Critérios para Escolha do Método de Aglutinação

Existem diversos métodos utilizados para aglutinar pós e algumas escolhas iniciais podem ajudar a reduzir o universo de materiais a serem utilizados. Utela et al. (2008) listam três critérios comuns importantes na definição do aglutinante:

• Localização do aglutinante

o Aglutinante incorporado ao líquido de jateamento pode ser útil quando é feita a avaliação de novos pós, independente do material, uma vez que menos parâmetros de processamento são alterados. A desvantagem de se trabalhar com aglutinantes no líquido é a possibilidade de componentes suspensos do aglutinante entupirem os bicos de jateamento caso o agente

aglutinante seque ou cure no cabeçote de impressão. Pode ocorrer também de as partículas sólidas suspensas causarem o desgaste dos bicos causando falha prematura do cabeçote de impressão.

o A incorporação do componente aglutinante seco no leito de pó é uma alternativa para evitar preocupações associadas a falhas prematuras do cabeçote de impressão. Neste modo, a aglutinação iniciará quando o líquido for depositado sobre o leito de pó, o que permite que um líquido com características reológicas simples seja empregado (por exemplo, água destilada), o que deve possuir jateamento confiável. A quantidade de aglutinante utilizando neste método também pode ser maior, uma vez que não possui limitações associadas às restrições reológicas que o fluido deve atender para ser jateado. O componente aglutinante no leito de pó ocupa uma porção que deveria ser ocupada pela matéria-prima, isso possibilita um controle superior da porosidade final, aumentando a capacidade de infiltração do modelo produzido.

• Resíduos do aglutinante:

Os resíduos deixados pelo aglutinante podem ser avaliados através de análise termogravimétrica, determinando a temperatura de decomposição térmica dos compostos e a quantidade de resíduo presente no material. Os resíduos gerados e sua influência na resistência mecânica e pureza do modelo final são fatores importantes na determinação de um aglutinante.

o Aglutinantes fugitivos podem deixar pouco ou nenhum resíduo após o processamento da peça verde, mas requerem um pós-processamento para coalescer as partículas, pois este tipo de aglutinante não contribui para a resistência do modelo final. Um exemplo do emprego deste tipo de aglutinante é o clorofórmio, que atua como aglutinante de poliésteres biodegradáveis, este composto evapora durante o processamento.

o Aglutinantes que deixam resíduos podem contribuir parcialmente ou totalmente para resistência do modelo.

o Alguns pós não necessitam aglutinantes, por exemplo, pós baseados em cimentos ou em gesso, neste caso apenas a hidratação causa desencadeamento de reações que conferem resistência aos modelos.

• Restrições do aglutinante:

Diversos motivos limitam um método de aglutinação pelos materiais empregados e os dois mais comuns são:

o Aglutinantes solventes irão dissolver apenas certos materiais.

o Aglutinantes ativados por temperatura têm como limitante o material que compõe o pó, sendo que este deve possuir uma fase de transição vítrea maior que a do aglutinante, para que a peça não sofra danos.

Segundo Ipar (2011), com base nos três critérios descritos acima e nos métodos de aglutinação existentes (apresentados no Quadro 6) é possível selecionar o meio de aglutinação mais adequado a aplicação pretendida.

Método Características Exemplo

Ácido-Base

• Sistema de dois componentes • Liga a maioria dos materiais

• Decompõe-se termicamente para deixar pouco resíduo

Revestimentos eletrolíticos ácido-básico de polivinila

Hidratação

• O pó é ligado quando hidratado

• Permite o uso de líquidos reologicamente simples

• O Comportamento de ligação pode ser alterado com a adição de catalisadores

Cimentos Gessos Inorgânico Colóides Polímeros pré-cerâmicos Suspensões sólidas

• Tipicamente incorporados na peça final • Muitas vezes requerem tratamento térmico

Nitrato de Alumínio, Sílica Coloidal, Óxido de Alumínio

Sais de metais

• Trabalha com a maioria dos materiais • Três vias de ligação:

o Recristalização do sal

o Redução de sal para depósito de metal o Deslocamento de sal para depósito de

metal (material reação específica)

Nitrato de prata, Aço ferramenta com sulfato de

cobre

Orgânicos Carboidratos Polímeros

• Liga a maioria dos materiais

• Decompõe-se termicamente para deixar pouco resíduo

Resina butiral, Resina polimérica, Polivinil,

Polissiloxanos, Maltodextrina, Dextrina

Mudança de fase de materiais

• Material é fundido, penetra no pó e liga o pó ao resfriar

• Pós-processamento limitado a temperaturas abaixo da temperatura de fusão do material aglutinante

2-methylpropane-2-OL

Solventes

• Funciona somente em polímeros

• Pode ser misturado ao equilíbrio de ligação e secagem características

Clorofórmio liga poliésteres biodegradáveis

Alteração do comportamento térmico do material

pulverulento

• Seletivamente altera as características térmicas do pó

• A impressão resulta em um aquecimento não uniforme do pó e posterior fusão controlada / sinterização / aglutinação

• Requer uma compreensão completa de material de duas características térmicas

Flocos de metal Tetraetilortossilicato

Quadro 6 - Métodos de aglutinação comumente utilizados (adaptado de UTELA et al., 2010 apud IPAR, 2011)

Entre os ligantes enquadrados no método orgânico de aglutinação estão aqueles obtidos a partir do amido. O amido é um polímero natural, obtido principalmente através do milho, batata, trigo e mandioca (PUGH, 1989). Este polímero pode ser modificado pela ação de temperatura, hidrólise ácida ou certas enzimas, resultando em um produto constituído por moléculas menores e mais ramificadas, chamado dextrina (VALDIVIESO et al., 2004). As dextrinas são polissacarídeos de baixo peso molecular, solúveis em ambiente aquoso, não tóxicos, biodegradáveis e possuem tonalidades brancas ligeiramente amareladas. Segundo Wang (1976) e Terpstra (1995), a dextrina é um ligante orgânico utilizado para aumentar a resistência a verde de modelos cerâmicos.

Outros materiais que são comumente empregados na indústria como aditivos e que permitem melhorar as características dos materiais cerâmicos facilitando o processamento são apresentados no Quadro 7. Um dos materiais que chama atenção é o polietilenoglicol (PEG), que atua como plastificante, mas pode atuar também como ligante quando este possui massa molar elevada a ponto de se solidificar (SHANEFIELD, 1996).

Atuação Aditivo Vantagens

Solvente

Água1 _{Barato e seguro}

Tolueno2 _{Secagem rápida}

Etanol2 _{Secagem rápida}

Tricloroetano2 _{Não inflamável}

Dispersante

Silicato de sódio1 _Barato

Poliacrilato de amônio1 _{Não deixa resíduo}

Polietilenoimina2 _{Fácil queima}

Ligante

Amido1 _{Muito barato}

Metilcelulose1 _Gelatiniza

Polivinil butiral2 _{Efeito ligante forte}

Emulsão de acrilato2 _{Fácil queima}

Plastificante

Etilenoglicol1 _Barato

Glicerina1 _{Efeito forte}

Polietilenoglicol2 _Barato

Lubrificante

Emulsão de cera1 _Barato

Estearato de amônio1 _Homogêneo

Cera natural2 _Barato

Ácido esteárico2 _{Efeito forte} 1_{Meio aquoso |} 2 _{Meio não aquoso}

Quadro 7 - Aditivos típicos utilizados no processamento de materiais cerâmicos (adaptado de SHANEFIELD, 1996)

2.3 PROCESSAMENTO DE MATERIAIS CERÂMICOS POR JATEAMENTO DE