Materiales de impresión 3D FDM comparados

Introducción

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

Ahora estamos viendo nuevos productos que se vuelven más populares, tanto polímeros puros como compuestos. En este estudio nos centramos en los principales polímeros puros que existen en el mercado actualmente:PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Flexible) y PC. Resumimos las diferencias clave entre sus propiedades en perfiles instantáneos para que los usuarios puedan tomar una decisión rápida sobre el mejor polímero a utilizar para su aplicación.

Metodología

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

• Facilidad de impresión: Qué 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.
  
• Esfuerzo máximo: Esfuerzo máximo al que puede someterse el objeto antes de romperse al tirar lentamente de él.
  
• Alargamiento a la rotura: Longitud máxima que ha estado estirado el objeto antes de romperse.
  
• Resistencia al impacto: Energía necesaria para romper un objeto con un impacto repentino.
  
• Adhesión de capas (isotropía): Qué tan buena es la adherencia entre capas de material. Está relacionado con la “isotropía” (=uniformidad en todas las direcciones):cuanto mejor sea la adhesión de la capa, más isotrópico será el objeto.
  
• Resistencia al calor: Temperatura máxima que el objeto puede soportar antes de ablandarse y deformarse.
  
  

También proporcionamos información adicional que no se captura en el diagrama, por una de dos razones:

• No son ni "buenos" ni "malos" en esencia; son solo propiedades que son 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). Estos son grados relativos para el proceso FDM:se verían bastante diferentes si se tuvieran en cuenta otras tecnologías de fabricación. Usando los datos de Optimatter, los polímeros se clasificaron según los diferentes criterios considerados:

Imprima sus piezas en estos materiales:

PLAABPETNylonTPU

PLA

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

Ventajas	Contras
De origen biológico, biodegradable	Resistencia a baja humedad
Inodoro	No se puede pegar fácilmente
Se puede postprocesar con papel de lija y pintar con acrílicos
Buena resistencia a los rayos UV

ABS

El ABS generalmente se elige sobre el PLA cuando se requiere una mayor resistencia a la temperatura y una mayor tenacidad.

Pros	Contras
Se puede posprocesar con vapores de acetona para obtener un acabado brillante	Sensible a los rayos ultravioleta
Se puede postprocesar con papel de lija y pintar con acrílicos	Olor al imprimir
La acetona también se puede usar como pegamento fuerte	Emisiones de humo potencialmente altas
Buena resistencia a la abrasión

MASCOTA

El PET es un polímero un poco más blando que está bien redondeado y posee interesantes propiedades adicionales con pocos inconvenientes importantes.

Pros	Contras
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
Puede ser post-procesos con papel de lija y pintado con acrílicos

Nailon

El nailon posee grandes propiedades mecánicas y, en particular, la mejor resistencia al impacto para un filamento no flexible. Sin embargo, la adhesión de las capas puede ser un problema.

Pros	Contras
Buena resistencia química	Absorbe la humedad
Alta resistencia	Emisiones de humo potencialmente altas

TPU

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

Pros	Contras
Buena resistencia a la abrasión	Proceso difícil de publicar
Buena resistencia a aceites y grasas	No se puede pegar fácilmente

ordenador

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

Pros	Contras
Se puede esterilizar	Sensible a los rayos ultravioleta
Fácil posprocesamiento (lijado)

Conclusión

Elegir el polímero correcto es fundamental para obtener las propiedades adecuadas para 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 también suelen proporcionar mezclas o agregar aditivos para modificar las propiedades del polímero puro (por ejemplo, agregar fibra de carbono para hacer que el material sea más rígido). No abordamos estas formulaciones más complejas en este artículo, pero puede encontrar datos sobre algunos de estos productos en nuestra herramienta de optimización en OptiMatter.

Descargo de responsabilidad

• Los grados dados en este artículo son para un polímero promedio que representa la química general, pero el rendimiento variará según el producto real o el proveedor al que compre el usuario.
  
• Todos los datos subyacentes a nuestros grados en este estudio se midieron con 3D Matter, con la excepción de la resistencia al calor, para la cual usamos la temperatura del vidrio proporcionada por varios proveedores de filamentos.
  
• Para las secciones denominadas "Consideraciones adicionales", utilizamos una combinación de evaluaciones de terceros y nuestras propias observaciones.
  
• El tipo de nylon que analizamos en este artículo es Nylon 6, no Nylon 11 o 12.
  
• La calidad visual se prueba sin ningún procesamiento posterior significativo. Hay formas de suavizar las impresiones y mejorar significativamente la calidad visual de un polímero dado (por ejemplo, usando vapor de acetona en ABS).
  
• La toxicidad de los polímeros de impresión 3D aún no se comprende muy bien y es un factor que podría desempeñar un papel más importante en el futuro. Basamos nuestros comentarios sobre la toxicidad en un estudio realizado por Azimi et al. [1]
  
  

[1] Azimi et al, Emisiones de partículas ultrafinas y compuestos orgánicos volátiles de impresoras tridimensionales de escritorio disponibles comercialmente con múltiples filamentos, ciencia y tecnología ambientales, 2016

Muchas gracias a 3D Matter por compartir esta investigación material con nuestra comunidad.