A tecnologia de impressão 3D como uma tecnologia de ponta emergente está mudando profundamente a forma como os humanos são produzidos. O uso da impressão 3D em vários setores também levou à aplicação e ao desenvolvimento de mais e mais Materiais de impressão 3D. Neste artigo, vamos falar sobre quais são os materiais usados para a impressão 3D?
Mais de 200 materiais estão agora disponíveis para impressão 3D e mais serão usados em um futuro próximo, à medida que a tecnologia é usada em um número crescente de indústrias. Dos mais de 200 materiais usados na impressão 3D, metais, polímeros, cerâmicas, compostos e biomateriais são atualmente os materiais mais comuns usados para impressão 3D. Neste artigo, daremos uma breve visão geral dos vários tipos de materiais e aplicativos para impressão 3D.
Materiais Metálicos
O rápido desenvolvimento de materiais metálicos no campo da impressão 3D decorre da demanda por aeroespacial, automotiva, eletrônica, etc. Entre os muitos materiais metálicos, as ligas de titânio são as mais utilizadas, seguidas pelas ligas de alumínio, aço inoxidável, ligas de alta temperatura, e ligas de alta entropia.
Liga de titânio é um material com alta resistência, boa resistência à corrosão e alta resistência ao calor, portanto, a liga de titânio é usada principalmente para fazer peças pressurizadas de motores de aeronaves, seguido por peças estruturais para foguetes, mísseis e aeronaves de alta velocidade para aplicar. Além disso, ligas de titânio impressas em 3D são usadas em stents biomédicos de titânio impressos em 3D devido à sua baixa densidade, alta resistência e peso leve. E o uso de ligas de titânio em aplicações biomédicas tornou-se bastante maduro e difundido.
O aço inoxidável é caracterizado por sua resistência química, resistência a altas temperaturas e boas propriedades mecânicas e é frequentemente usado como um material de impressão 3D para joias, componentes funcionais e pequenas esculturas devido à sua boa formabilidade de pó, processo de preparação simples e baixo custo .
Ligas de alta temperatura são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial e em outros campos devido à sua alta resistência em altas temperaturas e resistência à corrosão. Classes comumente usadas de ligas à base de níquel para impressão 3D incluem Inconel 625, Inconel 718, e Inconel 939.
Metais preciosos como magnésio e ligas de alumínio e ouro e prata também são usados mais amplamente na impressão 3D.
Materiais Poliméricos
Os polímeros têm sido um material popular para impressão 3D, amplamente utilizado por sua alta resistência, desempenho e baixo custo. Atualmente, os mais comumente usados são ABS, PA e resina fotossensível UV.
Materiais Cerâmicos
O pó cerâmico de aluminossilicato é uma classe de material em pó cerâmico para impressão 3D. É impermeável à água, resistente ao calor e reciclável e, portanto, é amplamente utilizado em talheres, obras de arte e outras aplicações.
Materiais Compósitos
Os compósitos incluem principalmente compósitos com matriz de metal, bem como compósitos com matriz não metálica. Devido à excelente resistência ao calor e aos produtos químicos das peças de formato complexo impressas em materiais poliméricos reforçados, elas são usadas principalmente na indústria aeroespacial e em outras aplicações.
Esses são apenas alguns dos materiais de impressão 3D comuns, mas é claro, também há uma classe de materiais de impressão 3D biônicos que permitem a impressão de estrutura biológica e a impressão de células.
É concebível que, junto com a crescente abundância de materiais de impressão 3D e o rápido desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D. Os materiais de impressão 3D serão usados em cada vez mais campos e se desenvolverão em direção a melhores propriedades mecânicas, maior desempenho de processamento e mais diversificação.
Additional FAQs on 3D Printing Materials
1) What factors determine which 3D printing process to use for a material?
- Key drivers: melting/softening behavior, reactivity/oxidation, viscosity (for resins and pastes), required part properties, dimensional tolerances, and cost. For example, titanium fits laser powder bed fusion (LPBF) with inert gas, while ABS and PA suit FDM/SLS.
2) How do metal powder specifications impact print quality?
- Particle size distribution (typically D10–D90 ≈ 15–45 μm for LPBF), sphericity, low interstitials (O/N/H), and low contamination directly affect flowability, density, and mechanical properties. Reference: ISO/ASTM 52907 for feedstock.
3) Are biocompatible materials available for medical 3D printing?
- Yes. Titanium alloys (Ti‑6Al‑4V ELI), cobalt‑chromium, PEEK/PEKK, medical‑grade photopolymers, and bio‑inks (hydrogels with cells) are used for implants, guides, and tissue scaffolds, subject to ISO 10993 and FDA/CE pathways.
4) What’s the difference between thermoplastics used in FDM vs. SLS?
- FDM uses filament that melts and extrudes (e.g., PLA, ABS, PETG, PEI/ULTEM), while SLS fuses powder beds of PA12, PA11, TPU, and filled nylons. SLS typically yields better isotropy and complex geometries without supports.
5) Can composites be 3D printed to replace metals?
- In some cases. Carbon‑fiber or glass‑fiber reinforced PA/PEEK printed with continuous fibers can approach aluminum‑like stiffness/strength on a weight basis, suitable for jigs, fixtures, and some end‑use parts; temperature and impact limits still apply.
2025 Industry Trends in 3D Printing Materials
- Blue/green laser LPBF broadens copper/aluminum applications in e‑mobility and thermal management.
- Medical polymers mature: sterilizable high‑performance polymers (PEEK/PEKK, PPSU) gain validated print profiles and regulatory guidance.
- Sustainable materials: bio‑based nylons (PA11 from castor), recycled PETG/PA, and closed‑loop powder handling with material passports.
- Binder jetting scaling: steel and copper binder‑jet with refined sinter/HIP achieves 95–99% density for large, cost‑sensitive parts.
- High‑entropy and gradient alloys: research moves toward printable, compositionally graded metals for site‑specific properties.
| 2025 Metric (Material + Process) | Typical Range/Value | Why it matters | Fonte |
|---|---|---|---|
| LPBF powder PSD (most metals) | D10–D90 ≈ 15–45 μm | Stable recoating, low porosity | ISO/ASTM 52907 |
| Ti‑6Al‑4V ELI powder oxygen | ≤0.13 wt% | Fatigue/ductility in implants | ASTM F136/F3001 |
| SLS PA12 tensile strength | 45–55 MPa (XZ); 40–50 MPa (ZX) | Design allowables | OEM datasheets/ASM |
| FDM CF‑PA tensile modulus | 8–20 GPa (with continuous CF) | Metal replacement potential | Vendor tech notes |
| Binder‑jetted 17‑4PH density | 97–99% after sinter/HIP | Tooling/production parts | Vendor case studies |
| Copper LPBF conductivity | 80–95% IACS with green lasers | Thermal/electrical performance | Peer‑reviewed AM studies |
Authoritative references and further reading:
- ISO/ASTM 52907 (AM feedstock): https://www.iso.org
- ASTM F2924/F3001/F3055/F3184 (AM materials): https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
- FDA guidance on additive manufacturing of medical devices: https://www.fda.gov
Latest Research Cases
Case Study 1: Green‑Laser LPBF of Pure Copper Heat Sinks for Power Electronics (2025)
Background: An inverter manufacturer needed compact, high‑conductivity heat sinks; IR lasers struggled with Cu reflectivity.
Solution: Adopted 515 nm green‑laser LPBF with high‑sphericity gas‑atomized Cu powder (15–45 μm), inert chamber with O2 < 100 ppm, and scan strategies to reduce spatter.
Results: 90–95% IACS conductivity, porosity <0.2%, 14% lower junction temperature vs. machined baseline; 30% recycled powder blend maintained specs over 6 cycles.
Case Study 2: SLS PA11‑CF Ducts for eVTOL Environmental Control Systems (2024)
Background: Aerial mobility OEM sought lightweight, chemical‑resistant ECS ducts with complex routing.
Solution: Printed bio‑based PA11 with chopped carbon fiber on SLS; post‑processed with vapor smoothing and QA via CT sampling.
Results: 22% mass reduction vs. aluminum tubes, impact strength improved 18% over PA12 baseline, passed DO‑160 chemical exposure tests.
Expert Opinions
- Prof. John Hart, Professor of Mechanical Engineering, MIT
Key viewpoint: “Linking in‑situ build data with powder passports will set the norm for serial qualification across metals and polymers.” - Dr. Laura Schmidt, Head of Additive Manufacturing, Fraunhofer IAPT
Key viewpoint: “Green and blue lasers are transforming copper and aluminum from niche to production materials in LPBF.” - Dr. Dieter Schirmacher, Materials Scientist, Medical AM Consultant
Key viewpoint: “Validated print parameters and sterilization pathways for PEEK/PEKK are accelerating adoption in load‑bearing implants.”
Citations for expert profiles:
- MIT: https://meche.mit.edu
- Fraunhofer IAPT: https://www.iapt.fraunhofer.de
Practical Tools and Resources
- Standards and safety
- ISO/ASTM 52907; ASTM F2924/F3001/F3055/F3184; ISO 10993 (biocompatibility); NFPA 484 (combustible metals)
- Powder and filament QC
- LECO O/N/H analyzers: https://www.leco.com
- Laser diffraction PSD, SEM morphology, moisture analyzers
- Filament roundness/diameter gauges for FDM
- Design and simulation
- Ansys Additive, Simufact Additive, Autodesk Netfabb; nTopology for lattices and conformal cooling
- Market and datasets
- Senvol Database (machines/materials): https://senvol.com/database
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
Last updated: 2025-08-21
Changelog: Added 5 FAQs, a 2025 trends table with metrics and sources, two new case studies (copper LPBF and PA11‑CF SLS), expert viewpoints with citations, and practical tools/resources.
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards update, major OEMs publish new copper/aluminum LPBF datasets, or medical AM material guidance changes.
