tecnologia de impressão 3D é uma tecnologia de fabricação revolucionária que derruba os métodos tradicionais de fabricação. É uma tecnologia de fabricação revolucionária¨, também conhecida como “manufatura aditiva“. Este artigo aborda vários aspectos da Materiais de impressão 3D e pesquisa no desenvolvimento de materiais e tecnologias de impressão 3D.
Princípios da impressão 3D
Os princípios básicos da impressão 3D são: estratificação digital Laminação. Laminação física, onde primeiro é criado um modelo digital do objeto a ser impresso e A estratificação digital é realizada para obter um caminho ou trilha de processamento bidimensional para cada camada. Em seguida, um material adequado é selecionado e o processo correspondente é aplicado a cada camada. Em seguida, um material adequado e o processo correspondente são selecionados, e o objeto impresso é impresso camada por camada, conduzido pelo caminho digital bidimensional camada por camada mencionado acima. O objeto final é produzido cumulativamente.
Com sua alta flexibilidade de processamento e rápida resposta ao mercado, a tecnologia de impressão 3D está bem estabelecida nas áreas de modelagem industrial, embalagem, fabricação, arquitetura, arte, medicina, aviação, aeroespacial e filme.
Atualmente, existem cerca de 20 sistemas de processos diferentes no campo da impressão 3D, dos quais os seis processos mais típicos e maduros são Stereo Lithigraphy Apparatus (SLA), Laminated ObjectManufacturing (LOM), Fused Deposition Modeling, FDM, Selective Laser Sintering, SLS , Fusão Seletiva a Laser, SLM) e Impressão e Colagem Tridimensional, 3DP.
Embora os princípios desses seis processos de impressão 3D sejam os mesmos, suas respectivas características e aplicações específicas diferem devido aos diferentes materiais de impressão utilizados. Os materiais de impressão são atualmente um tema quente de pesquisa em impressão 3D. e é um gargalo no desenvolvimento e aplicação de processos de impressão 3D. O artigo também destaca que os materiais de impressão são um gargalo no desenvolvimento e aplicação de processos de impressão 3D.
Tecnologias e materiais de impressão 3D
SLA
O processo SLA foi patenteado nos EUA por Charles Hull em 1984 e comercializado pela 3D Systems, e agora é reconhecido como um dos métodos de impressão 3D mais bem pesquisados e usados mais antigos no mundo.
Os materiais atualmente disponíveis para este processo são principalmente resinas líquidas sensíveis à luz, ou seja, resinas fotossensíveis. Este tipo de material de resina fotossensível inclui principalmente zwitterion, diluente reativo e iniciador.
LOM
Michael Feygin introduziu o processo LOM em 1984, que geralmente é mais adequado que o SLA para a fabricação de peças grandes, especialmente para a indústria automotiva, e agora é usado com mais frequência pela impressão 3D chinesa no setor industrial.
O material de impressão no processo LOM envolve três aspectos, a saber, o material de camada fina, o aglutinante e o processo de revestimento. O material de camada fina pode ser dividido em papel, filme plástico, folha de metal, etc., atualmente principalmente papel barato; e o aglutinante é geralmente um adesivo de fusão a quente. A seleção do material do papel, a configuração do adesivo hot melt e o processo de revestimento são todos baseados na garantia da qualidade da peça final do protótipo, levando em consideração o custo.
FDM
O processo FDM é mais amplamente utilizado com o sistema de fabricação FDM desenvolvido pela empresa americana Stratasys.
Os materiais atualmente disponíveis para este processo são principalmente materiais de baixo ponto de fusão que são fáceis de fundir. O processo geral é que o material filamentoso é alimentado através dos rolos de alimentação para o rolo de alimentação. O processo geral é que o material filamentoso é aquecido na cavidade do bocal por um rolo de alimentação.
SLS
O processo SLS, também conhecido como processo Selected Area Laser Sintering, foi desenvolvido por Dechard na Universidade do Texas em Orting em 1989. Com base neste material, o sistema de processo Direct Metal Laser Sintering, DMLS também foi introduzido na mesma categoria do o processo SLS.
Em termos de forma, os materiais utilizados no processo SLS são vários tipos de pó, como pó de nylon, pó de vidro revestido de nylon, pó de policarbonato, pó de poliamida, pó de cera, pó de metal (muitas vezes sujeito a ressinterização e cobre após impressão), areia fina revestida com resina termoendurecível, pó cerâmico encerado e metal encerado
Em termos de materiais, o processo SLS não é apenas capaz de formar materiais de baixo ponto de fusão, como parafina e plásticos, mas também pode formar diretamente metais, incluindo aço inoxidável, e até materiais de alto ponto de fusão, como cerâmica. O processo SLS não é apenas capaz de formar materiais de baixo ponto de fusão, como parafina e plásticos, mas também metais, incluindo aço inoxidável e até materiais de alto ponto de fusão, como cerâmica. A capacidade de imprimir peças ou componentes de alta resistência e dureza a partir de materiais metálicos ou cerâmicos é uma das razões pelas quais o processo SLS está ganhando terreno na indústria. Esta é a principal razão pela qual o processo SLS está ganhando tanta atenção e tem as aplicações mais promissoras da indústria. A principal razão pela qual o processo SLS ganhou tanta atenção e tem as aplicações mais promissoras.
SLM
Em resposta às desvantagens acima do processo SLS, o Fraunholfer Institute na Alemanha Em 1995, o Fraunholfer Institute propôs a tecnologia SLM, que também usa o princípio discreto stack-plus. Este processo não tem apenas as vantagens do SLS, mas também possui uma alta densidade de metal formado e boas propriedades mecânicas. O processo não só tem as vantagens do SLS, mas também possui alta densidade de metal formado e boas propriedades mecânicas. Ele trouxe uma revolução na fabricação de peças metálicas complexas.
A gama de materiais SLM inclui ligas à base de ferro, ligas à base de níquel, ligas de alumínio e ligas de titânio.
As ligas à base de ferro têm um papel importante na engenharia e, portanto, o estudo da formação de ferro SLM de pós à base de Fe tem sido o mais amplamente e intensamente estudado.
3DP
A tecnologia e os equipamentos 3DP foram desenvolvidos pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT) nos EUA, utilizando principalmente materiais em pó, como pós cerâmicos, metálicos e plásticos, que são pulverizados através de um bico com adesivo para “imprimir” a seção transversal de a peça no material.
Esses pós são pulverizados com um bico que “imprime” a seção da peça no pó do material. O processo de impressão é semelhante à impressão colorida em papel e pode ser obtido configurando um fichário de três cores e um sistema de bocal para impressão tridimensional colorida. A impressão 3D de artefatos cerâmicos já encontrou muitas aplicações. Este processo é um dos processos de impressão 3D mais promissores após SLA, LOM, SLS e FDM, pois está sendo cada vez mais usado para construir estruturas de engenharia de tecidos biológicos¨”.
Atualmente, seis processos de impressão 3D são usados no campo da impressão 3D. Os materiais de impressão amplamente utilizados no sistema contêm quatro tipos principais em termos de forma. materiais de resina fotossensível líquida, materiais finos (papel, filme plástico), filamentos de baixo ponto de fusão e materiais em pó; em termos de composição, abrangem quase todos os tipos de materiais atualmente utilizados na produção A composição abrange quase todos os tipos de materiais utilizados na produção, incluindo plásticos, resinas, ceras e outros polímeros, metais e ligas, cerâmicas, etc. Metais e ligas, cerâmica, etc
Das características da impressão 3D, aliadas a diversos requisitos de aplicação, o desenvolvimento de novos materiais de impressão, especialmente nanomateriais, materiais não homogêneos, materiais compósitos difíceis de produzir por outros métodos, impressão direta para produzir peças metálicas de alta densidade de materiais de liga, materiais gradientes funcionais, materiais biológicos, etc. será a direção de desenvolvimento de materiais de impressão 3D para melhorar continuamente a qualidade; Além disso, para promover a serialização de materiais de impressão 3D, padronização, Além disso, para promover a serialização, padronização, proteção verde e ambiental de materiais de impressão 3D, e com o conceito de "impressão 3D +", para expandir continuamente o em -profundidade da integração da tecnologia de impressão 3D com as indústrias de fabricação tradicionais A direção de desenvolvimento para a expansão contínua da produção de materiais de impressão 3D.
Additional FAQs: 3D Printing Technology and Materials
1) Which 3D printing process should I choose for functional metal parts?
- Selective Laser Melting (SLM) or Electron Beam Melting (EBM) for near‑fully dense, high‑strength parts in Ti‑6Al‑4V, IN718, AlSi10Mg. SLS/DMLS can work for certain metal/polymer composites or green parts that are later sintered.
2) What’s the practical difference between SLS and SLM?
- SLS typically sinters without fully melting, enabling polymers and some metal/binder mixes; SLM fully melts metal powder to achieve higher density and mechanical properties comparable to wrought after post‑processing.
3) How do I compare materials for FDM, SLA, and SLS?
- FDM: thermoplastics (PLA, ABS, PC, PA‑CF) with good toughness and heat‑resistant grades; SLA: photopolymers with excellent resolution/surface but UV/creep sensitivity; SLS: nylon (PA11/PA12), TPU, filled PA for strong, isotropic‑leaning parts without supports.
4) What post‑processing steps most improve performance?
- For metals: heat treatment, HIP, machining, shot peening, surface finishing, coatings. For polymers/resins: thermal anneal, UV post‑cure (SLA/DLP), media blasting, dyeing, infiltration/sealing.
5) How should powders and resins be stored for quality?
- Keep powders dry and inert (≤25% RH), track reuse cycles and sieve between builds; store resins in opaque containers at recommended temperature, avoid moisture exposure, and follow lot‑traceability per ISO/ASTM 52907/52931.
2025 Industry Trends: 3D Printing Technology and Materials
- Metals at scale: More serial production using SLM/EBM with digital material passports tying powder lots to in‑process monitoring.
- High‑temp polymers: PEKK/PEEK, PPSU, and new FR‑rated materials for aerospace/rail interiors.
- Copper and aluminum: Improved laser absorptivity expands LPBF of CuCr1Zr and Sc‑modified Al for thermal management.
- Ceramics growth: DLP/SLA ceramics (alumina/zirconia) ramp for dental/semiconductor tooling.
- Sustainability: Closed‑loop powder/polymer reuse and EPDs increasingly required in RFQs.
2025 Snapshot: Process–Material Benchmarks (Indicative)
| Processo | Representative materials | Key 2025 metric (post‑process where relevant) | 2023 | 2024 | 2025 YTD |
|---|---|---|---|---|---|
| SLM/LPBF metals | Ti‑6Al‑4V, IN718, AlSi10Mg, CuCr1Zr | Relative density (%) | 99.5–99.8 | 99.6–99.9 | 99.7–~100 |
| SLM/LPBF metals | Ti‑6Al‑4V | HCF fatigue limit (MPa, polished, R=0.1) | 380–430 | 420–470 | 450–500 |
| SLS polymers | PA12, PA11, TPU | Recycled content in production lots (%) | 30–40 | 40–50 | 45–60 |
| SLA/DLP resins | Tough/HI‑temp/ceramic‑filled | XY feature resolution (µm) | 80–120 | 70–100 | 50–80 |
| FDM/FFF | PEKK/PEEK, CF‑PA, PC | HDT at 0.45 MPa (°C) | 150–160 | 160–170 | 165–180 |
Sources:
- ISO/ASTM 52900/52904/52907/52931 standards: https://www.iso.org
- ASTM F2924 (Ti‑6Al‑4V), F3055 (IN718), F3301/F3302 AM practice: https://www.astm.org
- NIST AM‑Bench and metrology resources: https://www.nist.gov/ambench
- SAE/AMS specs for AM materials and processes: https://www.sae.org
Latest Research Cases
Case Study 1: Scaling LPBF Copper Heat Sinks for Power Electronics (2025)
Background: An electronics OEM needed higher thermal performance heat sinks for SiC inverters.
Solution: Adopted LPBF CuCr1Zr with high‑absorptivity lasers; optimized lattice pin‑fins and post‑HIP + aging; introduced digital material passport tying powder O/N/H to melt‑pool monitoring.
Results: Thermal resistance −18% vs. machined baseline; first‑pass yield +12%; porosity <0.1% (CT), conductivity 85–90% IACS after HT.
Case Study 2: DLP Zirconia Dental Frameworks with Faster Sinter Cycles (2024)
Background: A dental lab sought to reduce lead time while maintaining translucency and strength.
Solution: Switched to high‑solid‑load DLP slurry and a shortened two‑step sinter with controlled ramp/soak; implemented inline viscosity and solids monitoring.
Results: Biaxial flexural strength +8% (to ~950 MPa); translucency maintained; throughput +25% with no increase in scrap.
Expert Opinions
- Prof. Amy J. Clarke, Professor of Metallurgy, Colorado School of Mines
- “Digital passports linking powder pedigree and in‑situ signatures to properties are accelerating qualification for safety‑critical AM parts.”
- Dr. Brandon A. Lane, Additive Manufacturing Metrologist, NIST
- “Layerwise monitoring now reliably flags porosity precursors, enabling corrective actions that tighten material property scatter.”
- Dr. Martina Zimmermann, Head of AM Materials, Sandvik Additive Manufacturing
- “Advances in aluminum and copper absorptivity are unlocking thermal management designs that were impractical two years ago.”
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM AM standards library (design, processes, materials): https://www.iso.org
- ASTM AM material specifications and test methods: https://www.astm.org
- NIST AM‑Bench datasets and best practices: https://www.nist.gov/ambench
- Senvol Database for machine–material mappings and allowables: https://senvol.com
- Material data management (Ansys Granta MI) and simulation (Ansys, Simufact Additive)
- OEM application notes and design guides (EOS, 3D Systems, Stratasys, HP, Renishaw)
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 focused FAQs; created a 2025 benchmarks table with sources; included two recent case studies; provided expert viewpoints; compiled practical tools/resources
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM/SAE standards update, major OEMs release new high‑temp polymers or copper/aluminum grades, or digital passport adoption materially changes qualification practices**
