Densidades y longitudes en filamentos de impresión 3D

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

Es en este punto donde surge el problema porque no todos los fabricantes facilitan la densidad de los filamentos. Aunque, la densidad es muy fácil de calcular conociendo la longitud del filamento de la bobina. Aquí se explica cómo determinar la densidad conociendo la longitud del filamento.

Ser:

ρ:Densidad (expresada en g/cm ³ )

m:Masa (expresada en g)

v:Volumen (expresado en cm ³ )

S:Área (expresada en cm ² )

l:Largo (expresado en cm)

r:Radio (expresado en cm)

Siempre conoceremos todas las variables excepto la densidad o la longitud, por lo que conociendo una de las dos, podemos encontrar la otra. Cabe señalar que todos los filamentos tienen un margen de redondeo de ± 0,05 mm, por lo que esto también provoca una tolerancia final en los cálculos, pero se considera insignificante.

En el caso de no conocer la densidad y longitud total del filamento de la bobina, siempre se puede calcular la densidad aproximada a partir de una longitud de filamento de la bobina. Debes saber su masa ("pesando" el trozo de filamento en una balanza de precisión) y conociendo la longitud del trozo podremos obtener la densidad de ese trozo de filamento que será extrapolable a la bobina completa.

Si por ejemplo tenemos una bobina de 1 kg de PLA de 1,75 mm de diámetro y sabemos que la longitud de filamento de la bobina es de 335 metros, podemos determinar la densidad del mismo con la fórmula mencionada anteriormente (hay que tener en cuenta la equivalencia cuenta de unidades).

En caso de querer calcular la longitud a partir de la densidad, simplemente despejaría la fórmula mencionada anteriormente. A modo de ejemplo calculamos la longitud de una bobina de 500 g ABS de 2,85 mm de diámetro sabiendo que la densidad del mismo es de 1,04 g/cm ³ .

En el siguiente gráfico se muestran las densidades de los principales filamentos de impresión 3D conocidos como PLA, ABS, HiPS, FilaFlex, PP-Polipropileno, PC-Policarbonato, PETG-Polietileno, Nylon, Proto-Pasta, materiales avanzados, etc. Como puedes ver el PP-Polipropileno es el filamento con menor densidad por lo que es apto para fabricar piezas ligeras, mientras que filamentos como el Proto-Paste de Acero Inoxidable tienen una de las densidades más altas a la hora de llevar partículas de acero a mayores del PLA.