Domina la impresión 3D con TPU: Tu guía completa para piezas flexibles y duraderas

¿Alguna vez has pensado en imprimir piezas flexibles en 3D? Si es así, el Poliuretano Termoplástico o TPU, como se conoce comúnmente, es definitivamente un material para añadir a tu lista.

La impresión 3D con TPU ofrece posibilidades únicas que de otro modo son inalcanzables con otros materiales de impresión 3D como ABS, PLA o nailon. Combinando las propiedades de plástico y caucho, el TPU puede producir piezas elásticas, altamente duraderas que pueden doblarse o comprimirse fácilmente.

En el tutorial de hoy, exploraremos los beneficios y aplicaciones del TPU, las tecnologías que soportan el material, así como algunos consejos para hacer la impresión 3D con TPU lo más fácil y eficiente posible.

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¿Qué es el TPU?

El Poliuretano Termoplástico (TPU) pertenece a la familia de los elastómeros termoplásticos y combina las mejores propiedades de los termoplásticos y cauchos (termoestables).

Puede que estés más familiarizado con el término TPE —o Elastómero Termoplástico. Anteriormente el material de referencia para impresión 3D flexible, el TPE es un plástico muy blando, tipo caucho, que puede doblarse o estirarse sin deformación. Sin embargo, su blandura hace del TPE un material muy desafiante para extrusoras de máquina en impresión 3D.

El TPU, por otro lado, puede considerarse la versión más nueva del TPE. El TPU posee elasticidad tipo caucho, alta resistencia al desgarro y abrasión, alta elongación a la rotura y estabilidad térmica.

Además, el TPU también es resistente a aceites, grasas y una variedad de disolventes. Al ser más firme que el TPE, el TPU es por tanto también mucho más fácil de imprimir en 3D.

VentajasDesventajasAplicaciones Material elástico y blandoHigroscópicoArtículos deportivos Puede ser muy elástico según elongación a roturaPropenso a hilado y obstruccionesFundas protectoras Baja deformación y contracciónRequiere imprimir a bajas temperaturasBujes de automoción Resistente a químicosDifícil de post-procesarComponentes amortiguadores de vibraciones Buena resistencia al impacto Buen amortiguamiento de vibraciones y absorción de impactos Disponible en gama de colores

Aplicaciones

El TPU tiene una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, es una buena opción para imprimir en 3D prototipos funcionales flexibles o piezas de uso final que necesitan doblarse y comprimirse.

Bienes de consumo

Para bienes de consumo, el TPU es ideal para producir accesorios, como fundas de móvil, y componentes de calzado.

En 2015, New Balance creó zapatillas de running con mediasuelas impresas en 3D con TPU. Usando DuraForm Flex TPU de 3D Systems, impresión 3D y diseño generativo, el gigante del calzado logró un alto nivel de flexibilidad en sus mediasuelas, así como fuerza, peso óptimo y durabilidad.

Médico

Otra aplicación interesante del TPU es en el sector médico. Por ejemplo, el material puede usarse para crear modelos ortopédicos. En 2016, la empresa estadounidense Graphene 3D Lab introdujo un filamento de TPU conductor, adecuado para producir electrónica flexible, incluyendo dispositivos médicos vestibles como pulseras.

Automoción

Con su alta resistencia química a aceites y grasas, el TPU es ideal para aplicaciones de automoción como sellos, juntas, tapones, tubos y aplicaciones protectoras.

Un ejemplo innovador es un coche eléctrico impreso en 3D producido por la startup china XEV Limited. El coche está compuesto por unas 100 piezas, muchas de las cuales se imprimieron en 3D con TPU junto con PLA y nailon.

Materiales TPU Disponibles

Fabricante de MaterialNombre Comercial del MaterialDureza Shore APropiedades claveTecnología 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerLa dureza Shore A puede variarResistente a abrasión y desgarro

Fácil de procesar

Elongación a rotura 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AAlta resolución

Elongación a rotura superior a 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80ABuena resistencia abrasiva y química

Elongación a rotura 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55AElongación a rotura 137%SLS SinteritFlexa Black80-90AElongación a rotura 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (ajustable)Elongación a rotura 137%SLS SinteritFlexa Bright79AElongación a rotura 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AAlta fuerza y alta resistencia abrasiva

Elongación a rotura 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DFlexibilidad a baja temperatura y estabilidad UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DAlta rigidez con excelente resistencia química y a aceitesFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AExcelentes propiedades mecánicas, baja deformación y contracción FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DOfrece alto módulo y excelentes atributos de procesamientoFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AResistencia a abrasión 20% mejor que ABS y 68% mejor que PLA
Resistente a químicos

Elongación a rotura 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AGran resistencia al impacto

Resistencia a abrasión 40% mejor que ABS y 76% mejor que PLA
Elongación a rotura 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DRígido, resistente a abrasión, tenaz

Excelentes capacidades de puenteo y virtualmente sin warping FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AFácil de procesar

Elongación a rotura 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94ATenaz y duradera

Elongación a rotura 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95AResistente a abrasión, grasa y aceite FFF FillamentumFlexfill TPU92A y 98AOil resistant with
excellent inter-layer adhesion FFF

Impresión 3D con TPU: Las Tecnologías

Si quieres explorar la impresión 3D con este material flexible, hay dos tecnologías principales para elegir: Sinterizado Selectivo por Láser (SLS) y Modelado por Deposición Fundida (FDM).

Profundicemos en las posibilidades de cada una.

Sinterizado Selectivo por Láser

El Sinterizado Selectivo por Láser (SLS) es una tecnología de fusión de lecho de polvo que usa un haz láser para fundir y sinterizar selectivamente material en polvo.

SLS ofrece muchas ventajas para fabricación industrial, ya que la tecnología es capaz de producir piezas funcionales con excelentes propiedades mecánicas. Además, SLS no requiere estructuras de soporte, permitiendo piezas de forma libre sin marcas de remoción de soporte. Sin embargo, las piezas requerirán algún tipo de post-procesado para lograr un mejor acabado superficial.

Inicialmente, la tecnología se usaba con varios tipos de nailon pero con avances recientes en investigación de materiales, ahora es posible sinterizar polvo de TPU.

Actualmente, hay algunos fabricantes en el mercado que ofrecen polvo de TPU con varios grados de dureza shore:

– 3D Systems ofrece su DuraForm TPU Elastomer propietario, compatible con su impresora 3D Pro 60 HD-HS.

– El especialista francés en AM Prodways tiene TPU-70A en su cartera de materiales con elongación a rotura superior a 300%. Con TPU-70A, la dureza shore puede ajustarse según aporte de energía.

– En 2017, el fabricante alemán de materiales Advanc3D introdujo el material Adsint TPU 80 shA, dicho ser el material más elástico comercialmente disponible para tecnología SLS.

Consejos de diseño al usar polvos TPU

Espesor mínimo de pared
1,5 mm es el espesor mínimo de pared al usar polvo TPU. Piezas impresas en 3D con paredes de 1,5 mm serán muy flexibles pero también puedes hacer tu pieza más rígida aumentando el espesor de pared a 3 mm.

Tamaño mínimo de característica
Al diseñar detalles para tu pieza de TPU, asegúrate de que sean de mínimo 0,5 mm de tamaño. Para la visibilidad de detalles en relieve y grabados, su altura y anchura no deben ser menores de 1,5 mm.

Diseños complejos
Como tecnología de lecho de polvo, SLS puede crear piezas cerradas e interlocking, eliminando la necesidad de ensamblar componentes impresos individualmente. Para que esto tenga éxito, ten en cuenta que la holgura entre piezas debe ser mínimo 1 mm. Para objetos grandes, la holgura debe aumentarse.

Orificios de escape
Huecar tu pieza puede ser útil, ya que reduce tiempo de impresión y ahorra material. Sin embargo, al hacerlo, no olvides incluir en tu diseño agujeros con diámetro de al menos 1,5 mm para ayudar a remover el polvo atrapado dentro de tu pieza tras el proceso de impresión.

Modelado por Deposición Fundida

La tecnología FDM también puede usarse con filamentos TPU.

Hay dos beneficios principales de usar FDM en lugar de SLS al fabricar piezas de TPU: primero, FDM es menos costoso y segundo, es típicamente más rápido producir piezas de TPU con filamentos que con polvos.

Por otro lado, la impresión 3D con filamentos TPU usando FDM resultará en una pieza menos dimensionalmente precisa, con capas de impresión visibles que no pueden alisarse. Además, como el TPU es un material blando, particularmente comparado con termoplásticos ABS y PLA, los filamentos TPU pueden flexionar en el mecanismo del extrusor, resultando en enrollado del filamento y obstrucción de un extrusor. Sin embargo, la blandura del material es lo que hace que la adherencia capa a capa en impresiones TPU sea fuerte y duradera.

5 Consejos para impresión 3D con filamentos TPU

Requisitos básicos de impresora:

• Temperatura del extrusor: 225-250°C
• Tipo de extrusor: Se recomienda extrusor Direct Drive
• Cama de impresión calentada: 50 ±10 °C
• Enfriamiento: ventilador de enfriamiento de pieza recomendado (ajuste medio o alto)
• Cámara cerrada: no necesaria
• Superficie de construcción: cinta Kapton (PEI), cinta de pintor azul

Temperatura de impresión

El rango de temperatura de extrusión recomendado está entre 225-250°C dependiendo del tipo de impresora 3D y filamento TPU que tengas. Sin embargo, ten en cuenta que imprimir a temperaturas más altas permitirá que el filamento se funda más rápido y fluya más fácilmente desde la boquilla.

Velocidad

El TPU típicamente imprime mejor a velocidades más lentas. Es una buena práctica establecer la mitad de la velocidad promedio (15 mm/s – 20 mm/s) para asegurar impresiones de alta calidad.

Multiplicador de extrusión

El Multiplicador de Extrusión es el ajuste de la impresora 3D que te permite controlar cuánto filamento sale de la boquilla o simplemente la tasa de flujo de extrusión. Como los filamentos TPU pueden extruir incorrectamente durante el proceso de impresión, resultando en unión incorrecta de capas y perímetros. Una forma de lidiar con este problema es aumentar ligeramente tu multiplicador de extrusión.

Retracción

La retracción es el mecanismo en una impresora 3D que tira del filamento hacia atrás en el extrusor como medio para prevenir el goteo del filamento fundido. Esta característica es muy útil con filamentos rígidos como PLA y ABS, sin embargo, con filamentos TPU, las retracciones pueden ser desafiantes y resultar en obstrucción. Por eso es altamente recomendable desactivar la retracción para prevenir estiramiento y compresión del filamento flexible en la boquilla.

Balsas y faldas

Una balsa es una superficie horizontal desechable sobre la cual se imprime una pieza, y se usa para prevenir warping. Sin embargo, como las piezas de TPU usualmente no hacen warping, las balsas no se recomiendan al imprimir en 3D con TPU, no al menos porque pueden causar problemas adicionales de impresión debido a altas velocidades de impresión. En contraste, sería sabio imprimir una falda —unos bucles de material alrededor de la impresión— para verificar el flujo del filamento y asegurar el éxito de las primeras capas.

Conclusión

El TPU es un material altamente útil, proporcionando propiedades únicas y una amplia gama de aplicaciones posibles.

Sin embargo, la impresión 3D con TPU puede ser complicada debido a las propiedades únicas del material, por eso es importante entender las posibilidades y limitaciones del TPU antes de imprimir. Con esta guía, esperamos que ahora estés bien encaminado para producir exitosamente tus piezas de TPU impresas en 3D.