Entender la densidad y longitud del filamento para impresión 3D precisa

Una de las principales dudas diarias entre usuarios de impresión 3D es conocer la densidad del filamento que usarán para saber cuánto material consumirán y, por tanto, cuánto necesitarán para imprimir una pieza. La densidad (absoluta) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un volumen dado. Normalmente el software de impresión 3D (Cura, Simplify3D…) permite obtener la longitud total de filamento que se usará para el modelo 3D.

Aquí surge el problema: no todos los fabricantes facilitan la densidad. Aunque es muy fácil calcularla conociendo la longitud del filamento en la bobina. Aquí explicamos cómo determinar la densidad conociendo la longitud del filamento.

ρ: Densidad (expresada en g/cm³)

m: Masa (expresada en g)

v: Volumen (expresado en cm³)

S: Área (expresada en cm²)

l: Longitud (expresada en cm)

r: Radio (expresado en cm)

Siempre conoceremos todas las variables excepto densidad o longitud, así que conociendo una, podemos hallar la otra. Cabe notar que todos los filamentos tienen un margen de redondeo de ±0,05 mm, lo que causa una tolerancia final en los cálculos pero se considera despreciable.

Si no se conoce la densidad ni la longitud total de la bobina, siempre se puede calcular la densidad aproximada a partir de un trozo de filamento. Debe conocer su masa (pesando el trozo en balanza de precisión) y sabiendo su longitud, obtendremos la densidad de ese trozo, extrapolable a la bobina completa.

Por ejemplo, si tenemos una bobina de 1 kg de PLA de 1,75 mm y sabemos que la longitud es 335 metros, podemos determinar su densidad con la fórmula anterior (teniendo en cuenta equivalencia de unidades).

Para calcular la longitud desde la densidad, simplemente se despeja la fórmula. Como ejemplo, calculamos la longitud de una bobina de 500 g de ABS de 2,85 mm sabiendo que su densidad es 1,04 g/cm³.

El siguiente gráfico muestra las densidades de los principales filamentos conocidos: PLA, ABS, HIPS, FilaFlex, PP-Polipropileno, PC-Policarbonato, PETG, Nylon, Proto-Pasta, materiales avanzados, etc. Como se ve, el PP-Polipropileno es el filamento con menor densidad, ideal para piezas ligeras, mientras que filamentos como Proto-Pasta de Acero Inoxidable tienen de las densidades más altas al llevar partículas de acero.