A extrusão de materiais é um dos sete processos de manufatura aditiva reconhecidos globalmente. Auxiliou na transformação de protótipos e na produção de peças complexas. É única por ser simples, econômica e de fácil acesso. Desempenha um papel importante em aplicações onde a personalização, o uso de diversos materiais e a velocidade de processamento são cruciais.
A extrusão de materiais se destaca em impressoras 3D de mesa e industriais, garantindo que os objetos sejam fabricados camada por camada. Comparada à extrusão tradicional, que cria formas contínuas usando uma matriz, a extrusão de materiais derrete e deposita o material em padrões específicos para formar objetos 3D.
Conteúdo
O que é extrusão de material?
A extrusão de materiais é uma técnica de manufatura aditiva (MA) usada para construir peças tridimensionais camada por camada por meio da deposição contínua de um filamento de materiais termoplásticos ou compósitos. O filamento é depositado em camadas bidimensionais fatiadas usando um bico aquecido.
O primeiro sistema de extrusão de material patenteado e comercializado foi o Fused Deposition Modeling (FDM), inventado pela SS Crump e comercializado pela Stratasys em 1989. No entanto, ele também é chamado de Fused Filament Fabrication (FFF) por um público mais amplo de fabricantes.
Os relatórios da pesquisa de mercado de extrusão de materiais projetam uma Taxa de Crescimento Anual Composta (CAGR) de 13.5%. O mercado, que registrou US$ 10.5 bilhões em 2024, deverá atingir US$ 25.7 bilhões até 2033, graças à crescente demanda dos consumidores e à adoção do setor.
Processo de Extrusão de Materiais
O processo de extrusão de material normalmente segue uma sequência sistemática:
Carregando o material
O processo começa com a alimentação de um filamento termoplástico, pellet, pasta ou outra forma adequada de material na impressora.
Aquecimento/Fusão
O material passa por uma zona aquecida onde atinge seu ponto de fusão, tornando-o macio e viscoso o suficiente para fluir, mas não tão líquido a ponto de fluir para longe de onde é aplicado.
Extrusão através de um bico
O material fundido ou viscoso é empurrado através de um pequeno bico, geralmente com a ajuda de um mecanismo de acionamento ou sistema de êmbolo.
Deposição camada por camada
A cabeça de impressão ou plataforma de construção se move em trajetórias pré-programadas (com base em um modelo CAD), depositando o material camada por camada em fatias bidimensionais. Cada camada esfria e solidifica antes da aplicação da próxima, e elas se combinam para formar o objeto tridimensional completo.
Materiais usados na extrusão de materiais
A extrusão de materiais oferece suporte a uma ampla variedade de materiais, cada um oferecendo propriedades exclusivas para diferentes aplicações:
Termoplásticos e Polímeros
Os polímeros e termoplásticos comumente utilizados incluem PLA (ácido polilático), ABS (acrilonitrila butadieno estireno) e PETG (polietileno tereftalato glicol). São amplamente utilizados por serem imprimíveis, resistentes e facilmente disponíveis.
Compósitos e materiais reforçados com fibras
Compósitos como termoplásticos reforçados com fibras de carbono, fibras de vidro ou partículas metálicas também são materiais utilizados para extrusão. Eles garantem melhor desempenho mecânico.
Filamentos Flexíveis e Especiais
TPU (Poliuretano Termoplástico), filamentos condutores e plásticos resistentes à temperatura expandem a gama de possíveis casos de uso.
Pellets e Pastas
Materiais como pellets plásticos brutos ou argila cerâmica (pasta) também são utilizados para extrusão. São vitais em diversos setores, como, por exemplo, no setor da saúde, por meio da produção de biomateriais para aplicações médicas.
Tipos de técnicas de extrusão de materiais
A extrusão de materiais possui diversas técnicas que dependem da função e da forma do material em uso, para citar algumas:
Fabricação de filamentos fundidos (FFF)
Também conhecida como Modelagem por Deposição Fundida, é a técnica de extrusão de materiais mais comum. Ela utiliza filamentos em bobinas que foram derretidos e extrudados através de um bico aquecido, que é depositado sobre uma estrutura pré-aquecida.
Extrusão de Pellets
Uma técnica um pouco semelhante à moldagem por injeção e à moldagem por FDM. Ela alimenta os pellets a um bico por meio de um sistema de rosca e cilindro, como na moldagem por injeção, e os extruda para formar as peças camada por camada, como na moldagem por FDM. A extrusão de pellets na manufatura aditiva também é conhecida como Fabricação de Granulado Fundido, FGF.
Extrusão de pasta ou argila
A extrusão de pasta ou argila é realizada por meio do mecanismo extrusor de carneiro, do mecanismo de extrusão com válvula helicoidal ou do mecanismo de extrusão com válvula de agulha. Esses três mecanismos consistem em um sistema de seringa e êmbolo, mas seus processos de extrusão são diferentes.
Extrusão de biomateriais
Também conhecida como bioimpressão por extrusão, é uma técnica que envolve a extrusão de biotintas através de um bico para criar estruturas que podem imitar tecidos ou funções de órgãos.
Vantagens e desvantagens da extrusão de materiais
Diferenciais
Baixo Custo
Os equipamentos e materiais utilizados custam relativamente menos, o que os torna ideais para iniciantes e ambientes educacionais.
Acessibilidade
Impressoras 3D de mesa que usam extrusão de material estão amplamente disponíveis, são fáceis de aprender e fáceis de usar.
Diversidade de materiais
A extrusão de materiais suporta uma variedade de termoplásticos, compósitos e materiais especiais.
Customização
Permite prototipagem rápida e produção sob demanda de peças personalizadas.
Desvantagens
Revestimento de superfície
Peças extrudadas geralmente requerem pós-processamento devido a linhas de camadas visíveis e superfícies ásperas.
Anisotropia
A resistência varia dependendo da orientação da impressão; por exemplo, as peças podem ser mais fracas ao longo do eixo Z.
Resistência limitada do material
Comparado a outros processos de AM, como fusão em leito de pó, a extrusão de material pode produzir propriedades mecânicas inferiores.
Aplicações de Extrusão de Materiais
A extrusão de materiais é usada em vários setores para diferentes propósitos, incluindo:
Prototipagem Rápida
Engenheiros e designers o utilizam para criar protótipos funcionais de forma rápida e econômica.
Peças de uso final
Em setores como automotivo e aeroespacial, a extrusão de materiais é usada para produzir gabaritos, fixações e peças de produção de baixo volume.
Biomedical
Ele é usado para fabricar andaimes, próteses e também tecidos bioimpressos para uso médico.
Arquitetura e Construção
A extrusão de pasta em larga escala é empregada para imprimir estruturas de concreto e componentes arquitetônicos.
Embalagem de alimentos
Também é usado para produzir alimentos comestíveis, como chocolates e outros salgadinhos, cereais, massas, etc.
Extrusão de materiais na manufatura aditiva
A extrusão de materiais é um dos sete processos padrão de manufatura aditiva definidos pela ASTM. Geralmente, é o primeiro método ao qual novos usuários são expostos por ser acessível e simples. Ao contrário dos métodos baseados em pó, não requer atmosfera controlada nem pós-sinterização. Isso o torna mais acessível a pequenas empresas e indivíduos.
À medida que a indústria evolui, a extrusão de materiais continua a se expandir para domínios industriais onde ferramentas personalizadas, produção de curto prazo e geometrias complexas são necessárias.
Qual é a diferença entre jato de material e extrusão de material?
A tabela a seguir explica as diferenças entre jateamento de material e extrusão de materiais.
| Critérios | Extrusão de materiais | Jateamento de Material |
|---|---|---|
| Extração | Aplica material parcialmente derretido em linhas e pontos. Resolução: ~0.5–1 mm. | Aplica resinas líquidas em gotas. Resolução: geralmente menor que 0.05 mm. |
| Construção de camadas | Utiliza um único bico aplicador. A velocidade de aplicação é limitada pelo curso do bico. | Utiliza cabeçotes de jato de tinta largos (até 100 mm) para desenhar listras completas por passagem — mais rápido. |
| Construções em Camada Z | Cria camadas mais espessas (0.1 mm a 0.5 mm), permitindo menos camadas e mais rápidas. | Cria camadas ultrafinas (16–50 µm), exigindo mais camadas e tempo. |
| Custo do Equipamento | O equipamento é relativamente simples e barato (FDM/FFF). | O equipamento é complexo e caro (1–2 ordens de magnitude a mais que o FDM). |
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre extrusão de material e extrusão tradicional?
A extrusão de materiais (impressão 3D) constrói peças camada por camada a partir de arquivos digitais, ideal para protótipos e formas complexas. É precisa, flexível e tem baixos custos de instalação.
A extrusão tradicional empurra o material através de uma matriz para criar formas contínuas, como tubos ou chapas. É menos precisa, mas eficiente para produção em massa, embora os custos de instalação sejam mais altos.
Resumindo, a extrusão 3D é adequada para peças personalizadas de pequenos lotes, enquanto a extrusão tradicional é melhor para produtos uniformes de alto volume.