Diferentes Filamentos para 3D

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Diferentes Filamentos para 3D

Un plástico es un material hecho de compuestos sintéticos o semisintéticos que tiene la propiedad de ser maleable (capaz de cambiar su forma). La mayoría de los plásticos en el mercado son completamente sintéticos, comúnmente derivados de productos petroquímicos. Sin embargo, dada la creciente preocupación ambiental, los plásticos derivados de materiales renovables como el ácido poliláctico (PLA) también son populares en el mercado. Debido a su bajo costo, facilidad de fabricación, versatilidad y resistencia al agua, los plásticos se utilizan en una multitud de productos y sectores, y la impresión 3D no es la excepción.

En la siguiente guía, veremos los plásticos más comunes utilizados en la impresión 3D. Como ya sabrás, el proceso de impresión 3D más popular y asequible, FDM, produce piezas a través de la extrusión de filamentos de plástico. Sin embargo, la precisión en las máquinas FDM no es la misma que en otros procesos como SLS o SLA. Los plásticos a menudo se usan con esta tecnología para crear prototipos. Por lo tanto, para piezas industriales y de uso final, los fabricantes pueden optar por tecnologías SLS (usando polvos de plástico) o SLA (usando resinas de plástico) que ofrecen más precisión y calidad de las piezas. Otras dos tecnologías que pueden imprimir con plásticos son Material Jetting y Multi Jet Fusion.

¿Qué plásticos se pueden usar en la fabricación aditiva? En filamento o polvo, el plástico debe derretirse para formar el objeto que estamos imprimiendo capa por capa. En forma de resina, debe solidificarse para formar el objeto. Cada plástico requerirá diferentes parámetros de impresión 3D y le dará a las partes propiedades variables.

ABS

El filamento ABS es el plástico más utilizado en impresión 3D. Se utiliza en la carrocería de automóviles, electrodomésticos y fundas de teléfonos móviles. Es un termoplástico que contiene una base de elastómeros a base de polibutadieno, lo que lo hace más flexible y resistente a los golpes. El ABS también se puede encontrar en forma de polvo para procesos de lecho de polvo como SLS, y en forma líquida para las tecnologías SLA y PolyJet.

El ABS se utiliza en la impresión 3D cuando se calienta entre 230ºC y 260ºC. Es un material resistente, capaz de soportar fácilmente temperaturas de -20ºC a 80ºC. Además de su alta resistencia, es un material reutilizable y se puede soldar con procesos químicos. Sin embargo, el ABS no es biodegradable y se contrae en contacto con el aire, por lo que la plataforma de impresión debe calentarse para evitar deformaciones. Además, se recomienda utilizar una impresora 3D de cámara cerrada para limitar las emisiones de partículas al imprimir con este material

PLA

Conocido como ácido poliláctico o PLA, este material tiene la ventaja de ser biodegradable, a diferencia del ABS. El PLA se fabrica con materias primas renovables como el almidón de maíz. Es uno de los materiales más fáciles de imprimir, aunque tiende a reducirse ligeramente después de la impresión 3D. No necesita una plataforma con calefacción al imprimirse, al contrario que con el ABS. El PLA también imprime a una temperatura más baja que el ABS, entre 190ºC a 230ºC.

El PLA es un material más difícil de manipular debido a su alta velocidad de enfriamiento y solidificación. También es importante mencionar que los modelos pueden deteriorarse cuando entran en contacto con el agua. Sin embargo, el material es consistente, fácil de usar y viene en una amplia variedad de colores, lo que lo hace adecuado para la impresión 3D FDM.

Bobinas de filamento PLA para impresión 3D.

ASA

El acrilonitrilo estireno acrilato (ASA) es un material que tiene propiedades similares al ABS, pero tiene una mayor resistencia a los rayos UV. Al igual que con el ABS, se recomienda imprimir el material con una plataforma de cama calentada para evitar deformaciones. Cuando se imprime con ASA, se utilizan configuraciones de impresión similares para el ABS, pero se debe tener especial cuidado al imprimir con una cámara cerrada debido a las emisiones de estireno.

PET

El tereftalato de polietileno, o PET, se ve comúnmente en botellas de plástico desechables. El PET es el filamento ideal para cualquier pieza destinada al contacto con alimentos. Además, el material es bastante rígido y tiene buena resistencia química. Para obtener los mejores resultados al fabricar con PET, debemos imprimir entre 75 y 90ºC. Este material se comercializa comúnmente como un filamento translúcido, y también se venden variantes como PETG, PETE y PETT. Las ventajas del PET incluyen que el material no libera olores al imprimir y es 100% reciclable.

PETG

El PETG, o poliéster glicolizado, es un termoplástico ampliamente utilizado en el mercado de fabricación aditiva, que combina la simplicidad de la impresión 3D con PLA y la resistencia del ABS. Es un plástico amorfo, que puede ser 100% reciclado. Tiene la misma composición química que el tereftalato de polietileno, mejor conocido por sus siglas PET. Se ha agregado glicol para reducir su fragilidad y, por lo tanto, que gane en resistencia.

Policarbonato (PC)

El policarbonato, o PC, es un material de alta resistencia diseñado para aplicaciones de ingeniería. El material tiene buena resistencia a la temperatura y es capaz de resistir cualquier deformación física de hasta 150ºC. Sin embargo, el PC es propenso a absorber la humedad del aire, lo que puede afectar al rendimiento y resistencia durante la impresión. Por lo tanto, el PC debe almacenarse en contenedores herméticos. La industria de fabricación aditiva valora mucho el PC por su solidez y transparencia. Tiene una densidad mucho menor que el vidrio, por lo que es particularmente interesante para diseñar piezas ópticas, pantallas protectoras u objetos decorativos.

Una pieza impresa en 3D hecha de PC.

Polímeros de alto rendimiento (PEEK, PEKK, ULTEM)

La evolución de las tecnologías de impresión 3D ha llevado a un extenso trabajo de investigación sobre materiales de impresión, permitiendo el desarrollo de una gama completa de filamentos de alto rendimiento con características mecánicas similares a las de los metales. Existen varios tipos de materiales de alto rendimiento como PEEK, PEKK o ULTEM: se distinguen por familias como las poliariletercetonas (PAEK) o las polieterimidas (PEI). Estos filamentos tienen una resistencia mecánica y térmica muy alta, son muy fuertes y al mismo tiempo mucho más ligeros que algunos metales. Estas propiedades los hacen muy atractivos en los sectores aeroespacial, automotriz y médico.

Debido a sus características, los polímeros de alto rendimiento no se pueden imprimir en todas las máquinas FDM del mercado. De hecho, la impresora 3D debe tener una placa calefactora capaz de alcanzar al menos 230°C, una extrusión a 350°C y una cámara cerrada. Actualmente, alrededor del 65% de estos materiales están impresos con tecnología FDM, pero también se encuentran en forma de polvo, compatible con la tecnología SLS.

Imagen via VisionMiner

Polipropileno (PP)

El polipropileno es otro termoplástico ampliamente utilizado en el sector automotriz, el sector textil profesional y en la fabricación de cientos de objetos cotidianos. El PP es conocido por su resistencia a la abrasión y su capacidad para absorber golpes, así como por su relativa rigidez y flexibilidad. Sin embargo, los inconvenientes del material incluyen su resistencia a bajas temperaturas y su sensibilidad a los rayos UV que pueden hacer que se expanda. Debido a esto, varios fabricantes han desarrollado tipos alternativos de PP, simili-propilenos, que son más fuertes tanto física como mecánicamente.

Nylon

Los objetos hechos de poliamidas (nylon) generalmente se crean a partir de un polvo fino, blanco y granular con tecnología SLS. Sin embargo, hay algunas variantes del material, como el nylon, que también están disponibles en los filamentos utilizados en el modelado por deposición fundida (FDM). Debido a su biocompatibilidad, las poliamidas se pueden usar para crear partes que entran en contacto con alimentos (excepto los alimentos que contienen alcohol).

Constituidas por estructuras semicristalinas, las poliamidas tienen un buen equilibrio de características químicas y mecánicas que ofrecen buena estabilidad, rigidez, flexibilidad y resistencia a los golpes. Estas ventajas significan que el material tiene muchas aplicaciones en todos los sectores y ofrece un alto nivel de detalle. Debido a su alta calidad, las poliamidas se utilizan en la fabricación de engranajes, piezas para el mercado aeroespacial, automotriz, robótica, prótesis médicas y moldes de inyección.

Imagen via Sculpteo

Composites

Los compuestos son extremadamente beneficiosos cuando se hacen piezas ligeras pero fuertes. Las fibras agregan resistencia a una pieza sin agregar peso, por eso también nos referimos a los compuestos como materiales reforzados con fibra. Hay dos tipos de refuerzos, fibra corta o fibra continua. En el primer caso, las fibras cortas consisten en segmentos de menos de un milímetro de longitud, se mezclan en termoplásticos tradicionales para aumentar la rigidez y, en menor medida, la resistencia de los componentes. Las fibras se pueden mezclar con termoplásticos como nylon, ABS o PLA.

Alternativamente, las fibras se pueden agregar a los termoplásticos continuamente para llegar a una parte más fuerte. La fibra principal utilizada en el sector de la impresión 3D es la fibra de carbono, pero también hay otras fibras como la de vidrio o el Kevlar.

Bobina de filamento reforzado con fibra de carbono.

Materiales híbridos

Hay una variedad de materiales híbridos que mezclan plásticos base con polvos para darles un nuevo color, acabado o propiedades de material adicionales. A menudo basados en PLA, estos materiales generalmente están hechos de 70% de PLA y 30% de material híbrido. Por ejemplo, hay disponibles filamentos a base de madera que van desde bambú, corcho, polvo de madera y más. Estos materiales mezclados con PLA le dan al filamento híbrido una textura más orgánica. Además, algunos de estos materiales finales incorporan polvos metálicos para trabajar con tecnologías basadas en FDM, para dar a las piezas un acabado metálico. Se pueden basar en cobre, bronce, plata y más.

Filamentos 3D a base de madera.

Alúmina

Los objetos de plástico de alúmina se fabrican a partir de una combinación de poliamidas y polvo de aluminio mediante el proceso SLS. El material tiene una superficie grande, ligeramente porosa y un aspecto arenoso y granulado que ofrece una gran resistencia y buena resistencia a la temperatura (hasta 172 ° C). Sin embargo, algunos tratamientos de post-procesamiento son necesarios, como la molienda, el lijado, el recubrimiento o el fresado.

La alúmina se usa para modelos complejos, piezas de diseño o para la producción en series pequeñas de modelos funcionales que necesitan una alta rigidez y una apariencia similar al aluminio. Esta técnica implica pocos límites geométricos.

Materiales solubles

Los materiales solubles son materiales impresos con la intención de disolverse en una etapa futura del proceso de fabricación. Los dos materiales de filamentos solubles más comunes son HIPS (poliestireno de alto impacto) y PVA (acetato de polivinilo). El HIPS está asociado con el ABS y puede disolverse con limoneno, mientras que el PVA está asociado con el PLA y puede disolverse utilizando solo agua.

También hay filamentos BVOH que se están volviendo cada vez más populares, especialmente en impresoras de doble extrusora. Esto se debe a que el material es soluble en agua y, según los expertos, tiene una mayor solubilidad que el PVA.

Materiales flexibles

Un nuevo tipo de filamento, y uno de los más exitosos, son los filamentos flexibles. Son similares al PLA, pero generalmente están hechos de TPE o TPU. La ventaja de usar estos filamentos para la impresión 3D es que permiten la creación de objetos deformables, ampliamente utilizados en la industria de la moda. En general, estos filamentos flexibles tienen las mismas características de impresión que PLA, aunque vienen en una variedad de rangos en función de su rigidez. Vale la pena averiguar qué tipo de extrusora se adapta mejor al material para evitar atascos durante la impresión 3D.