Rizium™

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Visão Geral do Material

O Rizium é uma família de materiais termoplásticos de grau de engenharia desenvolvidos pela empresa americana RIZE Inc., especificamente projetados para impressão 3D por deposição de polímero aumentada (Augmented Polymer Deposition - APD). A linha de materiais Rizium representa uma inovação significativa no setor de manufatura aditiva, oferecendo propriedades mecânicas superiores, segurança excepcional e sustentabilidade ambiental.

A composição base dos materiais Rizium é um polímero cicloolefínico (Cycloolefin Polymer - COP), análogo ao policarbonato em termos de desempenho mecânico, mas com características únicas que o diferenciam de outros termoplásticos utilizados em impressão 3D. Os materiais Rizium são classificados como termoplásticos amorfos de grau de engenharia, desenvolvidos para oferecer alta resistência, adesão superior entre camadas, estabilidade a longo prazo e operação limpa.

A Cartesius Tecnologia, empresa com sede no Paraná, é a distribuidora exclusiva dos materiais da família Rizium™ na América Latina.

Família de Materiais Rizium™

A RIZE desenvolveu uma família diversificada de materiais para atender diferentes necessidades de aplicação:

Rizium One: O material original e mais versátil da linha, caracterizado por sua cor natural (branca/translúcida). É um composto termoplástico proprietário que se posiciona no topo da pirâmide de termoplásticos de engenharia. Este material é certificado tanto pela UL 2904 quanto pela USP Classe VI, sendo o primeiro e único material de impressão 3D a receber ambas as certificações.

Rizium Black: Variante do Rizium One em cor preta, oferecendo as mesmas propriedades mecânicas e certificações de segurança, mas com estética diferenciada para aplicações que requerem peças escuras.

Rizium ST: Material desenvolvido especificamente para compatibilidade com impressão em cores CMYK no sistema XRIZE. Mantém as propriedades mecânicas da linha Rizium enquanto permite a aplicação de tintas coloridas durante o processo de impressão.

Rizium Carbon: Filamento termoplástico de grau de engenharia reforçado com fibra de carbono, projetado para prototipagem funcional e manufatura. Oferece acabamento visual superior e módulo de elasticidade mais alto, sendo ideal para aplicações que exigem maior rigidez e resistência.

Rizium Endura: Filamento reforçado com fibras que proporciona alta precisão dimensional e alta resistência ao impacto. É compatível com tintas coloridas da RIZE e adequado para peças funcionais de grande porte.

Rizium Glass Fiber (GF): O mais recente membro da família, este material compósito reforçado com fibra de vidro oferece estabilidade dimensional excepcional e rigidez elevada. É o único material compósito compatível com impressão em cores, combinando propriedades mecânicas superiores com capacidades estéticas.

Propriedades Mecânicas Superiores

Uma das características mais notáveis dos materiais Rizium é sua natureza isotrópica, o que significa que as peças impressas mantêm a mesma resistência em todas as direções (X, Y e Z). Esta propriedade contrasta drasticamente com peças fabricadas por FDM tradicional, que normalmente perdem aproximadamente 50% da resistência no eixo Z em comparação com o material original.

Resistência Estrutural

O Rizium One demonstra propriedades mecânicas impressionantes quando testado de acordo com normas internacionais:

Resistência à Flexão:

Eixo XY: 74,4 MPa (10,8K psi)
Eixo XZ: 74,4 MPa (10,8K psi)
Eixo ZX: 65,5 MPa (9,5K psi)

Módulo de Flexão:

Eixo XY: 1.765 MPa (256K psi)
Eixo XZ: 1.765 MPa (256K psi)
Eixo ZX: 1.530 MPa (222K psi)

A força isotrópica do Rizium One é superior ao policarbonato no eixo Z e duas vezes mais forte que o ABSplus neste mesmo eixo crítico. Esta superioridade na resistência Z é fundamental para aplicações funcionais e de uso final, onde as peças precisam suportar cargas em múltiplas direções sem pontos fracos estruturais.

Comparação com Materiais Tradicionais

Enquanto peças impressas com materiais FDM convencionais experimentam perda significativa nas propriedades isotrópicas, as peças fabricadas com impressoras RIZE usando materiais Rizium não apresentam perda alguma em comparação com o material de estoque. Esta característica torna o Rizium comparável a peças moldadas por injeção em termos de resistência e confiabilidade estrutural.

Tecnologia de Deposição de Polímero Aumentada (APD)

A tecnologia APD desenvolvida pela RIZE é fundamental para as propriedades superiores dos materiais Rizium. Este processo híbrido combina extrusão de material termoplástico com jateamento de tinta, permitindo a deposição de uma camada de "tinta de liberação" entre a estrutura de suporte e a peça.

Esta tinta de liberação altera as propriedades do termoplástico especificamente na interface entre suporte e peça, enfraquecendo deliberadamente essa ligação. Como resultado, os suportes podem ser removidos manualmente sem necessidade de ferramentas especiais, banhos químicos ou processamento pós-impressão extensivo. Este é um diferencial significativo que reduz drasticamente o tempo total de produção e elimina a necessidade de solventes tóxicos.

Além da tinta de liberação, o sistema APD também permite a aplicação de tintas coloridas (atualmente disponível em CMYK completo nos sistemas XRIZE), possibilitando a impressão de números de série, códigos QR, logotipos e marcações coloridas diretamente na peça durante o processo de impressão.

Certificações de Segurança e Biocompatibilidade

Os materiais Rizium estabeleceram novos padrões de segurança na indústria de impressão 3D, sendo os primeiros a receber certificações rigorosas que garantem uso seguro em ambientes sensíveis.

Certificação UL 2904 GREENGUARD

A RIZE foi a primeira empresa no mundo a receber a certificação UL 2904 GREENGUARD para seu sistema de impressão 3D completo, incluindo a impressora RIZE One, o material Rizium One e as tintas de liberação e marcação. Esta certificação é baseada no método padrão ANSI/CAN/UL 2904 para teste e avaliação de emissões de partículas e químicas de impressoras 3D.

Estudos conduzidos pela UL e pelo Georgia Institute of Technology descobriram que muitas impressoras 3D desktop liberam compostos orgânicos voláteis (VOCs) e partículas ultrafinas no ar que, quando inaladas, podem causar problemas cardiovasculares e pulmonares. O estudo detectou mais de 200 VOCs, muitos dos quais são irritantes conhecidos e carcinógenos, incluindo:

Formaldeído (carcinógeno conhecido)
Estireno (químico inflamável e irritante)
Caprolactam (irritante conhecido de olhos, nariz e garganta que pode causar dores de cabeça)

Mais de 90% das partículas emitidas por impressoras 3D estão na faixa de nanopartículas (menos de 0,1 mícron), que quando inaladas podem causar problemas pulmonares e cardiovasculares.

Os materiais Rizium são livres de VOCs, permitindo operação segura em ambientes fechados sem necessidade de ventilação especial, equipamentos de descarte especializados ou luvas de proteção. Esta característica é crucial para uso em escritórios, escolas, hospitais e outros ambientes onde a qualidade do ar interno é prioritária.

Certificação USP Classe VI

O Rizium One é também o primeiro material de impressão 3D a receber a certificação USP Classe VI, o padrão mais rigoroso para biocompatibilidade de materiais. Esta certificação é essencial para aplicações médicas e farmacêuticas, garantindo que o material não causa reações nocivas quando em contato com tecidos humanos, sangue ou fluidos corporais.

A certificação USP Classe VI requer três tipos de testes in vivo rigorosos:

Teste de Injeção Sistêmica: Espécimes de teste são injetados intravenosamente com extratos do material e observados por 72 horas para identificar qualquer reatividade tóxica anormal.
Teste Intracutâneo: Verifica reações locais da pele. Os espécimes são injetados intracutaneamente com o extrato e observados por 72 horas, com as reações pontuadas e calculadas em média.
Teste de Implantação: O material do produto é implantado no espécime para observar a reação do tecido vivo em contato direto com o produto durante pelo menos 120 horas (5 dias).

Esta certificação torna o Rizium adequado para aplicações médicas, incluindo componentes de dispositivos médicos, instrumentos cirúrgicos, equipamentos diagnósticos e embalagens farmacêuticas.

Vantagens Específicas para Impressão 3D

1. Eliminação de Pós-Processamento

Uma das maiores vantagens dos materiais Rizium é a eliminação virtual do pós-processamento. Tradicionalmente, o tempo para entregar uma peça acabada e de aparência profissional em impressão 3D de polímeros é dividido aproximadamente 50-50 entre o tempo real de impressão e todas as tarefas de pós-processamento necessárias - remoção de suportes, polimento, tratamento químico, etc.

Com o sistema APD da RIZE e os materiais Rizium, os suportes podem ser removidos manualmente sem ferramentas especiais, deixando uma superfície lisa sem necessidade de acabamento adicional. A empresa HMS Industries, fabricante de estampagem de metal personalizado e ferramentas industriais, relatou economia de até dois dias por acessório comparado à produção de acessórios de alumínio, além de redução de custos de aproximadamente $1.000 para $40 por peça.

2. Resistência Química e à Umidade

Os materiais Rizium apresentam excelente resistência química a solventes e produtos químicos diversos, característica herdada de sua base em polímeros cicloolefínicos. Especificamente, demonstram resistência a:

Água e soluções aquosas
Isopropanol
Acetona
Outros fluidos polares

A absorção de umidade dos materiais Rizium é inferior a 0,01%, o que melhora significativamente a estabilidade dimensional e simplifica o armazenamento e manuseio. Esta característica contrasta com materiais higroscópicos como nylon e PLA, que requerem armazenamento em ambientes controlados e secagem antes do uso.

3. Esterilização e Aplicações Médicas

Os materiais Rizium são compatíveis com métodos comuns de esterilização utilizados na indústria médica e farmacêutica:

Esterilização por radiação gama
Esterilização por óxido de etileno (EtO)
Autoclavagem a vapor

Peças impressas com Rizium podem ser esterilizadas sem degradação significativa, mantendo suas propriedades mecânicas e dimensionais após o processo. Adicionalmente, o material é hermético e pode ser produzido em ambiente limpo, tornando-o ideal para uso em aplicações médicas onde componentes precisam ser esterilizados regularmente.

4. Estabilidade Dimensional e Térmica

O Rizium Glass Fiber, em particular, oferece estabilidade dimensional excepcional, permitindo a impressão de peças grandes e geometrias complexas com mínima deformação. Esta estabilidade é crítica para aplicações que exigem tolerâncias precisas e consistência dimensional ao longo do tempo.

Os materiais Rizium mantêm suas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas, com polímeros cicloolefínicos demonstrando alta temperatura de transição vítrea (glass transition temperature) e resistência ao calor superior a resinas fotopoliméricas tradicionais. O COR Bio da polySpectra, material relacionado baseado em resina cicloolefínica, apresenta temperatura de transição vítrea de 135°C e 100% de alongamento na ruptura.

O Rizium também demonstra resistência a temperaturas ultra-baixas, mantendo tenacidade e resistência mecânica em ambientes de armazenamento frio farmacêutico, onde plásticos padrão se tornariam quebradiços e propensos a rachaduras.

5. Sustentabilidade e Reciclabilidade

Os materiais Rizium são recicláveis, contribuindo para a sustentabilidade da manufatura aditiva. A base em olefinas dos materiais facilita o processo de reciclagem em comparação com muitos termoplásticos de engenharia. Combinado com a ausência de emissões durante a operação, os materiais Rizium representam uma opção mais sustentável para produção por impressão 3D.

6. Operação Segura em Ambientes Sensíveis

A certificação GREENGUARD permite que impressoras utilizando materiais Rizium operem com segurança em:

Escritórios corporativos
Ambientes educacionais com crianças
Hospitais e clínicas
Laboratórios farmacêuticos
Ambientes residenciais

Esta flexibilidade de localização é uma vantagem significativa, permitindo produção descentralizada e fabricação no ponto de consumo sem preocupações com qualidade do ar ou exposição a químicos tóxicos.

7. Capacidade de Marcação e Rastreabilidade

A tecnologia APD permite incorporar informações digitalmente na peça durante a impressão, incluindo:

Números de série
Códigos QR
Códigos de barras
Controle de versão
Logotipos e marcações de marca

Esta capacidade é fundamental para indústrias regulamentadas que requerem rastreabilidade completa, autenticidade e conformidade de peças. A marcação é permanente e parte integrante da peça, não podendo ser removida ou alterada sem detecção.

8. Impressão em Cores com Funcionalidade

Os materiais Rizium ST, Endura e Glass Fiber são compatíveis com impressão em cores CMYK completa no sistema XRIZE. Esta capacidade permite criar peças funcionais vibrantes adequadas para:

Protótipos coloridos para análise de elementos finitos e análise de tensões
Ferramentas com instruções de segurança incorporadas
Produtos de consumo e design de embalagens
Mapeamento GIS
Peças anatômicas para comunicação paciente/clínico e planejamento pré-cirúrgico
Marketing e indústria de entretenimento

A impressão em cores nos materiais Rizium penetra através da peça, não apenas na superfície, mantendo a funcionalidade mecânica completa. O sistema oferece acesso a 810.000 cores diferentes.

Aplicações Industriais

Os materiais Rizium são adequados para uma ampla gama de aplicações industriais, com casos de uso documentados em diversos setores:

Manufatura e Ferramentas

Gabaritos e Dispositivos de Fixação: HMS Industries utiliza o Rizium para produzir gabaritos e dispositivos funcionais para inspeções de qualidade CMM, economizando até 96% nos custos em comparação com alternativas de alumínio.
Ferramentas de Produção: Ferramentas personalizadas, matrizes e dispositivos de trabalho podem ser impressos sob demanda no ponto de consumo.
End-of-Arm Tooling (EOAT): Ferramentas robóticas para manipulação de materiais e montagem.

Indústria Automotiva

O Rizium Carbon é particularmente adequado para aplicações automotivas devido à sua combinação de resistência, leveza e rigidez. Aplicações incluem componentes funcionais, conectores, carcaças e dispositivos de teste que precisam suportar altas tensões mecânicas e temperaturas elevadas mantendo peso reduzido para eficiência de combustível.

Setor Médico e Farmacêutico

Com certificações USP Classe VI e capacidade de esterilização, o Rizium é ideal para:

Componentes de dispositivos médicos
Instrumentos cirúrgicos
Equipamentos diagnósticos
Sistemas de entrega de medicamentos
Conectores de cateteres e tubulações
Suportes para armazenamento frio farmacêutico
Modelos anatômicos para planejamento cirúrgico

Educação e Pesquisa

A segurança certificada dos materiais Rizium torna-os ideais para ambientes educacionais, permitindo que estudantes e pesquisadores utilizem impressão 3D sem preocupações com exposição a químicos nocivos ou emissões prejudiciais.

Prototipagem Funcional

Os materiais Rizium são excelentes para prototipagem funcional que requer:

Resistência mecânica próxima à de peças moldadas por injeção
Estanqueidade (peças herméticas)
Geometrias complexas
Testes de encaixe e função
Validação de design antes da produção em massa

Limitações e Considerações

Embora os materiais Rizium ofereçam numerosas vantagens, existem algumas considerações importantes:

Resolução e Acabamento Superficial

As impressoras RIZE operam com espessura de camada fixa de 0,25 mm (ou 0,125 mm em alguns modelos), o que resulta em um acabamento superficial característico do FDM. Embora as peças sejam muito resistentes, a resolução não é tão fina quanto tecnologias de resina fotopolimérica ou máquinas FDM de alta resolução. Para aplicações onde acabamento superficial extremamente liso é prioritário sobre resistência mecânica, existem opções melhores e mais baratas no mercado.

Custo Inicial

O investimento em sistemas RIZE com materiais Rizium é maior que impressoras FDM básicas. O RIZE One é precificado em $26.000 (com tinta colorida adicional custando $3.000), enquanto o XRIZE tem MSRP de $55.000. No entanto, este custo deve ser avaliado considerando a eliminação de pós-processamento, produtividade aumentada e capacidades únicas que o sistema oferece.

Disponibilidade de Materiais

Os materiais Rizium são proprietários e produzidos especificamente para impressoras RIZE. Embora haja alguma compatibilidade com sistemas de terceiros através de parcerias (como com Sindoh), a gama de materiais é mais limitada comparada a filamentos padrão como PLA e ABS disponíveis de centenas de fabricantes.

Comparação com Materiais Concorrentes

Versus Policarbonato (PC)

O Rizium One é mais forte que o policarbonato no eixo Z crítico e oferece propriedades verdadeiramente isotrópicas. Adicionalmente, o Rizium não requer câmara aquecida a temperaturas tão elevadas quanto PC e não emite VOCs durante a impressão.

Versus ABS e ABSplus

O Rizium é duas vezes mais forte que o ABSplus no eixo Z. Enquanto ABS emite estireno, um conhecido carcinógeno e irritante, o Rizium é livre de VOCs e certificado para uso seguro em ambientes fechados.

Versus Nylon

Embora o nylon ofereça boa resistência mecânica, ele é altamente higroscópico (absorve umidade do ar), requerendo armazenamento cuidadoso e secagem antes do uso. O Rizium tem absorção de umidade inferior a 0,01%, eliminando estes requisitos. O Rizium também oferece certificações médicas que o nylon padrão não possui.

Versus Resinas Fotopoliméricas

Resinas fotopoliméricas tradicionais frequentemente sofrem de fragilidade e sensibilidade à temperatura, limitando seu uso em aplicações funcionais. Os polímeros cicloolefínicos como o Rizium oferecem resistência ao impacto e estabilidade térmica superiores, tornando-os adequados para peças funcionais de uso final.

Perspectivas Futuras

A linha de materiais Rizium continua evoluindo, com a RIZE demonstrando compromisso com inovação em materiais através de sua aliança Rizium e investimento contínuo em desenvolvimento. Tendências futuras podem incluir:

Expansão da paleta de cores e materiais compatíveis com impressão colorida
Desenvolvimento de materiais com propriedades especializadas para nichos específicos
Melhorias nas propriedades mecânicas através de novos compósitos e reforços
Maior sustentabilidade através de formulações com conteúdo reciclado ou bio-baseado

Conclusão

Os materiais Rizium representam um avanço significativo na impressão 3D de polímeros, oferecendo uma combinação única de propriedades mecânicas superiores, segurança excepcional e facilidade de uso. As principais vantagens incluem:

Propriedades isotrópicas verdadeiras com resistência no eixo Z superior a policarbonato e duas vezes maior que ABSplus
Primeira e única certificação dupla UL 2904 GREENGUARD e USP Classe VI, garantindo operação segura e biocompatibilidade médica
Eliminação virtual de pós-processamento através da tecnologia APD, economizando tempo e custos significativos
Resistência química superior e absorção de umidade negligível (<0,01%)
Compatibilidade com esterilização por múltiplos métodos (gama, EtO, autoclave)
Capacidades únicas de marcação e impressão em cores mantendo funcionalidade mecânica completa
Sustentabilidade através de operação livre de VOCs e reciclabilidade

Estas características tornam os materiais Rizium particularmente adequados para manufatura de ferramentas, prototipagem funcional, dispositivos médicos, componentes automotivos e qualquer aplicação que requeira peças funcionais fortes produzidas em ambientes sensíveis. Embora o investimento inicial seja maior que sistemas FDM básicos, os benefícios de produtividade, segurança e qualidade de peças justificam a escolha para aplicações industriais sérias onde desempenho e conformidade regulatória são prioritários.

Para organizações que buscam integrar impressão 3D em ambientes de escritório, hospitalares ou educacionais, ou que requerem peças funcionais com propriedades mecânicas confiáveis e certificações médicas, os materiais Rizium oferecem uma solução sem paralelo no mercado atual de manufatura aditiva.