Cómo obtener piezas impresas en 3D más resistentes

La impresión 3D es capaz de crear piezas sólidas de polímero y metal. Sin embargo, ciertas aplicaciones de piezas impresas en 3D pueden requerir mucha más fuerza. El diseño y la selección de materiales son los factores más críticos que determinan la resistencia de una pieza impresa en 3D. Sin embargo, incluso una pieza bien diseñada podría mostrar debilidad y fallar en el servicio si se ignoran otras técnicas simples e importantes de mejora de la resistencia.

Existen varias técnicas para fortalecer las impresiones 3D. Estos se pueden agrupar en tres categorías amplias:geometría de la pieza, configuración de impresión y posprocesamiento.

Geometría de piezas

La geometría de la pieza juega un papel vital en la determinación de la fuerza de una impresión 3D. El uso de filetes y chaflanes aumenta la resistencia mecánica de los bordes, mientras que los refuerzos y las nervaduras brindan soporte estructural.

Usar filetes o chaflanes

Los redondeos o chaflanes proporcionan una base sólida para secciones más delgadas en piezas 3D. Evitan que los inyectores eliminen partes delicadas de la impresión.

Usar costillas y refuerzos

Las nervaduras y los refuerzos son extrusiones delgadas que sobresalen perpendicularmente de una pared o un plano. Proporcionan soporte y aumentan la resistencia de la pieza. El espesor de las nervaduras debe ser la mitad del espesor de la pared y deben estar espaciados a una distancia mínima del doble del espesor de la pared. Deben evitarse las costillas grandes y altas; en su lugar, se deben usar múltiples costillas pequeñas.

Configuración de impresión 3D

Se necesitan configuraciones óptimas del proceso de impresión 3D para producir piezas más resistentes. Estas configuraciones incluyen lo siguiente.

Relleno en impresión 3D

El relleno simplemente se refiere a la cantidad de material dentro de las paredes exteriores de la pieza 3D. Esta técnica se usa comúnmente en la impresión 3D FDM para aumentar la resistencia. La configuración de relleno se realiza de dos maneras, patrón de relleno y densidad de relleno.

Patrón de relleno

Esta es una estructura repetitiva que llena el espacio dentro de una pieza impresa en 3D. Por lo general, está oculto a la vista. Hay numerosos estilos de patrones de relleno. Incluyen; patrón triangular, archi, rectangular, panal o hexagonal, y concéntrico. El patrón de relleno Archi es el más adecuado para piezas circulares o redondeadas. El patrón de relleno rectangular es capaz de dar una parte 100% densa debido a su cuadrícula paralela y perpendicular. El patrón de relleno hexagonal proporciona la relación más alta entre resistencia y peso, pero es el que tarda más tiempo en imprimirse.

Densidad de relleno

Un relleno del 0 % no tiene relleno, y un relleno del 100 % proporciona una pieza completamente sólida. El 100% de relleno hace la parte más fuerte. Sin embargo, en muchos casos, es un uso innecesario de material lo que aumenta el peso y el costo. El patrón de panal es mejor para porcentajes inferiores al 50 %, mientras que el patrón rectilíneo es mejor para porcentajes superiores al 50 %. Las densidades de relleno comunes se encuentran entre el 20 % y el 25 %.

Orientación de la pieza

Las piezas impresas en 3D son más fuertes en planos paralelos al recinto de construcción porque la unión molecular en una capa es mucho más que las uniones adhesivas entre capas. Estos son los planos X e Y. Aunque esta técnica es común a la impresión 3D FDM, se puede utilizar en otros procesos como SLA y SLS para mejorar la resistencia. La orientación de la pieza depende de dónde se experimentarán las cargas y las presiones en la pieza.

Grosor de la carcasa

Esto juega un papel importante en el fortalecimiento de las piezas 3D. Una capa más gruesa hace que una parte sea más fuerte. Para la impresión FDM, un grosor de carcasa de 3 a 4 veces el diámetro de la boquilla es mejor para piezas que estarán sujetas a cargas pesadas y sostenidas. La mayoría de los procesos de impresión 3D utilizan un mínimo estándar de aproximadamente 1 mm de espesor. Sin embargo, aumentar esto mejorará la resistencia a la tracción y al impacto. Para obtener información detallada sobre el grosor recomendado para otras tecnologías de impresión 3D, consulte nuestras guías de diseño.

Procesamiento de posproducción

Para aumentar aún más la resistencia de las piezas impresas, también podría considerar el posprocesamiento. Las siguientes operaciones de posprocesamiento que pueden aumentar considerablemente la resistencia de las piezas impresas en 3D.

Recocido

El recocido es simplemente un proceso de calentar una pieza impresa en 3D y permitir que se enfríe gradualmente para aliviar las tensiones internas que dan como resultado una pieza más resistente. Si bien los metales y el vidrio se pueden recocer, no todos los polímeros se pueden recocer. Algunos materiales aptos para el recocido son PLA, PET y PA 12.

Galvanización

La galvanoplastia es una técnica posterior a la impresión que consiste en sumergir la pieza en una solución de agua y sales metálicas. Cuando la corriente pasa a través de la solución, los cationes metálicos forman una fina capa alrededor de la pieza. Esta técnica se puede aplicar a piezas 3D de impresoras FDM, SLS, SLA o SCM. Da a la pieza una propiedad mecánica casi idéntica a las piezas de metal, por lo que es una alternativa mucho más económica a la impresión 3D de metal para varias aplicaciones.

Sin embargo, las piezas galvanizadas siguen siendo de plástico por dentro y, por lo tanto, si se calientan a una temperatura más alta que la temperatura de reblandecimiento del plástico interior, se pierde la resistencia interna; incluso cuando el metal exterior no se derrite. Se pueden usar varios metales para la galvanoplastia, como zinc, cromo, níquel, cobre, etc. Antes de la galvanoplastia, es importante imprimar la pieza 3D para establecer una superficie conductora adecuada para que se adhiera el metal. El grafito se usa comúnmente para la imprimación.

Revestimiento de resina

Se pueden usar resinas epoxi o resinas de poliéster para recubrir piezas impresas en 3D. El recubrimiento epoxi es un recubrimiento superficial insoluble que se realiza con pintura epoxi. La pintura contiene dos productos químicos; una resina epoxi y un endurecedor. El revestimiento resultante suele ser más duradero y más resistente que las piezas no revestidas. Sin embargo, el revestimiento de epoxi no es adecuado si se necesita una precisión geométrica extrema y bordes afilados para la pieza. Las resinas de poliéster, por otro lado, son delgadas y se pueden esparcir sobre partes complejas. La resina comienza a endurecerse a los 5 minutos de la aplicación y suele tardar 24 horas en secarse por completo. El revestimiento de resina se puede aplicar a cualquier pieza desde cualquier impresora.

Refuerzo de fibra de carbono

Las fibras de carbono o de vidrio también se pueden utilizar para reforzar piezas 3D. La fibra de carbono tiene una excelente relación resistencia-peso y se usa mejor para piezas que se usan en condiciones de carga constante. A diferencia del carbono, las fibras de vidrio se doblan hasta fallar. Las fibras se pueden laminar de dos formas:

• Refuerzo de fibras cortas

En este método, las fibras se cortan y se mezclan con el termoplástico para mejorar la resistencia y la rigidez

• Refuerzo continuo de fibras

En esta técnica, la fibra debe integrarse continuamente en el termoplástico a medida que se extruye y deposita. Esta técnica requiere dos boquillas para imprimir al mismo tiempo.

Conclusión

En Xometry Europe, ofrecemos varias opciones de refuerzo para piezas impresas en 3D según lo soliciten los clientes. Simplemente diríjase a nuestra plataforma de cotización instantánea, cargue sus modelos, elija sus opciones y listo:su pieza impresa en 3D de alta resistencia se le entregará en solo unos días.