Diseño de piezas transparentes: Materiales, técnicas y acabados para componentes translúcidos y transparentes

¿Por qué usar piezas transparentes y translúcidas?

Las piezas y prototipos transparentes tienen una gran variedad de aplicaciones. Afortunadamente, también son bastante fáciles de fabricar, con una amplia gama de materiales y tecnologías de prototipado a su disposición.

Este artículo repasa los fundamentos de las piezas transparentes y translúcidas: por qué podría necesitarlas, qué materiales puede usar, qué tecnologías de fabricación están disponibles y otras consideraciones como el pulido y el teñido de sus piezas transparentes.

Los diseñadores de productos pueden desear piezas transparentes por diversas razones. Mire a su alrededor y probablemente verá al menos un objeto artificial transparente o translúcido, ya sea una ventana de cristal, un recipiente transparente, un vaso de plástico o un envase de alimentos.

En general, sin embargo, hay tres razones (a veces superpuestas) para fabricar piezas transparentes, y las explicaremos aquí.

Recuerde que la transparencia significa totalmente claro, de modo que se puede ver exactamente lo que hay detrás del material, mientras que la translucidez significa parcialmente claro, de modo que se puede ver la luz que atraviesa el material o una representación borrosa de lo que hay detrás.

• Visibilidad: En primer lugar, están aquellas piezas diseñadas para ser transparentes para que los humanos puedan ver a través de ellas por razones funcionales. Estas incluyen cosas como ventanas, gafas, recipientes de alimentos, portatarjetas de identificación y cajas de plástico para material de oficina. Las piezas de esta categoría son típicamente totalmente transparentes: están diseñadas para que los humanos vean exactamente lo que hay detrás del material claro.
• Luz: En segundo lugar, tenemos la categoría de piezas que necesitan ser transparentes por razones funcionales no relacionadas con la vista humana. Estos incluyen cualquier objeto donde la luz debe pasar a través del material transparente para un propósito mecánico o práctico. Ejemplos incluyen ventanas de paneles solares, invernaderos y terrarios. Artículos como cubiertas de linternas y frontales, aunque relacionados con la vista humana, también pueden considerarse aquí, ya que el propósito de la sección de plástico transparente es dejar salir la luz, no revelar lo que hay dentro de la pieza.
• Estética: En tercer lugar, hay piezas transparentes o translúcidas cuya claridad es puramente por razones estéticas. Los humanos pueden mirar a través de la pieza o ver la luz que viene detrás de ella, pero esto no sirve para ningún propósito práctico. Estas piezas transparentes incluyen hardware de videojuegos y ordenadores transparentes, juguetes, relojes de pulsera de plástico, instrumentos musicales de acrílico, bolsos de diseñador y algunos mangos de herramientas/utensilios.

¿Qué materiales están disponibles?

Varios materiales pueden usarse para fabricar piezas transparentes o translúcidas. Estos varían según el proceso de fabricación utilizado.

Proceso	Material	Ventajas	Desventajas
SLA	Resina transparente	Eficiente en tiempo y coste Alta resolución	Muy frágil y quebradiza Requiere material de soporte
Mecanizado CNC	PMMA (Acrílico)	Nivel de claridad muy alto Fácil de pulir	Frágil comparado con PC
	PC (Policarbonato)	Alta resistencia al impacto Alta resistencia a la temperatura	Menos transparente que PMMA Más caro que PMMA
	ABS	Alta resistencia al impacto Bajo coste Resistente a grietas por tensión	Más difícil de colorear que PC
Moldeo por inyección	PMMA	Nivel de claridad muy alto Fácil de pulir Fácil de mezclar colorantes	Frágil comparado con PC La resina debe secarse antes del moldeo
	PC	Alta resistencia al impacto Alta resistencia a la temperatura	Menos transparente que PMMA Más caro que PMMA La resina debe secarse antes del moldeo
	ABS	Alta resistencia al impacto Bajo coste Resistente a grietas por tensión	Más difícil de colorear que PC
Vacío de uretano	PX520 (tipo PC)	Mayor resistencia al impacto	Inferior al PC real
	PX521 (tipo PMMA)	Mayor nivel de claridad	Inferior al PMMA real

Cómo fabricar piezas transparentes y translúcidas

Hay cuatro técnicas principales para fabricar piezas de plástico transparentes y translúcidas, todas ofrecidas por 3ERP. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, aunque el mecanizado CNC y el utillaje rápido / moldeo por inyección son generalmente mejores para piezas de uso final.

SLA (Estereolitografía)

La estereolitografía (SLA) es un proceso de impresión 3D que utiliza un láser enfocado para solidificar capas de resina curable por UV. Es una de las formas más rápidas y rentables de fabricar piezas transparentes, especialmente piezas complejas con entalladuras.

Ventajas:

• Muy rápido
• Rentable
• Soporta geometrías complejas
• Alta resolución

Desventajas:

• Produce piezas débiles y frágiles
• Las estructuras de soporte deben eliminarse tras la impresión
• Materiales limitados a formulaciones de resina específicas de marca
• No práctico ni asequible para pedidos de múltiples unidades

Vacío de uretano

El vaciado de uretano, un proceso para fabricar piezas de uretano usando moldes de silicona temporales, es la mejor manera de crear 10–20 copias de una pieza transparente, sin importar su nivel de complejidad. Al igual que SLA, no produce piezas fuertes, pero sí acabados superficiales excelentes.

Ventajas:

• Rentable
• Muy fácil de teñir
• Simula moldeo 2K
• Buen aspecto

Desventajas:

• La transparencia no es del 100%
• Produce piezas débiles y frágiles
• Los moldes solo duran unas 20 inyecciones

Mecanizado CNC

El mecanizado CNC, un proceso de fabricación sustractivo en el que se elimina material selectivamente de un bloque, es la única forma de lograr un prototipo con transparencia perfecta, y también puede usarse para fabricar piezas translúcidas lechosas a partir de materiales como DF23. El mecanizado CNC también produce detalles superfinos si se usan fresas pequeñas (R0.1mm, R0.05mm, etc.).

Más información sobre mecanizado de acrílico.

Ventajas:

• Alta calidad
• Alto nivel de claridad
• Varias opciones de material

Desventajas:

• Costoso en grandes cantidades
• Menos libertad geométrica que SLA

Moldeo por inyección

El moldeo por inyección, el proceso de inyectar resina fundida en un molde metálico, es adecuado para ciertas piezas transparentes. El utillaje rápido —fabricar un molde de aluminio de bajo coste— es adecuado para 100+ piezas, mientras que el utillaje de producción es mejor cuando se requieren 10.000+ piezas transparentes.

Ventajas:

• Alta calidad
• Rentable en grandes cantidades
• Amplia gama de materiales

Desventajas:

• No adecuado para pedidos de bajo volumen (1–100)
• Algunas restricciones geométricas

Otros métodos

El corte por láser o chorro de agua permite fabricar piezas con geometría simple. Con cualquiera de estos métodos, podemos fabricar piezas a partir de láminas de material transparente que podrían ser demasiado caras para mecanizado CNC o vaciado de uretano, o que no son mecánicamente adecuadas para moldeo por inyección.

Más información sobre cómo cortar láminas de acrílico y PC.

Cómo pulir y añadir color a piezas transparentes

Pulido

Al fabricar piezas transparentes, el post-procesado es necesario para lograr el nivel de transparencia requerido. En general, el pulido tras la fabricación es la mejor manera de hacer que las piezas SLA y CNC sean totalmente transparentes.

Para materiales mecanizados por CNC, especialmente PMMA, el pulido puede aumentar enormemente la claridad, en parte porque el acrílico es altamente resistente a los pequeños arañazos que pueden causar los equipos de pulido. Los enfoques de pulido incluyen bruñido, pulido con llama (para piezas estándar/no críticas) y mecanizado óptico. El PC es más vulnerable a arañazos, por lo que se usa pulido al vapor para aumentar la claridad.

El pulido también mejora la claridad de las piezas SLA. Para estas piezas transparentes impresas en 3D, un proceso de tres partes de lijado en húmedo, limpieza con corcho y pulido con paño de microfibra puede producir buenos resultados.

Color

Además del pulido, podemos introducir color en piezas transparentes, generalmente por razones estéticas. Con piezas moldeadas por inyección o vaciadas de uretano, podemos facilitar auto-textura y auto-color durante la etapa de moldeo añadiendo colorantes y otros aditivos. Alternativamente (o adicionalmente), podemos añadir tintes o capas de pintura tras el proceso de moldeo, lo que permite tener dos colores en la pieza final.

Para piezas transparentes mecanizadas por CNC, podemos usar técnicas como arenado, teñido o pintura texturizada para ajustar la apariencia. Un aspecto excelente puede lograrse en muchas piezas transparentes usando un proceso de teñido. Los colores posibles incluyen rojo, amarillo, azul y naranja. (Algunos colores como el gris son más difíciles de controlar). La pintura es otra opción simple, pero puede producir problemas como piel de naranja: una textura superficial irregular indeseable.

Más información sobre cómo teñimos piezas de PMMA y PC.