Humedad:El gran enemigo de los filamentos para impresión 3D

La humedad es el agua que impregna un cuerpo o vapor presente en la atmósfera . Para todos los seres vivos, el agua es lo más necesario para sobrevivir, incluso más que los alimentos, pero para los elementos no vivos, la humedad suele ser una fuente de problemas, ya que provoca la oxidación y degradación de muchos materiales . En el caso de la impresión 3D, más concretamente en los filamentos, la concentración de humedad excesiva puede provocar una larga lista de problemas, todos con el mismo fin, una impresión 3D fallado.

Los efectos de atraer agua pueden dar lugar a los siguientes problemas:aumento de la fragilidad, aumento del diámetro (posibles problemas con impresoras con sistema de extrusión tipo Bowden), degradación del filamento, rotura del filamento, etc. También hay que tener en cuenta que los filamentos que hayan absorbido agua tendrán una temperatura más alta para la extrusión. Recuerda evitar tener los filamentos colocados en la impresora si no vas a imprimir. Se pueden atascar en el extrusor porque al absorber agua engordan y aumentan de diámetro.

El siguiente mapa muestra la humedad relativa media anual (relación porcentual entre la cantidad real de vapor de agua que contiene el aire y la que tendría que contener para saturarse a la misma temperatura), valor que se obtiene a partir de la humedad media registrada en el doce meses del año. La humedad relativa es muy diferente según en qué parte de la geografía europea te encuentres, siendo más acusada en la zona norte del continente.

Imagen 1: Mapa de humedad relativa en Europa. Fuente:NeoGAF

Las principales consecuencias de la humedad en un filamento son:

• Degradación del filamento:  Los filamentos higroscópicos son propensos a absorber agua en gran medida, ya que las moléculas de agua están unidas a las moléculas de polímero, formando fuertes enlaces intermoleculares. Estos enlaces pueden causar micro-rupturas internas que debilitan la propia estructura del filamento.
• Atasco de extrusor/HotEnd: La humedad del agua concentrada en el filamento al calentarse en el HotEnd se evapora, provocando huecos en el interior del filamento, convirtiéndolo en una pasta que obstruye el cañón (Heat Break) o la boquilla. Este problema es muy común cuando se utilizan filamentos de nylon con porcentajes de humedad altos (> 20 %).
• Impresiones 3D de baja calidad (resistencia y acabado):  La unión de los anteriores da como resultado impresiones 3D con muchos problemas, tanto a nivel mecánico como superficial. Los espacios entre capas (no siempre visibles a simple vista) provocados por la evaporación del agua, son puntos críticos, donde se generan fácilmente grietas aplicando valores bajos de fuerza. Cuando la concentración de humedad es marcada, los agujeros mencionados anteriormente, provocan un acabado superficial rugoso y blanquecino.

Imagen 2: Problemas generados por la humedad. Fuente:PrintDry

Como motivo de la evolución del mundo de la impresión 3D, existen filamentos con alta resistencia a la humedad , como PETG o CPE HG100, copoliésteres que pueden estar expuestos al agua durante largos periodos de tiempo sin problemas. Entre el resto de filamentos encontramos algunos con una resistencia moderada, como PLA o ABS, y otros, especialmente nylons y PVA, muy propensos a la absorción de humedad, alcanzando valores elevados en menos de un día.

Secadora
PrintDry Recipiente
de vacío Monitor de
humedad CPE HG100
Filamento

Ciertos usuarios de impresoras 3D  utilizan métodos convencionales para eliminar la humedad del filamento y almacenarlo, como secando el material en un horno doméstico y almacenando el filamento en cajas con un cierre que no sea totalmente hermético. Estas medidas , además de ser peligroso en el caso del horno doméstico, no son totalmente efectivos, especialmente con materiales técnicos y avanzados. Aquí citamos una serie de recomendaciones profesionales para eliminar la humedad y cómo almacenar los filamentos para evitar la absorción:

Secador de filamentos

La forma más eficaz de eliminar la humedad contenida en un material es utilizar un secador de filamentos, como el  Secador de filamentos PrintDry, un dispositivo capaz de romper los enlaces intermoleculares entre el agua y el polímero gracias a su temperatura de secado (35-70 ºC) y al flujo de aire natural en su interior, que arrastra la humedad de la superficie del filamento hacia el aire que lo rodea. El valor ideal de humedad en un filamento está entre el 10-13 % .

Almacenamiento

Tanto al inicio del uso de una bobina nueva como después del secado de un filamento, almacenamiento adecuado Es fundamental mantener el mínimo porcentaje de humedad. En materiales convencionales (PLA o ABS) y intervalos de almacenamiento cortos (<2 meses) el uso de su bolso con cierre tipo grip es suficiente . En caso de tiempos de almacenamiento más prolongados o con materiales técnicos y avanzados esta medida no es suficiente. La solución ideal es utilizar los contenedores herméticos de filamentos PrintDry con sellado al vacío. Son recipientes de plástico de alta resistencia, donde cada usuario puede guardar su filamento de forma segura sin preocuparse de que coja humedad. El potencial de estos envases está en la tapa, ya que en esta se encuentra una válvula de vacío está alojado, a través del cual y con la ayuda de una bomba manual (incluida con los contenedores), es posible extraer el aire del interior del contenedor , proporcionando almacenamiento libre de polvo y humedad . De esta forma se puede garantizar el correcto estado del filamento, aunque hayan pasado varios meses desde que se sacó la bobina de su precinto original de fábrica. A mayor edad, se debe tener en cuenta que la humedad relativa del área donde se almacena el material incide en gran cantidad , este debe ser el mínimo posible sin perjudicar la salud del usuario (Un buen valor sería superior al 40 % ).

Vida útil del filamento

La vida útil de un filamento de calidad desde su fabricación es de 2-3 años , siempre que se encuentre en su precinto original y al vacío. Una vez abierta la bolsa original, el tiempo que tarda en perder sus propiedades mecánicas y de color depende del tipo de material y almacenamiento. Un PLA o ABS almacenado de la forma mencionada anteriormente puede conservar sus propiedades durante más de 1 año, pero si no lo es, resistirá una décima parte del tiempo . En materiales más delicados, como nailon y PVA, la pérdida total de su vida puede ser de pocos días. .

Es por tanto una evidencia que mantener los filamentos con valores bajos de humedad (10-13 %) es un factor clave a tener en cuenta en todo momento, para evitar problemas antes, durante y después de una impresión 3D.

Para tener la máxima fiabilidad a la hora de imprimir es vital tener el máximo número de variables controladas posibles, y la humedad es una de ellas para asegurar la máxima robustez en el proceso de impresión.