Introducción a la impresión 3D con plásticos

Desde que Chuck Hull imprimió su primer prototipo en casa hace más de 30 años, los plásticos han sido el tipo de material más asociado al campo de la fabricación aditiva. La impresión 3D con plásticos permite la creación rápida de prototipos de calidad, pero con los recientes avances en materiales y tecnología de impresión, también ofrece oportunidades para la creación de piezas funcionales, aptas para la producción en masa. En este breve tutorial, veremos de cerca algunas de las opciones disponibles actualmente para imprimir con plásticos, sus respectivas ventajas / desventajas y algunas de las cosas clave que debe considerar antes de seleccionar un material para su proyecto.

La evolución de los materiales plásticos para la fabricación aditiva

El número de materiales disponibles para proyectos de fabricación aditiva se ha ampliado considerablemente a lo largo de los años, lo que significa que ahora hay una gama de opciones bajo el paraguas de los "plásticos". Por lo tanto, es importante considerar cuidadosamente sus opciones para cada proyecto antes de tomar la decisión de con qué imprimir. Sus opciones incluyen:

• ABS (acrilonitrilo butadieno estireno). El ABS se utiliza para una amplia gama de piezas funcionales hoy en día, que van desde tuberías de desagüe hasta piezas de automóviles, ¡e incluso ladrillos LEGO! El ABS es muy versátil, especialmente resistente, duradero y adecuado para técnicas de posprocesamiento, como lijado o pegado. Sin embargo, el material no es biodegradable y debe almacenarse en un recipiente hermético cuando no esté en uso, ya que puede absorber la humedad y verse afectado por la exposición prolongada a la luz solar, lo que reducirá la calidad de las piezas impresas. Además, los vapores que produce pueden resultar irritantes, lo que significa que se requiere ventilación durante la impresión (aunque algunas impresoras incorporan filtros para compensar esto).
• PLA (ácido poliláctico). El PLA es un material biodegradable creado a partir de fuentes renovables. Esto significa que es especialmente adecuado para imprimir artículos desechables o cualquier pieza cuando los factores ambientales son una preocupación seria. Incluso se ha utilizado en aplicaciones médicas, para crear suturas y piezas quirúrgicas que simplemente se degradan en ácido láctico inofensivo una vez que el paciente sana. Se puede lijar y pintar de la misma forma que el ABS, aunque pegarlo es un poco más duro y no resiste muy bien el calor. También requiere un almacenamiento cuidadoso, como con el ABS, ya que la absorción de humedad puede afectar los resultados impresos.
• PVA (alcohol polivinílico). Este es un plástico especial soluble en agua que se usa a menudo para crear estructuras de soporte para piezas durante el proceso de impresión que simplemente se pueden disolver más tarde. Esto puede acelerar la etapa de posprocesamiento, pero solo se puede lograr utilizando impresoras con múltiples extrusoras. También es bastante caro y requiere un almacenamiento hermético en todo momento.
• PC (policarbonato). Este es un termoplástico muy fuerte y resistente que se usa a menudo para fabricar discos compactos, vidrio a prueba de balas y otros productos donde la durabilidad es un factor clave. Tiene una gran resistencia al impacto y un aspecto transparente que resulta muy atractivo para muchos usuarios. Sin embargo, al igual que con el ABS, requiere ventilación durante la impresión, ya que produce muchas partículas finas que pueden irritar los ojos de los usuarios y obstruir los cabezales de la impresora si no se mantienen adecuadamente. También es más propenso a deformarse que otros materiales.
• HDPE (polietileno de alta densidad). El HDPE es un termoplástico a base de petróleo, que se utiliza a menudo para crear piezas reciclables, como botellas. Su principal desventaja es que es bastante difícil de adherir a otros materiales y puede resultar bastante difícil trabajar con él en comparación con otras opciones. Sin embargo, es una opción muy atractiva para las empresas interesadas en adoptar un enfoque de fabricación sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
• HIPS (poliestireno de alto impacto). Este es otro material de soporte soluble, similar al PVA, aunque se disuelve en limoneno en lugar de agua, y tiene propiedades de material similares al ABS cuando se imprime. Este es un material relativamente nuevo que aún se está estableciendo entre las empresas de fabricación aditiva.
• PA (nailon). El nailon es una adición relativamente reciente a la familia de materiales de impresión 3D que ofrece una versatilidad increíble cuando se trata de opciones de acabado y color. También es un material de baja fricción, lo que lo convierte en una opción muy atractiva para imprimir piezas de máquinas, como engranajes. Es fuerte, duradero y flexible, aunque hay que tener en cuenta que debe secarse antes de imprimir y puede resultar propenso a deformarse si se deja enfriar demasiado rápido. Al imprimir con nailon, la temperatura de impresión suele ser más alta que la de otros materiales, así que asegúrese de que su impresora pueda adaptarse a esto.
• PEEK (polieteretercetona). Se trata de un polímero termoplástico, comúnmente utilizado en el campo médico para la creación de implantes quirúrgicos, gracias a su naturaleza químicamente inerte, biocompatible y esterilizable. También se están realizando investigaciones para determinar sus posibles aplicaciones en la industria automotriz, gracias a sus excelentes propiedades de dureza y abrasión. Sin embargo, a pesar de su considerable versatilidad, PEEK puede ser un desafío para imprimir, por lo que se requerirá una impresora especializada, con una cámara cerrada y una cama de calor capaz de alcanzar temperaturas de hasta 400 ° C.
• TPE (elastómero termoplástico). El TPE es un material versátil, no tóxico y similar al caucho que se usa ampliamente para imprimir piezas flexibles (resortes, carcasas de teléfonos, etc.). Sin embargo, no es adecuado para su uso en todas las impresoras, ya que se sabe que el filamento crea bloqueos en ciertos tipos de extrusoras.
• TPU (poliuretano termoplástico). El TPU es similar al TPE en cuanto a sus propiedades mecánicas, pero es un poco más fácil de imprimir y más adecuado para piezas de trabajo, gracias a su mayor resistencia a la abrasión, disolventes, aceites y grasas. También conserva su elasticidad a temperaturas más frías.
• PMMA (metacrilato de polimetilo). También conocido como plástico acrílico, el PMMA es un plástico rígido y transparente que es ideal para impresiones más pequeñas con muchos detalles finos. Esto lo convierte en una opción extremadamente atractiva para aplicaciones creativas, como miniaturas o esculturas, o cualquier pieza que requiera difusión de luz. No es adecuado para piezas que estarán sujetas a calor o estrés, y aunque el nivel de detalle alcanzable es muy alto, las capas individuales serán un poco más visibles que con otros materiales, por lo que esto debe tenerse en cuenta en su modelo 3D. Además, la impresión con PMMA puede requerir un ajuste fino de la boquilla y la cama de calor, en una impresora con una cámara cerrada para minimizar la contracción durante el proceso de enfriamiento.

Recientemente, se han introducido varios materiales a base de plástico que incorporan elementos metálicos, lo que permite que los objetos se impriman con algunas de las cualidades de las piezas metálicas sin la complejidad añadida de la impresión 3D con metal.

Los puntos clave a considerar al elegir un plástico

1. ¿Qué propiedades del material necesita de su pieza impresa final? Esto debe quedar completamente claro antes de tomar cualquier decisión. Considere para qué se utilizará eventualmente; ¿Está destinado a ser un prototipo o un producto funcional que verá un uso intensivo del día a día?
2. Verifique el diámetro del filamento para asegurarse de que sea compatible con sus impresoras. Si bien algunas impresoras pueden aceptar varios diámetros, vale la pena comprobarlo con anticipación antes de realizar una compra.
3. Verifique el grosor de pared mínimo / máximo que se podrá imprimir y asegúrese de que su modelo 3D se ajuste a esto.
4. Considere si se necesitarán soportes o voladizos durante la impresión y asegúrese de que se tengan en cuenta en su modelo para garantizar su estabilidad. Si su impresora lo permite, es posible que desee considerar un material de apoyo dedicado.
5. Asegúrese de que se utilicen los métodos de almacenamiento correctos. Como habrá visto anteriormente, muchos de los materiales plásticos de impresión 3D de uso común requieren métodos de almacenamiento especiales para garantizar resultados de calidad. Asegúrese de seguir las instrucciones proporcionadas cuando almacene sus filamentos entre proyectos.
6. Asegúrese de que su impresora pueda funcionar a la temperatura de extrusión adecuada para el material elegido y de que se utilice una cama de calentamiento adecuada. La temperatura incorrecta dará lugar a resultados subóptimos.