¿Qué materiales se utilizan en la impresión 3D?

Con los constantes inventos tecnológicos, se utilizan más materiales para la impresión 3D. El mercado de la impresión 3D ya no se limita a los polímeros, ya que hay varios materiales que se pueden aprovechar.

Los plásticos, los metales y las cerámicas pueden producir una amplia gama de productos que se adaptan a diferentes aplicaciones. ¿Sabías que incluso el aceite de soya, el chocolate y el papel mojado también pueden hacer impresiones en 3D? Sigue leyendo para descubrir cómo elegir estos materiales y cuáles no puedes usar.

¿Qué materiales se utilizan en la impresión 3D?

Veamos las características cruciales y las desventajas de los diferentes materiales utilizados en la impresión 3D.

Nail

El nailon es una poliamida termoplástica sintética y es la sustancia plástica más popular utilizada para la impresión 3D. Lo que lo convierte en una opción ideal para las impresiones 3D es su flexibilidad, baja fricción y durabilidad. Este material también es una opción común para la fabricación de textiles y accesorios.

El filamento de nailon (ver en Amazon) es una opción ideal para geometrías complicadas o delicadas. Se utiliza principalmente como material de filamento en impresoras 3D de fabricación de filamentos fundidos o modelado por deposición fundida. Es económico y uno de los materiales plásticos más resistentes.

Ventajas

• Es un material duradero.
• Tiene una buena relación resistencia-flexibilidad.
• Tiene una deformación mínima.
• Es fácil de teñir o colorear.

Contras

• Es higroscópico, por lo que debe mantenerse seco.
• Tiene una vida útil de un año.
• Puede encogerse durante el enfriamiento, lo que hace que las impresiones sean menos precisas.
• No es compatible con todas las impresoras.

Plástico ABS

Este material de filamento termoplástico es la mejor opción para usar como filamento de impresora 3D. El ABS es también uno de los materiales más utilizados para la impresión 3D doméstica y personal.

ABS es una buena opción para ingenieros y fabricantes que necesitan prototipos de productos de alta calidad.

Ventajas

• El ABS es de fácil acceso.
• Tiene un precio económico (ver en Amazon).
• Viene en numerosos colores.
• Es más duradero que el nailon.

Contras

• Necesita una cama caliente durante la impresión.
• Es probable que se deforme si se enfría durante la impresión debido a su alto punto de fusión.
• No es biodegradable.
• Emite vapores tóxicos y malolientes a altas temperaturas.

Poliestireno de alto impacto (HIPS)

Este material se utiliza en las impresoras FDM como estructura de soporte. Su facilidad de uso se puede comparar con el ABS. Sin embargo, los dos difieren en su capacidad de disolución. Por ejemplo, HIPS es completamente soluble en limoneno.

Ventajas

• Es fácil de cortar.
• Puede hacer modelos complicados y como material de apoyo.
• Es ligero y suave.
• Es resistente a los impactos y al agua.
• Es asequible (ver precio en Amazon).

Contras

• Puede obstruir el tubo de salida y las boquillas de la impresora sin el flujo de calor adecuado.
• Produce vapores de olor desagradable.

Resina

Aquí hay otra opción común para la impresión 3D. Los materiales de resina se utilizan normalmente en las tecnologías DLP, SLA, CLIP y Multijet. Varios tipos son compatibles con la impresión 3D, incluida la resina resistente, la resina moldeable, la resina flexible y más.

Ventajas

• La resina se puede utilizar en numerosas aplicaciones.
• La resina tiene una contracción baja.
• Es altamente resistente a los productos químicos.

Contras

• La resina es bastante cara (ver precio en Amazon).
• La resina caduca.
• Alta fotorreactividad, por lo que necesita un almacenamiento adecuado.
• Puede polimerizarse prematuramente si se expone al calor.

Ácido poliláctico (PLA)

El PLA proviene de recursos renovables como el almidón de maíz y la caña de azúcar. Es una opción típica en las instituciones de aprendizaje debido a su facilidad de impresión y seguridad. Además, PLA es aplicable en la impresión de escritorio FDM.

Ventajas

• Baja deformación, por lo tanto, sin esfuerzo para imprimir.
• PLA se puede imprimir en una superficie fría.
• PLA es adecuado para imprimir características y esquinas más nítidas que ABS.
• PLA está disponible en varios colores (ver en Amazon).

Contras

• PLA no es muy resistente.
• Puede deformarse con la exposición al calor extremo.

Oro y Plata

Estos filamentos de metal se procesan en forma de polvo y son algunos de los más resistentes para usar en la impresión 3D. Se utilizan principalmente para hacer joyas. Los procesos de impresión que se utilizan con estos filamentos metálicos incluyen la sinterización directa de metal por láser y la fusión selectiva por láser.

Ventajas

• Alta conductividad eléctrica.
• Resistente al calor y duradero.

Contras

• Muy caro.
• Lleva mucho tiempo y es tedioso perfeccionarlo.
• Alta reflectividad y conductividad térmica, lo que dificulta trabajar con ellos.
• Requiere una temperatura extremadamente alta, por lo que no es adecuado para imprimir en impresoras 3D FDM típicas.

Acero inoxidable

La fusión y la sinterización por láser (ver impresora 3D) son los métodos utilizados cuando se imprime con acero inoxidable. Este material trabaja con dos tipos de tecnologías:DMLS y SLM. Dado que el acero inoxidable es bueno para construir materiales resistentes y trabajos detallados, es ideal para cosas como llaveros, pernos y miniaturas, entre otros.

Ventajas

• Es tratable térmicamente para mejorar la dureza y la resistencia.
• Es ideal para aplicaciones de alta resistencia.
• Es altamente resistente a la corrosión.
• Tiene alta ductilidad.

Contras

• La impresión lleva mucho tiempo.
• No es económico.
• Tamaño de impresión limitado.

Titanio

Este es el material de impresión 3D más ligero y resistente y tiene una rugosidad superficial moderada. El titanio se imprime a través de la sinterización directa de metal por láser. La principal aplicación de los filamentos de titanio se encuentra en campos de alta tecnología como la medicina, la exploración espacial y la industria aeroespacial.

Ventajas

• Ofrece más resolución y complejidad en el diseño.
• Es adecuado para aplicaciones de alta precisión.
• Es resistente a la corrosión y biocompatible.

Con

• Es bastante caro.

Cerámica

La cerámica puede soportar presiones y temperaturas extremas sin deformarse ni romperse. Es menos probable que se corroa y no se desgasta fácilmente. Por lo tanto, es más duradero que los metales y los plásticos.

La cerámica se suele utilizar con tecnología Binder Jetting, estereolitografía y DLP (procesamiento de luz digital).

Ventajas

• Son adecuados para trabajos de alta precisión.
• Proporcionan acabados suaves y brillantes.
• Son altamente resistentes al calor, al ácido y a la lejía.
• Vienen en muchos colores.

Contras

• La cerámica requiere temperaturas muy altas para fundirse.
• No son ideales para los procesos de glaseado y horneado.
• Son frágiles, por lo que no son adecuados para componentes cerrados y entrelazados.
• No es excelente para los procedimientos de ensamblaje de piezas.

Tereftalato de polietileno (PET/PETG)

El PET es otro material plástico de uso frecuente para las impresiones 3D empleadas en los procesos de termoformado. También puede crear resinas de ingeniería cuando se combina con otras sustancias como la fibra de vidrio.

En la impresión 3D, el PETG es más común que el PET, ya que el primero contiene glicol modificado. Como resultado, es más claro, menos quebradizo y menos extenuante de usar que el PET. El filamento (ver en Amazon) funciona con tecnologías FFF y FDM.

Ventajas

• El material es duradero.
• Es reciclable y resistente a impactos.
• Es esterilizable.
• Tiene excelentes propiedades de adhesión.
• Altamente resistente a la temperatura y robusto.
• Es fácil de imprimir.

Contras

• Se degrada bajo la luz ultravioleta.
• La superficie tiende a rayarse.
• Requiere pruebas adicionales con parámetros de impresión 3D.

¿Cuál es el material de impresión 3D más común?

De todos los materiales de impresión 3D en uso, el plástico es el más popular . Es amado por muchas aplicaciones diferentes, incluida la fabricación de accesorios para el hogar, juguetes impresos en 3D, utensilios de escritorio, figuras de acción y jarrones.

El plástico está disponible en tonos transparentes y vibrantes, siendo el verde lima y el rojo los más comunes. Estos filamentos vienen empaquetados en bobinas y pueden tener acabados mate o brillante.

Dada su firmeza, suavidad, flexibilidad y colores brillantes, su popularidad es fácil de comprender. Sin mencionar que es una opción relativamente asequible en comparación con otros materiales de impresión 3D.

Los productos de consumo de plástico suelen utilizar impresoras FDM. El proceso involucra la fusión y el moldeo de filamentos termoplásticos en diferentes formas secuencialmente. Los tipos de plásticos más comunes para la impresión 3D incluyen:

• PLA , que es uno de los materiales más ecológicos utilizados en las impresoras 3D. Está disponible en formas duras y blandas. Es probable que los plásticos elaborados a partir de ácido poliláctico sean los más preferidos en la impresión 3D en los próximos años.
• Filamento ABS está disponible en varios colores y es popular en la fabricación de pegatinas y juguetes. También se usa para jarrones y joyas.
• Plástico de alcohol polivinílico: es una opción típica para impresoras domésticas asequibles. Aunque no es ideal para productos que requieren alta resistencia, es una buena opción para productos de uso temporal.
• Policarbonato: es el plástico menos utilizado en la impresión 3D. Solo funciona en impresoras 3D que funcionan a altas temperaturas y con boquillas. Se utiliza para fabricar bandejas de moldeo y sujetadores de plástico asequibles, entre otros.

Los artículos de plástico fabricados con impresoras 3D vienen en varias formas y consistencias, desde planos y redondos hasta ranurados y mallados.

¿Qué materiales no se pueden imprimir en 3D?

No puede imprimir materiales que no puedan fundirse en un estado semilíquido que pueda extruirse. Tomemos como ejemplo el funcionamiento de las impresoras 3D FDM. Estas impresoras funden sustancias termoplásticas de un carrete, con una estrecha tolerancia de ± 0,05 o inferior.

Los materiales que se queman a altas temperaturas en lugar de derretirse son difíciles de extruir a través de la boquilla.

Podemos usar la sinterización selectiva por láser para unir metales en polvo en modelos sólidos.

Siempre que pueda cumplir con las tolerancias y el estado semilíquido, debería ser posible imprimir esa sustancia. Estos son algunos materiales que no puede utilizar para la impresión 3D:

• Madera normal o productos de madera (sin embargo, puede combinar vetas de madera con PLA y utilizarlas para impresión 3D).
• Telas/Ropa.
• Papel seco.
• Rocas y suelo, aunque puedes derretir rocas volcánicas hasta que estén fundidas.
• Productos de cuero y animales.

Elegir el material de impresión 3D adecuado

Al imprimir modelos 3D, primero debe considerar su tipo de material. Ya hemos visto las ventajas, desventajas y aplicaciones de diferentes materiales de impresión 3D arriba.

Hagamos un examen más profundo para ver qué buscar en ellos.

• Resistencia a la tracción

Esto se refiere a la resistencia de su material a romperse bajo tensión. No solo indica la ductilidad de un material, sino que también puede denotar su resistencia. Algunas sustancias se rompen bruscamente, mientras que las más dúctiles, como el metal y el plástico, experimentan deformación antes de romperse.

Los componentes mecánicos, estructurales y estáticos necesitan materiales de alta resistencia a la tracción, ya que las roturas son inaceptables. Ejemplos de sectores que requieren materiales de alta resistencia son la construcción, la aviación y la automoción. Hoy en día, la impresión 3D ofrece modelos con una resistencia a la tracción similar o incluso mayor que los plásticos moldeados por inyección anteriores, como el ABS y el polipropileno.

• Módulo de Young

Esto denota la resistencia de un material a los cambios de longitud bajo tensión de tracción. Los materiales rígidos tienen un módulo de Young alto y son más resistentes al cambio. Al seleccionar materiales para componentes estructurales y mecánicos, un módulo de Young alto es crucial.

• Alargamiento

El alargamiento es el grado de estiramiento de un material exactamente en el punto de ruptura. Los materiales rígidos, como los plásticos duros y quebradizos, suelen tener un alargamiento bajo, mientras que los materiales blandos y elásticos se estiran varias veces antes de romperse.

La elongación es necesaria para la arquitectura y la construcción, donde las estructuras deben deformarse notablemente en lugar de romperse repentinamente.

• Resistencia a la flexión

La resistencia a la flexión es también la resistencia a la rotura de un material bajo carga, como la resistencia a la tracción. Sin embargo, las cargas difieren con la resistencia a la flexión que abarca la flexión. Por lo tanto, se refleja en la resistencia a la tracción y compresión de un material.

La mayoría de los plásticos tienen resistencias a la tracción y a la flexión estrechamente alineadas. Algunos materiales con una estructura homogénea tienen las mismas resistencias a la tracción y a la flexión. SLA es homogéneo, lo que es una ventaja sobre otras tecnologías de impresión 3D. Esto se debe a que los componentes tienen una fuerza análoga independientemente de la orientación.

• Módulo de flexión

Esto se refiere a la resistencia de un material a la flexión. Los materiales rígidos tienen un módulo alto, mientras que los elásticos tienen un módulo bajo. Los módulos de flexión y de Young también tienen una estrecha relación.

El módulo de flexión es vital cuando se construyen resortes de acero, especialmente ballestas, y en piezas estructurales o vigas de soporte.

• Fuerza de impacto

Los materiales tienen diferentes respuestas a la carga estática y al impacto repentino. La resistencia al impacto influye en gran medida en la tenacidad de un material. Los materiales frágiles tienen una tenacidad mínima debido a la deformación limitada que pueden soportar. La temperatura también afecta la tenacidad, con niveles bajos de calor que reducen la tenacidad de un material.

Este factor es crucial en diversas aplicaciones, como la fabricación de gafas y escudos de seguridad.

• Absorción de agua

Los materiales plásticos absorben algo de agua en condiciones de humedad o si están sumergidos. A pesar de que algunos plásticos tienen una higroscopia más alta que otros, la mínima diferencia puede ser irrelevante en los productos plásticos terminados. Sin embargo, es una consideración crucial para la resistencia al calor en piezas de plástico y procesamiento de materias primas.

Cuando los materiales plásticos se calientan por encima de aproximadamente 150°C, la presencia de humedad da como resultado la hidrólisis. Esto provoca el agrietamiento de moléculas de cadena larga a cadena corta, lo que debilita el material. Si esto ocurre antes de la impresión 3D, se debilita el material y se obtienen productos de mala calidad. Por lo tanto, debe almacenar materias primas que tengan una alta capacidad de absorción de agua en condiciones secas.

Nuevos materiales de impresión 3D innovadores

Las impresoras 3D ya no se especializan en plásticos. Algunas de las últimas impresoras 3D son compatibles con materiales reciclados.

Por ejemplo, un diseñador desarrolló una impresora 3D capaz de usar fibras de papel húmedas . Es robusto, duradero y ofrece una buena solución a los materiales plásticos. Además, proporciona un sistema cíclico eficiente, ya que puede reciclar productos terminados una vez que están viejos.

La industria alimentaria cuenta con algunas de las últimas innovaciones en impresión 3D. La empresa Universal Favorite desarrolló un molde impreso en 3D para la creación de una línea de chocolate única.

Los nuevos polímeros para la impresión 3D de implantes médicos están en auge. Por ejemplo, Evonik , una marca de productos químicos especializados, lanzó un filamento PEEK de calidad para implantes. Según ellos, este nuevo material es el filamento basado en PEEK pionero utilizable en cirugía maxilofacial y ortopedia.

Conclusión

La guía de materiales de impresión 3D anterior le facilitará la elección del material adecuado para su tarea. Con la diversificación de la industria de la impresión 3D y del mundo, habrá filamentos adicionales disponibles para su uso.

Elegir los materiales correctos es imprescindible para una impresión 3D eficiente. Con una buena comprensión de los diferentes materiales disponibles para la impresión 3D, las operaciones pueden volverse rápidas y producir productos de alta calidad.