Impresión 3D de TPU:una guía para la impresión 3D de piezas flexibles

¿Alguna vez ha pensado en la impresión 3D de piezas flexibles? Si es así, el poliuretano termoplástico o TPU, como se le conoce comúnmente, es definitivamente un material para agregar a su lista.

La impresión 3D de TPU ofrece posibilidades únicas que de otro modo serían inalcanzables con otros materiales de impresión 3D como ABS, PLA o nailon. Combinando las propiedades del plástico y el caucho, el TPU puede producir piezas elásticas y muy duraderas que se pueden doblar o comprimir fácilmente.

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

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¿Qué es TPU?

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

Es posible que esté más familiarizado con el término TPE o elastómero termoplástico. Anteriormente, el material de referencia para la impresión 3D flexible, el TPE es un plástico muy suave similar al caucho que se puede doblar o estirar sin deformarse. Sin embargo, su suavidad hace que el TPE sea un material muy desafiante para las máquinas extrusoras para imprimir en 3D.

TPU, por otro lado, se puede considerar como la versión más nueva de TPE. El TPU posee una elasticidad similar a la del caucho, alta resistencia al desgarro y a la abrasión, alto alargamiento a la rotura y estabilidad térmica.

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

Pros Contras Aplicaciones Material elástico y blando Higroscópico Artículos deportivos Puede ser muy elástico dependiendo del alargamiento a la rotura Propenso a ensartarse y atascarse Estuches protectores Bajo alabeo y encogimiento Necesita imprimirse a bajas temperaturas Bujes automotrices Resistente a químicos Difícil de postprocesar Componentes amortiguadores de vibraciones Buena resistencia a impactos Buena amortiguación de vibraciones y golpes absorción Disponible en una gama de colores

Aplicaciones

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 deben doblarse y comprimirse.

Bienes de consumo

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

En 2015, New Balance creó zapatillas para correr con entresuelas de TPU impresas en 3D. Usando DuraForm Flex TPU de 3D Systems, impresión 3D y diseño generativo, el gigante del calzado pudo lograr un alto nivel de flexibilidad en sus entresuelas, así como resistencia, peso óptimo y durabilidad.

Médico

Otra aplicación interesante de TPU se encuentra en el sector médico. Por ejemplo, el material se puede utilizar para crear modelos ortopédicos. En 2016, la empresa estadounidense Graphene 3D Lab introdujo un filamento de TPU conductor, adecuado para producir productos electrónicos flexibles, incluidos dispositivos médicos portátiles como pulseras.

Automotriz

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

Un ejemplo innovador es un automóvil eléctrico impreso en 3D producido por la startup china XEV Limited. El automóvil está compuesto por alrededor de 100 partes, muchas de las cuales fueron impresas en 3D con TPU junto con PLA y nailon.

Materiales de TPU disponibles

Fabricante de materiales Nombre de la marca del material Dureza Shore A Propiedades clave Tecnología 3D Systems DuraForm TPU ElastomerShore A La dureza puede variar Resistente a la abrasión y al desgarro

Fácil de procesar

Alargamiento a la rotura 200% SLS ProdwaysTPU-70A70A Alta resolución

Alargamiento A la rotura superior al 300% SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80A Resistencia química y abrasiva de la madera

Elongación a la rotura 600% SLS SinteritFlexa Soft40-55A Elongación a la rotura 137% SLS SinteritFlexa Black80-90A Elongación a la rotura 155% SLS SinteritFlexa Grey70-90A (ajustable) Elongación a la rotura 137% SLS SinteritFlexa Bright79A Elongación a la rotura 317% SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88A Alta resistencia y alta resistencia a la abrasión

Elongación a la rotura 500% SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DLow- flexibilidad de temperatura y estabilidad a los rayos UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50D Alta rigidez con excelente resistencia química y al aceiteFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98A Excelentes propiedades mecánicas, baja deformación y deslizamiento nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75D Ofrece alto módulo y excelentes atributos de procesamientoFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85A Resistencia a la abrasión 20% mejor que ABS y 68% mejor que PLA
Resistente a productos químicos

Alargamiento a la rotura 660% FFF NinjatekCheetah TPU95A Gran resistencia al impacto

Resistencia a la abrasión 40% mejor que el ABS y 76% mejor que el PLA
Elongación a la rotura 580% FFF NinjatekArmadillo TPU75D Rígido, resistente a la abrasión , resistente

Excelentes capacidades de puente y virtualmente sin deformaciones FFF PolymakerPolyFlex ™ TPU9595A Fácil de procesar

Alargamiento a la rotura 330% FFF rígido.inkrigid.ink TPU94ATresistente y duradero

Alargamiento a la rotura 500% FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ARresistente a la abrasión, grasa y aceite FFF FillamentumFlexfill TPU92A y 98A Resistente al aceite con
excelente adherencia entre capas FFF

Impresión 3D con TPU:las tecnologías

Si desea explorar la impresión 3D con este material flexible, existen dos tecnologías principales para elegir:Sinterización selectiva por láser (SLS) y Modelado por deposición fundida (FDM).

Profundicemos en las posibilidades de cada uno.

Sinterización selectiva por láser

La sinterización selectiva por láser (SLS) es una tecnología de impresión 3D de fusión en lecho de polvo que utiliza un rayo láser para fundir y fusionar material en polvo de forma selectiva.

SLS ofrece muchas ventajas para la fabricación industrial, ya que la tecnología es capaz de producir piezas funcionales con grandes propiedades mecánicas. Además, SLS no requiere estructuras de soporte, lo que permite piezas de forma libre sin marcas de extracción de soporte. Sin embargo, las piezas requerirán algún tipo de procesamiento posterior para lograr un mejor acabado superficial.

Inicialmente, la tecnología se utilizó con varios tipos de nailon, pero con los avances recientes en la 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 elastómero DuraForm TPU patentado, que es compatible con su impresora 3D Pro 60 HD-HS.

- Prodways especialista en AM francés tiene TPU-70A en su cartera de materiales con un alargamiento a la rotura de más del 300%. Con TPU-70A, la dureza Shore se puede ajustar en función de la entrada de energía.

- En 2017, el fabricante de materiales alemán Advanc3D presentó el material Adsint TPU 80 shA, que se dice que es el material más elástico disponible comercialmente para la tecnología SLS.

Consejos de diseño al utilizar polvos de TPU

Espesor mínimo de la pared
1,5 mm es el grosor mínimo de la pared cuando se utiliza polvo de TPU. Las piezas impresas en 3D con paredes de 1,5 mm serán muy flexibles, pero también puede hacer que su pieza sea más rígida aumentando el grosor de la pared a 3 mm.

Tamaño mínimo de función
Al diseñar detalles para su pieza de TPU, asegúrese de que tengan un tamaño mínimo de 0,5 mm. Para la visibilidad de los detalles en relieve y grabados, su altura y ancho no deben ser menores a 1,5 mm.

Diseños complejos
Como tecnología de lecho de polvo, SLS puede crear piezas cerradas y entrelazadas, eliminando la necesidad de ensamblar componentes impresos individualmente. Para que esto tenga éxito, tenga en cuenta que el espacio libre entre las piezas debe ser de 1 mm como mínimo. Para objetos grandes, se debe aumentar el espacio libre.

Agujeros de escape
Puede resultar útil ahuecar la pieza, ya que reduce el tiempo de impresión y ahorra material. Sin embargo, al hacerlo, no olvide tener en cuenta los orificios de diseño con un diámetro de al menos 1,5 mm para ayudar a eliminar el polvo adherido dentro de la pieza después del proceso de impresión.

Modelado por deposición fusionada

La tecnología FDM también se puede utilizar con filamentos de TPU.

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

Por otro lado, la impresión 3D con filamentos de TPU usando FDM dará como resultado una pieza con menos precisión dimensional, con capas de impresión visibles que no se pueden suavizar. Además, dado que el TPU es un material blando, particularmente en comparación con los termoplásticos ABS y PLA, los filamentos de TPU pueden flexionarse en el mecanismo de la extrusora, lo que da como resultado que el filamento se enrolle y se obstruya la extrusora. Sin embargo, la suavidad del material es lo que hace que la adhesión capa a capa en las impresiones de TPU sea fuerte y duradera.

5 consejos para imprimir en 3D con filamentos de TPU

Requisitos básicos de la impresora:

• Temperatura del extrusor :225-250 ° C
• Tipo de extrusora :Se recomienda la extrusora de accionamiento directo
• Cama de impresión con calefacción :50 ± 10 ° C
• Refrigeración :se recomienda un ventilador de refrigeración parcial (ajuste medio o alto)
• Recinto :no es necesario
• Superficie de construcción :Cinta Kapton (PEI), cinta de pintor azul

Temperatura de impresión

El rango de temperatura de extrusión recomendado es entre 225-250 ° C dependiendo del tipo de impresora 3D y filamento de TPU que tenga. Sin embargo, tenga en cuenta que imprimir con temperaturas más altas permitirá que el filamento se derrita más rápido y fluya más fácilmente desde una boquilla.

Velocidad

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

Multiplicador de extrusión

Extrusion Multiplier es la configuración de la impresora 3D que le permite controlar la cantidad de filamento que sale de la boquilla o simplemente la tasa de flujo de extrusión. Dado que los filamentos de TPU pueden extruirse incorrectamente durante el proceso de impresión, lo que da como resultado una unión inadecuada de capas y perímetros. Una forma de lidiar con este problema es aumentar ligeramente su multiplicador de extrusión.

Retracción

La retracción es el mecanismo de una impresora 3D, que tira del filamento hacia atrás en la extrusora como un medio para evitar que el filamento derretido rezume. Esta característica es muy útil con filamentos rígidos como PLA y ABS; sin embargo, con filamentos de TPU, las retracciones pueden ser un desafío y pueden resultar en obstrucciones. Por eso es muy recomendable desactivar la retracción para evitar que se estire y comprima el filamento flexible en la boquilla.

Balsas y faldas

Una balsa es una superficie horizontal desechable sobre la cual se imprime una parte y se usa para evitar deformaciones. Sin embargo, dado que las piezas de TPU generalmente no se deforman, no se recomiendan las balsas cuando se imprime en 3D con TPU, al menos porque pueden causar problemas de impresión adicionales debido a las altas velocidades de impresión. Por el contrario, sería aconsejable imprimir una falda (algunos bucles de material alrededor de la impresión) para comprobar el flujo del filamento y garantizar el éxito de las primeras capas.

Conclusión

El TPU es un material muy útil, que proporciona propiedades únicas y una amplia gama de posibles aplicaciones.

Sin embargo, la impresión 3D con TPU puede ser complicada debido a las propiedades únicas del material, por lo que es importante comprender las posibilidades y limitaciones de TPU antes de imprimir. Con esta guía, esperamos que esté bien encaminado para producir con éxito sus piezas de TPU impresas en 3D.