Materiales de impresión 3D tratados en este artículo:
- PLA - Material para aficionados
- ABS - Material industrial de gama baja
- PETG - Material industrial de gama baja
- Nylon - Material resistente y flexible de nicho
- TPE - Material flexible de nicho
- Policarbonato - Material industrial de gama media
- PEEK/ULTEM - Superplásticos, idóneos para usos industriales
- Plásticos reforzados con microfibras - Superplásticos, idóneos para usos industriales
- Fibras continuas (fibra de carbono, fibra de vidrio y kevlar) - Materiales compuestos, idóneos para usos industriales
El proceso de impresión FFF (fabricación con filamento fundido) es increíblemente adaptable, pero no sirve para todos los plásticos. Debido a las estrictas restricciones para extruir con precisión el plástico de una boquilla diminuta, los plásticos tradicionales optimizados originalmente para el moldeo por inyección no se pueden imprimir. Sin embargo, los plásticos imprimibles abarcan una enorme variedad de composiciones, limitaciones de impresión y propiedades de los materiales. Para encontrar el material adecuado hay que adecuar los requisitos de las aplicaciones a las propiedades de los materiales con los que se puede imprimir. En este artículo analizamos los pros y contras de diversos termoplásticos.
Además de imprimir termoplásticos, Markforged también adapta el proceso de FFF para imprimir materiales no plásticos. En la fabricación con filamento continuo (CFF), una impresora 3D FFF con una segunda boquilla específica deposita fibra de carbono, fibra de vidrio o Kevlar® de forma continua en una pieza. La fabricación aditiva por difusión atómica (ADAM) se basa en la tecnología existente del moldeo por inyección de metales (MIM), utilizando un proceso basado en la FFF para imprimir polvo metálico envuelto en un aglutinante plástico. Estas piezas impresas se introducen en un baño de disolvente para eliminar el material aglutinante y se sinterizan para convertirse en piezas totalmente metálicas.
Termoplásticos estándar
A medida que la impresión 3D se ha expandido rápidamente, también lo ha hecho la variedad de filamentos de impresión. A pesar de este auge, la mayoría de los termoplásticos imprimibles en 3D mediante la FFF se clasifican en tres categorías: termoplásticos básicos, termoplásticos de nicho y superplásticos.
Termoplásticos básicos: Estos plásticos no tienen cualidades excelentes, pero son los termoplásticos de impresión más utilizados. El PLA, el plástico de impresión más común, se imprime bien y posee unas propiedades mecánicas aceptables; sin embargo, su total falta de resistencia al calor y su escasa durabilidad hacen imposible su uso en entornos industriales. El ABS tiene una resistencia superior al calor, pero no es especialmente fuerte y reacciona mal con la mayoría de los productos químicos de fabricación. El PETG, un subconjunto de impresión del polietileno, está a medio camino entre los dos: un poco más fuerte que el ABS y un poco más resistente al calor que el PLA, pero no es lo suficientemente resistente para la mayoría de los entornos de fabricación.
Termoplásticos de nicho: Los termoplásticos de nicho tienen una o dos facetas excelentes que los hacen muy útiles en aplicaciones específicas. El nylon es un ejemplo perfecto. No es rígido ni especialmente fuerte y prácticamente no resiste el calor, pero es extremadamente duradero y tiene una notable resistencia química. Por eso se utiliza en aplicaciones donde la flexibilidad y la durabilidad son lo más importante. El TPU (o TPE) es un material extremadamente dúctil que tiene propiedades similares al nylon, con un poco más de flexibilidad. El policarbonato es un plástico excelente en muchos aspectos —bastante fuerte y resistente al calor—, pero solo es moderadamente duradero y resistente a los productos químicos.
Superplásticos: Estos materiales poseen todas las cualidades necesarias para ser utilizados en entornos de fabricación. PEEK y Ultem son plásticos fuertes y rígidos con una resistencia al calor y a los productos químicos extremadamente alta. Los ingenieros los utilizaban mucho en la fabricación antes de que fueran imprimibles en 3D, y ahora utilizan impresoras para crear utillajes resistentes a medida con estos materiales.
Termoplásticos rellenos
Un termoplástico relleno es un material en el que un plástico estándar se impregna de partículas diminutas de un segundo material. La concentración del segundo material puede variar, pero sigue siendo principalmente un termoplástico por composición y comportamiento del material. Añadir partículas de un material más resistente al termoplástico puede alterar muchas propiedades del material (aunque la resistencia química sigue dependiendo totalmente del plástico).
Los termoplásticos rellenos se dividen en dos grupos: plásticos rellenos de materiales exóticos y plásticos reforzados con microfibras. Los plásticos rellenos de materiales exóticos se parecen más a los plásticos de nicho, ya que sus materiales secundarios (café, madera y otros materiales) alteran la textura y el aspecto más que las propiedades mecánicas. Los plásticos reforzados con microfibras, por su parte, utilizan fibras de calidad industrial para mejorar las propiedades materiales de los termoplásticos de impresión. El más común es el nylon reforzado con microfibras de carbono, un plástico base de nylon impregnado de trozos microscópicos de fibra de carbono.
Añadiendo la cantidad adecuada de fibra de carbono al nylon, este deja de ser un plástico especializado y se transforma en un superplástico. Las fibras aumentan significativamente la dureza, la rigidez y la resistencia al calor, y la estabilidad dimensional que añade la fibra de carbono hace que el plástico se imprima igual de bien que cualquier plástico de FFF existente. Las piezas impresas en 3D en este material son excelentes en una amplia variedad de aplicaciones, y a menudo se confunden con piezas que no son impresas. El material Onyx de Markforged es un plástico relleno de fibra de carbono de esta variedad.
Rellenando nylon con fibra de carbono se obtiene un material completamente diferente. La fibra de carbono adicional aumenta aún más la resistencia y la rigidez, pero en detrimento de la calidad de impresión. A medida que aumenta la concentración de partículas de fibra de carbono, el termoplástico aglutinante no puede fluir correctamente a través del sistema de impresión, dejando piezas que presentan defectos visibles y una textura superficial rugosa. Estos materiales, aunque son muy destacables, están más cerca de los plásticos de nicho que de los superplásticos.
Fibras continuas (CFF)
Aunque las microfibras de carbono destacan por su capacidad para mejorar los termoplásticos, las fibras continuas pueden añadir mucha más resistencia a las piezas. Markforged utiliza una combinación de impresión FFF y fabricación con fibra continua (CFF) para aplicar fibras de hebra larga en piezas termoplásticas impresas de forma convencional. Esta tecnología también se basa en la extrusión e imprime a través de una boquilla secundaria pero, en lugar de fundir todo el filamento, utiliza el calor de la boquilla para «planchar» las fibras hasta formar una capa termoplástica. Las fibras no se funden, sino que son capturadas por la matriz termoplástica de forma similar a como los adhesivos termoestables, como el epoxi, capturan las fibras en los métodos tradicionales de fabricación de fibras.
Las piezas resultantes son un orden de magnitud más fuertes, rígidas y duraderas que las de plástico (con o sin relleno) y mantienen la resistencia al calor, la resistencia química y la calidad de impresión de su material de matriz termoplástica. Con Markforged, se puede imprimir nylon reforzado con microfibras de carbono (Onyx) con refuerzo de fibra continua.
Metal (ADAM)
Para imprimir con metal, la Metal X de Markforged imprime con una forma especializada de FFF denominada «fabricación aditiva por difusión atómica» (ADAM). Al igual que los termoplásticos rellenos, la máquina extruye un filamento compuesto por un aglutinante plástico relleno de pequeños polvos metálicos en un proceso casi idéntico al de la FFF. La pieza resultante se lava para eliminar el material aglutinante y se sinteriza para obtener una pieza metálica. Estas piezas son totalmente metálicas, pero presentan propiedades geométricas similares a las de las piezas de plástico de FFF convencionales. Para obtener más información sobre este proceso, consulte la página Metal X.