¿Puede el Filamento PLA Conducir Electricidad? Variantes Conductivas y Desafíos de Impresión

¿Sabías que hay algunos filamentos que realmente pueden transportar electricidad? Aunque pueden no ser ampliamente conocidos, o utilizados, definitivamente hay filamentos conductivos que puedes conseguir para imprimir proyectos increíblemente interesantes.

Ahora la pregunta es, ¿qué tan conductivo es el PLA regular y hay alguna variante de PLA que sea conductiva?

Responderé ambas preguntas en este artículo, así como cubriré qué problemas puedes encontrar al imprimir con filamentos conductivos, qué filamentos conseguir, y más.

¡Así que empecemos!

¿Es conductor el filamento PLA?

El PLA cae en la categoría de filamentos no conductores porque tiene una resistividad en el orden de 10¹⁶ Ωm, similar a la mayoría de los otros tipos de plástico, lo que lo convierte en un excelente material de aislamiento eléctrico mientras esté en estado sólido (frío). Una vez calentado, el PLA se ablanda y se vuelve más conductor y ya no es seguro usarlo como material de aislamiento.

El ácido poliláctico (PLA) es un termoplástico biodegradable, y como acabo de mencionar, puede ser un excelente aislante eléctrico en el rango desde temperatura ambiente hasta unos 70 °C. Puedes usar PLA para necesidades de aislamiento eléctrico porque su resistividad y resistencia dieléctrica - hasta 70 °C - es similar al polietileno de baja densidad (LDPE) y otros polímeros plásticos derivados del petróleo, lo que lo hace extremadamente no conductor cuando está en su estado sólido.

Dicho esto, el problema con el uso de PLA en aplicaciones eléctricas como aislante es que su conductividad eléctrica depende altamente de la temperatura; a temperaturas por encima de su temperatura de transición vítrea Tg (70 °C), la conductividad eléctrica del PLA aumenta significativamente.

La razón de esto es que el PLA transiciona a un estado gomoso a temperaturas por encima de su Tg, lo que conduce a un aumento repentino y significativo en su conductividad eléctrica debido al movimiento browniano micro de sus cadenas moleculares.

Como el PLA pierde sus propiedades aislantes con el aumento de temperatura, no es aconsejable usarlo en aplicaciones eléctricas que generen mucho calor, ya que podría provocar cortocircuitos. Sin embargo, el PLA es perfectamente adecuado para usarse con aplicaciones de bajo voltaje y bajo calor.

¿Existen filamentos conductivos?

Una gama limitada de filamentos conductivos están disponibles ahora y se están volviendo rápidamente más populares entre la comunidad DIY. Pero no te emociones demasiado, en este momento, estos filamentos solo son adecuados para usarse en circuitos simples y pequeños proyectos electrónicos, pero aún puedes usarlos para hacer cosas útiles y emocionantes que van desde modelos 3D decorados con LEDs integrados hasta sensores de nivelación automática de cama.

El filamento conductivo más popular y, a mi conocimiento, útil es el PLA Conductivo de Protopasta. Tiene una resistividad de 15 Ohmios por centímetro, lo que lo hace adecuado para conectar componentes electrónicos simples, como sensores, botones, luces LED y otros.

Los filamentos PLA conductivos generalmente se forman añadiendo grafeno, carbono grafitizado y otros aditivos, que aumentan la conductividad del PLA normal. Solo son adecuados para circuitos de bajo voltaje donde el voltaje y la corriente se mantienen por debajo de 60 voltios y 100 mA respectivamente, pero estos límites pueden variar entre varios tipos y marcas de filamentos.

Hay múltiples marcas que fabrican este tipo de filamentos a las que llegaré en un segundo, solo sabe que estos tipos de filamentos conductivos son mucho más caros y no te permitirán crear circuitos complejos ni nada de ese tipo.

¿Qué tan conductivos son estos filamentos?

No todos los tipos y marcas de filamentos disponibles son igualmente conductivos, así que asegúrate de prestar atención a la clasificación de resistividad eléctrica del filamento antes de decidir comprarlo.

La resistividad de un conductor eléctrico es solo una medida de qué tan bien su material resiste el flujo de corriente. Se mide en Ωcm y está inversamente relacionada con la conductividad; cuanto menor la resistividad, más conductor será el material.

Por suerte, toda esta información está disponible allí mismo en el carrete de filamento o en el sitio del fabricante.

Las impresiones 3D conductivas tienen un comportamiento fascinante y generalmente no son igualmente conductoras en todos los planos ya que se imprimen a lo largo de los ejes X e Y continuamente, pero a lo largo del eje Z las capas se extruyen una encima de otra, lo que significa que habrá menos superficie de contacto, y por lo tanto, menos conductividad a lo largo del eje Z que a lo largo de los ejes X e Y.

Esencialmente, cuando se trata de la orientación de una impresión, querrás asegurarte de que se imprima en la orientación correcta para que las partes que necesitan ser más conductoras tengan más superficie de contacto en general.

Ejemplos de Filamentos Conductivos

Filamento PLA Conductivo Proto-Pasta: es un filamento basado en PLA con una resistividad de 15 ohm.cm y está disponible en diámetros de 1,75 mm y 2,85 mm. Requiere una temperatura de impresión de 195-225 °C y temperatura de cama de 50-60 °C.

Filamento Conductivo Electrifi: es un compuesto propietario de metal-polímero que consiste principalmente en un poliéster biodegradable (probablemente PLA) y cobre. Cuesta $196,00 por 100 gramos y tiene una resistividad de 0,006 Ω.cm. Está disponible en diámetros de 1,75 mm y 2,85 mm. Requiere una temperatura de impresión de 130-160 °C y temperatura de cama de 50-60 °C.

Filamento ABS Conductivo SUNLU: es un filamento basado en ABS que cuesta $40,01 por 1 KG. Está disponible solo en diámetro de 1,75 mm. Requiere una temperatura de impresión de 220-240 °C y temperatura de cama de 20-120 °C.

Filamento PLA Conductivo Negro AMOLEN: es un filamento basado en PLA que cuesta $22,99 por 200 gramos. Tiene una resistividad de 1,42 Ω.cm y está disponible solo en diámetro de 1,75 mm. Requiere una temperatura de impresión de 220-250 °C y temperatura de cama de 0-50 °C.

Usos de los Filamentos Conductivos

Los filamentos conductivos nos han permitido desarrollar circuitos eléctricos de bajo voltaje ligeros, duraderos y flexibles, lo que se considera un avance en el campo de la electrónica wearable ya que los sensores eléctricos flexibles impresos en 3D pueden integrarse perfectamente en la ropa, por ejemplo.

Los filamentos conductivos también pueden ser útiles en el campo de las telecomunicaciones para imprimir protectores electromagnéticos y de radiofrecuencia altamente personalizados, filtros, antenas y otros componentes. Los laboratorios industriales y científicos e instituciones de salud pueden beneficiarse del uso de protectores EMI e RF impresos en 3D contra señales competidoras que pueden hacer que equipos sensibles fallen.

Ingenieros, Makers y entusiastas DIY pueden usar filamentos conductivos para hacer diferentes tipos de circuitos, sensores capacitivos de cualquier forma para aplicaciones industriales y de ingeniería, teclados, mandos de juegos y emocionantes proyectos Arduino.

Solo recuerda que los filamentos conductivos no pueden usarse para aplicaciones de alto voltaje o alto calor ya que se fundirán y causarán cortocircuitos.

Impresiones gratuitas para probar Filamentos Conductivos

Algunas personas muy creativas encontraron formas de usar filamentos conductivos para crear algunas impresiones 3D asombrosas, algunas más funcionales que otras claramente, pero la imaginación es el límite aquí.

• Probador de baterías.
• Linterna.
• Terminator electrificado.

Si estás interesado en encontrar más ingeniosas impresiones 3D diseñadas para imprimirse con filamento conductivo, consulta este artículo en Hackday o usa nuestro propio motor de búsqueda para encontrar archivos para imprimir.

Problemas al imprimir con Filamento Conductivo

Problemas de cortocircuito: Como mencioné anteriormente, la temperatura de transición vítrea del PLA es de unos 70 °C, lo que significa que una vez que alcanza esa temperatura se ablanda y se vuelve más conductor, lo que podría llevar a cortocircuitos. Esencialmente, no uses PLA conductivo a menos que sepas que nunca se acercará a esas temperaturas.

Los Filamentos Conductivos son abrasivos: El PLA conductivo generalmente está infusionado con Carbono y esto le da sus propiedades conductoras, pero se vuelve extremadamente abrasivo en la boquilla del extrusor. Si estás usando una boquilla de latón, probablemente la estarás reemplazando después de imprimir solo 500 g de filamento.

Obstrucción de la boquilla: Los filamentos conductivos son más difíciles de imprimir, lo que significa que la velocidad de impresión debe reducirse mientras que la temperatura de la boquilla debe aumentarse también para evitar obstrucciones.

Conclusión

Los filamentos conductivos son una de las adiciones más divertidas al mundo de la impresión 3D, aunque no puedan reemplazar realmente el cableado de cobre real. Pero si quieres hacer un mando de juegos, una linterna, o incluso esa cabeza de Terminator con luz LED que enlacé antes, entonces el filamento conductivo es el camino a seguir.

Solo recuerda usarlo sabiamente y evitar cortocircuitos eléctricos.

¡Espero que esta información haya sido útil!

¡Que tengas un gran día!

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