para
digitalizar
O desempenho em segurança ESD é altamente
influenciado pela presença de defeitos de
superfície, que inevitavelmente alterariam a
dissipação de cargas. Isto significa que as partes
do Grupo Haenssler devem ser reprodutíveis tanto
para o comportamento ESD como para a precisão
dimensional, para além de satisfazerem os requisitos
visuais e de integridade.
Das 300 unidades produzidas anualmente pelo Grupo
Haenssler, um grupo de 10 exemplares impressos em
múltiplas impressoras Ultimaker S5 3D foi
selecionado para ser submetido a uma análise
dimensional manual, através de um paquímetro, das
características mais representativas.
Os gráficos abaixo mostram uma variação mínima (abaixo de ± 0,2 mm) em relação às dimensões alvo A,B,C,E,F e uma variação previsível de -0,3 mm em relação ao alvo de 8 mm para a dimensão D. Em geral, todas as amostras relataram um bom nível de precisão e reprodutibilidade lote-a-lote, como demonstrado pelas variações negligenciáveis em todas as dimensões testadas entre as diferentes amostras.
Para avaliar completamente a qualidade da superfície
de todo o objeto impresso, os engenheiros do Grupo
Haenssler realizaram uma análise de digitalização 3D
de alta resolução num número selecionado de peças
impressas, utilizando um scanner GOM Atos Core
3D.
O scanner gerou um mapa a cores mostrando os desvios
relativos entre o modelo CAD ideal e a peça
realmente digitalizada. Em seguida, gerou um filtro
passa/não passa para precisão dimensional, com um
limiar de 0,3 mm. Áreas marcadas a vermelho no mapa,
espalhadas aleatoriamente ao longo da direção Z da
área cilíndrica, originadas por resíduos
sub-milimétricos (desvios de mais de 0,3 mm). Este
resíduo foi eliminado com um mínimo e simples
pós-processamento utilizando lixa P240, e
suficientemente removidos defeitos superficiais e
eliminados potenciais pontos de acumulação de cargas
elétricas.


Poder do parceiro
Conforme estabelecido pela topografia e análise
dimensional, a processabilidade do Kimya ABS-ESD
numa impressora Ultimaker S5 - em combinação com o
seu comportamento ESD controlado - permitiu ao Grupo
Haenssler validar a impressão 3D como técnica de
fabrico para produzir lotes de volumes médios de
componentes isoladores. Juntos, Kimya, Grupo
Haenssler, e Ultimaker - através das suas
impressoras 3D precisas e sistema de filamento
aberto - foram capazes de desenvolver uma solução
sob medida para uma procura altamente específica do
cliente. Além disso, o Grupo Haenssler relatou uma
redução de 60-80% no desperdício de material em
custos por peça, quando comparado com a fresagem
tradicional.
O projeto também pôde ser concluído num período de
tempo relativamente curto - permitindo ao cliente
continuar a produção sem interrupção.
"A nossa parceria com a Kimya tem sido altamente
benéfica", disse Adrian Heinrich, Diretor de
Marketing do Grupo Haenssler. "A equipa da Kimya tem
demonstrado a sua fiabilidade e perícia,
especialmente dada a natureza altamente desafiante
do projeto. Estamos certos de que iremos colaborar
mais no futuro, utilizando os seus filamentos 3D
para outros projetos".