Guía completa de materiales para impresión 3D FDM: PLA, ABS y opciones emergentes

Introducción

Elegir el tipo de material adecuado para imprimir un objeto es cada vez más difícil, ya que el mercado de impresión 3D ve la aparición regular de materiales radicalmente nuevos. En la impresión 3D FDM, PLA y ABS han sido históricamente los dos polímeros principales, pero su dominio inicial fue mostly fortuito, por lo que no debería haber grandes obstáculos para que otros polímeros jueguen un papel clave en el futuro del FDM.

Ahora vemos que nuevos productos se vuelven más populares, tanto polímeros puros como compuestos. En este estudio nos centramos en los principales polímeros puros que existen hoy en el mercado: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (flexible) y PC. Resumimos las diferencias clave entre sus propiedades en perfiles instantáneos para que los usuarios puedan decidir rápidamente el mejor polímero para su aplicación.

Metodología

Los materiales suelen clasificarse en 3 categorías: rendimiento mecánico, calidad visual y proceso. En este caso, desglosamos aún más estas categorías para ofrecer una imagen más clara de las propiedades del polímero. La elección del material depende realmente de lo que el usuario quiera imprimir, por lo que enumeramos los criterios clave de decisión necesarios para elegir un material (aparte del coste y la velocidad):

• Facilidad de impresión: Qué tan fácil es imprimir un material: adhesión a la cama, velocidad máxima de impresión, frecuencia de impresiones fallidas, precisión de flujo, facilidad para alimentar la impresora, etc.
• Tensión máxima: Tensión máxima que el objeto puede soportar antes de romperse al estirarlo lentamente.
• Alongamiento a la rotura: Longitud máxima a la que el objeto se ha estirado antes de romperse.
• Resistencia al impacto: Energía necesaria para romper un objeto con un impacto repentino.
• Adhesión entre capas (isotropía): Qué tan buena es la adhesión entre capas de material. Está vinculada a la «isotropía» (uniformidad en todas las direcciones): mejor adhesión entre capas, objeto más isotrópico.
• Resistencia al calor: Temperatura máxima que el objeto puede soportar antes de ablandarse y deformarse.

También proporcionamos información adicional no capturada en el diagrama, por dos razones:

• No son intrínsecamente «buenas» ni «malas»; son solo propiedades adecuadas para algunas aplicaciones y no para otras, como la rigidez.
• No tenemos una buena evaluación cuantitativa, pero sabemos que es un factor importante, como la resistencia a la humedad o la toxicidad.

Resultados

Cada material ha sido clasificado según los siguientes criterios en una escala de 1 (bajo) a 5 (alto). Son calificaciones relativas para el proceso FDM; serían muy diferentes si se consideraran otras tecnologías de fabricación. Usando datos de Optimatter, los polímeros se han clasificado según los diferentes criterios considerados:

Consigue tus piezas impresas en estos materiales:

PLA ABS PET Nylon TPU

PLA

El PLA es el polímero más fácil de imprimir y proporciona buena calidad visual. Es muy rígido y bastante fuerte, pero muy frágil.

Ventajas	Desventajas
De origen biológico, biodegradable	Baja resistencia a la humedad
Inodoro	No se pega fácilmente
Se puede post-procesar con papel de lija y pintar con acrílicos
Buena resistencia UV

ABS

El ABS se suele elegir sobre el PLA cuando se requiere mayor resistencia a la temperatura y mayor tenacidad.

Ventajas	Desventajas
Se puede post-procesar con vapores de acetona para acabado brillante	Sensible a UV
Se puede post-procesar con papel de lija y pintar con acrílicos	Olor al imprimir
La acetona también sirve como pegamento fuerte	Posibles altas emisiones de humos
Buena resistencia a la abrasión

PET

El PET es un polímero ligeramente más blando, bien equilibrado y con interesantes propiedades adicionales y pocos inconvenientes mayores.

Ventajas	Desventajas
Puede entrar en contacto con alimentos	Más pesado que PLA y ABS
Alta resistencia a la humedad
Alta resistencia química
Reciclable
Buena resistencia a la abrasión
Se puede post-procesar con papel de lija y pintar con acrílicos

Nylon

El Nylon posee excelentes propiedades mecánicas, en particular la mejor resistencia al impacto para un filamento no flexible. La adhesión entre capas puede ser un problema, sin embargo.

Ventajas	Desventajas
Buena resistencia química	Absorbe humedad
Alta resistencia	Posibles altas emisiones de humos

TPU

El TPU se usa principalmente para aplicaciones flexibles, pero su muy alta resistencia al impacto puede abrir otras aplicaciones.

Ventajas	Desventajas
Buena resistencia a la abrasión	Difícil de post-procesar
Buena resistencia a aceites y grasas	No se pega fácilmente

PC

El PC es el material más fuerte de todos y puede ser una alternativa interesante al ABS, ya que las propiedades son bastante similares.

Ventajas	Desventajas
Se puede esterilizar	Sensible a UV
Fácil de post-procesar (lijado)

Conclusión

Elegir el polímero adecuado es fundamental para obtener las propiedades correctas en una pieza impresa en 3D, especialmente si la pieza tiene un uso funcional. Este artículo ayudará a los usuarios a encontrar el material adecuado según las propiedades que necesiten. Sin embargo, los proveedores de materiales a menudo ofrecen mezclas o aditivos para modificar las propiedades del polímero puro (ej. añadir fibra de carbono para hacerlo más rígido). No abordamos estas formulaciones más complejas en este artículo, pero puedes encontrar datos sobre algunos de estos productos en nuestra herramienta de optimización en OptiMatter.

Descargo de responsabilidad

• Las calificaciones dadas en este artículo son para un polímero promedio que representa la química general, pero el rendimiento variará según el producto o proveedor real que el usuario compre.
• Todos los datos subyacentes a nuestras calificaciones en este estudio fueron medidos por 3D Matter, excepto la Resistencia al Calor, para la cual usamos la temperatura de transición vítrea dada por múltiples proveedores de filamento.
• Para las secciones llamadas "Consideraciones adicionales", usamos una combinación de evaluaciones de terceros y nuestras propias observaciones.
• El tipo de Nylon que discutimos es Nylon 6, no Nylon 11 o 12.
• La calidad visual se prueba sin post-procesado significativo. Hay formas de suavizar las impresiones y mejorar significativamente la calidad visual de un polímero dado (ej. usar vapor de acetona en ABS).
• La toxicidad de los polímeros de impresión 3D aún no se comprende bien y es un factor que podría jugar un papel más importante en el futuro. Basamos nuestros comentarios sobre toxicidad en un estudio de Azimi et al. [1]

[1] Azimi et al, Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments, Environmental Science & Technology, 2016

Un gran agradecimiento a 3D Matter por compartir esta investigación de materiales con nuestra comunidad.