Filamentos metálicos Filamet™: Características y guía de fabricación para impresión 3D FDM avanzada

The Virtual Foundry es una empresa americana que, tras años de investigación, ha conseguido desarrollar la gama de filamentos metálicos Filamet™. Estos filamentos, mediante un postprocesado basado en sinterizado, permiten obtener piezas completamente metálicas.

De esta forma, The Virtual Foundry se ha convertido en el pionero y máximo referente en la impresión 3D FDM metálica.

¿Qué son los filamentos Filamet™?

Los filamentos Filamet™ están compuestos por un metal base y un polímero biodegradable y ecológico (PLA). Estos filamentos incluyen altos porcentajes de partículas metálicas en su composición. Sin embargo, al usar PLA como aglutinante, son extremadamente fáciles de imprimir, ya que sus propiedades de impresión son similares a las del PLA, permitiendo a cualquier usuario de una impresora 3D FDM crear piezas con estos filamentos.

Video 1: ¿Qué es Filamet?. Fuente: The Virtual Foundry.

La mayoría de los filamentos metálicos del mercado contienen un porcentaje mínimo de partículas metálicas, alrededor del 30%; por tanto, suelen desarrollarse solo para fines decorativos. Sin embargo, las piezas impresas con filamentos Filamet™, una vez sinterizadas, tienen las propiedades del metal base correspondiente.

Un ejemplo sería el filamento Filamet™ Copper: Una pieza impresa con Filamet™ Copper no tendrá propiedades conductoras hasta que haya sido sometida al proceso de desaglutinación y sinterizado.

Imagen 1: Conos de Filamet™ de acero de alto carbono sin sinterizar y sinterizado. Fuente: The Virtual Foundry.

El resultado tras el sinterizado de la pieza impresa en 3D será una pieza totalmente metálica, algo impensable hasta ahora dentro de la impresión 3D FDM. Así, con Filamet™, se logran propiedades similares a las posibles con tecnología DMLS, pero con ciertas limitaciones.

Debido a la necesidad de sinterizar las piezas impresas con este filamento, donde se elimina el PLA, las piezas tendrán:

• Cierta porosidad
• Pérdida de volumen
• No isotropía

Video 2: Densidad de filamentos Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

Actualmente, Filamet™ cuenta con los siguientes filamentos:

• Acero inoxidable 316 L - 80 % partículas metálicas + 20 % PLA
• Bronce - 80 % partículas metálicas + 20 % PLA
• Cobre - 90 % partículas metálicas + 10 % PLA
• Aluminio 6061 - 65 % partículas metálicas + 35 % PLA
• Acero de alto carbono - 75 % partículas metálicas + 25 % PLA
• Tungsteno - 95% partículas metálicas + 5% PLA

Filamet cobre Filamet bronce Filamet acero inox 316L Filamet aluminio 6061

Características de Filamet™

La densidad de los filamentos Filamet™ es mucho mayor que la del PLA estándar, debido al alto contenido de partículas metálicas y la densidad de los metales individuales involucrados.

Al imprimir con filamentos Filamet™, se recomienda usar una boquilla de acero endurecido debido al alto porcentaje de partículas metálicas que contienen los filamentos. Además, dependiendo del material, se debe usar una boquilla con al menos 0.6 mm de diámetro de salida para evitar obstrucciones. Excepto el filamento Filamet™ de Tungsteno, que permite el uso de una boquilla de hasta 0.3 mm de salida; y el filamento Filamet™ de Acero de Alto Carbono, que requiere el uso de una boquilla de al menos 0.8 mm de salida.

Imagen 2: Boquilla de latón vs. acero endurecido. Fuente: E3D.

Otra consecuencia de la alta carga de partículas metálicas de estos filamentos es una mayor fragilidad del filamento antes de fundirse, ya que tienen porcentajes muy pequeños de polímero aglutinante en su composición. Sin embargo, gracias a la investigación y desarrollo permanente de The Virtual Foundry, esta fragilidad es cada vez menor en sus filamentos; como se puede ver en el siguiente video:

Video 3: Fragilidad de filamentos Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

En el proceso de impresión de filamentos Filamet™, es muy importante que el filamento sea lo más recto posible antes de entrar en el extrusor, pero estos filamentos tienen una cierta curvatura debido al bobinado. Para solucionar esto, The Virtual Foundry tiene un Filawarmer, un dispositivo formado por un cilindro que calienta el filamento y un controlador de temperatura.

Imagen 3: Filawarmer colocado dentro de una bobina de filamento. Fuente: The Virtual Foundry.

Este dispositivo debe colocarse verticalmente, dentro de la bobina, con la entrada lo más cerca posible de la bobina de filamento y la salida alineada con el orificio de entrada del extrusor. The Virtual Foundry recomienda colgar el cilindro de calentamiento para permitir que la bobina gire libremente.

Video 4: Filawarmer. Fuente: The Virtual Foundry.

Al pasar el material por el cilindro de calentamiento, pierde su curvatura y aumenta su flexibilidad; reduciendo la resistencia a la tracción para evitar roturas y facilitar la impresión.

Al imprimir con filamentos Filamet™, hay que tener en cuenta su excelente adhesión a la base. Esta es tal que se recomienda usar Blue Tape para evitar dañar la base de impresión al retirar las piezas impresas.

Sinterizado de Filamet™

Una vez retirada la pieza de la base de impresión, las piezas deben sinterizarse para obtener una pieza totalmente metálica. Mediante este proceso se elimina el PLA que forma parte del filamento. Hasta que no se realice este proceso, las piezas no tendrán las propiedades del metal base que compone el filamento usado.

Video 5: FAQs Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

El sinterizado es un proceso de fabricación de piezas sólidas a partir de un objeto formado por polvo metálico compactado, al que se aplica un tratamiento térmico a una temperatura inferior a la de fusión, pero lo suficientemente alta para unir las partículas metálicas entre sí de forma resistente, resultando en un bloque totalmente sólido.

El sinterizado puede realizarse en un horno de ambiente abierto o en ambiente de vacío o inerte. En nuestro artículo "Cómo conseguir piezas totalmente metálicas con impresión FDM" puedes ver más sobre sinterizado y los diferentes hornos que pueden usarse para realizar este proceso.

Si no dispones de un horno que cumpla los requisitos para sinterizar piezas impresas en 3D con filamentos Filamet™, puedes contactarnos y te informaremos sobre la viabilidad y condiciones del sinterizado en nuestras instalaciones.

Postprocesado de Filamet™

Una vez que la pieza impresa con el filamento Filamet™ ha sido sinterizada, puede postprocesarse lijando y puliendo las superficies como se haría con una pieza metálica. Se recomienda usar lija de agua para reducir las líneas de impresión y otras pequeñas deformaciones, y usar grano de lija cada vez más fino.

Finalmente, se puede usar una herramienta rotativa con disco de pulido y aplicar pasta de pulido para obtener el brillo deseado. Dependiendo del metal base del filamento, las piezas resultantes del sinterizado pueden rectificarse, alisarse con calor e incluso soldarse.

Los filamentos Filamet™ de The Virtual Foundry permiten, por primera vez, fabricar piezas completamente metálicas mediante impresión 3D FDM, requiriendo un postprocesado relativamente sencillo.

Este es un avance muy importante y útil para diferentes sectores industriales: fabricantes de impresoras 3D, innovación biomédica, desarrollo de motores a reacción, blindaje contra radiación, exploración espacial, energía nuclear, dental, artistas o diseño de moda.