Impressão 3-D e o uso do PLA e PETG como materiais dielétricos de alto desempenho para aplicações eletrônicas de precisão

Abstract

A manufatura aditiva consiste num conjunto de técnicas que visam fabricar objetos por meio da deposição de material em camada por camada de forma controlada. Dentre essas técnicas, a de modelagem por deposição de material fundido (FDM) é a mais popular. Sua utilização cresce a cada ano que passa e vem sendo amplamente utilizada não só no ramo industrial, mas também por hobistas e entusiastas na área que fomentam o crescimento da cultura do “faça você mesmo” por meio de criações de projetos open-source, tornando a prototipagem rápida como uma prática comum em nossa sociedade. A presente proposta visa, a partir de uma impressora 3D e outros equipamentos de medição e aquisição de dados, estudar a viabilidade do uso de poli(ácido lático) (PLA) e polietileno tereftalato glicol (PETG) como materiais dielétricos de alto desempenho em peças impressas para aplicações eletrônicas de precisão quando comparado ao polietileno de alta densidade (PEAD). Além disso, estudar a influência das características dos materiais, como composição e pigmentos, e dos parâmetros de impressão, como densidade de preenchimento, sobre o a resistividade elétrica de volume destes materiais. Para a execução deste projeto de pesquisa foi realizada a medição da resistividade elétrica de volume das amostras de PLA e PETG, além de técnicas como a difratometria de raios-x (DRX) para caracterização dos pigmentos usados na coloração dos filamentos, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) combinadas para a análise da superfície do material. Observou-se que o PLA e o PETG apresentaram uma média de resistividade elétrica de volume superior a 1016 ohms.cm, enquanto o PEAD apresentou uma média superior a 1017ohms.cm. Além disso, o ensaio estatístico indicou que a cor, a densidade de preenchimento e a interação entre esses fatores têm influência significativa sobre a resistividade elétrica de volume.

Additive manufacturing consists of a set of techniques aimed at fabricating objects through the controlled deposition of material layer by layer. Among these techniques, fused deposition modeling (FDM) is the most popular. Its use grows each year and has become widely utilized not only in the industrial sector but also by hobbyists and enthusiasts, who foster the growth of the “make yourself” culture through open-source project creations, making rapid prototyping a common practice in our society. This proposal aims to study the feasibility of using polylactic acid (PLA) and polyethylene terephthalate glycol (PETG) as high-performance dielectric materials in 3D-printed parts for precision electronic applications compared to high-density polyethylene (HDPE), using a 3D printer and other measurement and data acquisition equipment. Additionally, it seeks to study the influence of material characteristics, such as composition and pigments, and printing parameters, such as infill density, on the volume electrical resistivity of these materials. For the execution of this research project, the volume electrical resistivity of PLA and PETG samples was measured, in addition to techniques such as X-ray diffraction (XRD) for the characterization of pigments used in filament coloring, optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) combined for surface analysis of the material. It was observed that PLA and PETG exhibited an average volume electrical resistivity exceeding 1016 ohms.cm, while HDPE showed an average exceeding 1017 ohms.cm. Additionally, statistical testing indicated that color, infill density, and the interaction between these factors have a significant influence on volume electrical resistivity