Filamentos solubles para soporte

Una de las principales limitaciones de la impresión 3D FFF en comparación con otras tecnologías de fabricación aditiva es la necesidad de que el área impresa de cada capa esté respaldada por una capa impresa anterior. Esto significa que cualquier parte de la pieza con un voladizo superior a 45º o cualquier puente de más de 10 mm requiere estructuras de soporte.

En las impresoras 3D FFF de una sola extrusora, la única opción para generar estructuras de soporte es utilizar el mismo material de impresión que la pieza. Estos soportes deben retirarse mecánicamente una vez finalizada la impresión, y para facilitarlo se emplean diversas estrategias, como fabricar estos soportes con estructuras de baja densidad y dejar una capa de separación entre el soporte y la pieza. Esto permite retirar los soportes manualmente sin el uso de herramientas, aunque los acabados superficiales de las superficies en contacto con los soportes suelen estar mal acabados.

Imagen 1:Soportes en piezas impresas en 3D. Fuente:3DHubs

En las impresoras 3D FFF con doble extrusor, la gama de opciones se amplía, ya que no es necesario utilizar el mismo material para la pieza y para los soportes. Esto abre la puerta a utilizar materiales solubles en disolventes que no disuelven el material de la pieza . Esto permite utilizar soportes densos en contacto con la pieza que garantizan un excelente acabado en la superficie de contacto.

Imagen 2:Extrusora dual Raise3D Pro2. Fuente:Raise3D

Hay muchos filamentos de soporte solubles diferentes disponibles, pero no todos son iguales, ni todos tienen la misma compatibilidad. Al seleccionar un material de soporte soluble, es importante tener en cuenta una serie de características para garantizar la compatibilidad con el material de impresión utilizado. Estas características son:

• Debe ser soluble en un solvente que no dañe ni perjudique las propiedades del material utilizado en la pieza.

• Debe ser compatible térmicamente con el filamento de la pieza, por lo que debe tener temperaturas base y de impresión similares, así como temperaturas de ablandamiento similares.
• Debe tener buena adherencia con el material utilizado en la parte.
• Debe ser fácilmente imprimible y tener buena adherencia entre capas.

Actualmente existen tres tipos principales de materiales de soporte solubles:

• Filamentos orgánicos solubles en disolventes
• Filamentos solubles en agua mediante un activador
• Filamentos solubles en agua

FILAMENTOS SOLUBLES EN DISOLVENTES ORGÁNICOS.

Son materiales con propiedades similares al material utilizado en la pieza pero que se pueden disolver en un disolvente que no ataca ni disuelve el material que complementan.

Actualmente no existen muchas opciones para este tipo de filamentos, principalmente por dos problemas:por un lado, los materiales con propiedades fisicoquímicas similares que los hacen compatibles entre sí también se comportan generalmente de manera similar con la mayoría de los disolventes, lo que hace que sea difícil encontrar un disolvente adecuado. Por otro lado, muchos de estos disolventes orgánicos son altamente tóxicos o no son accesibles para la mayoría de los usuarios y requieren un tratamiento de residuos especializado.

Imagen 3:D-Limoneno. Fuente:Filament2print

El filamento de este tipo más utilizado es el HIPS, cuyas propiedades lo hacen compatible con la mayoría de los materiales basados ​​en ABS y ASA. Además de tener propiedades térmicas similares, tiene buena adherencia a ABS y ASA. Actualmente es uno de los materiales de apoyo más utilizados, no solo por su compatibilidad con ABS, sino también por su bajo coste y porque es soluble en D-Limonene, un solvente orgánico accesible, económico y de baja toxicidad.

FILAMENTOS SOLUBLES EN AGUA MEDIANTE EL USO DE UN ACTIVADOR.

Estos son polímeros basados ​​en ATP (terpolímeros de acrilato). Estos materiales tienen la característica de ser solubles en soluciones alcalinas. Tienen excelente compatibilidad con materiales basados ​​en ABS y ASA, y también se pueden utilizar con policarbonato (aunque su compatibilidad es algo menor).

No son directamente solubles en agua, ya que requieren que el agua tenga un pH alcalino, por lo que el uso de un activador tampón, como 3DWash, es necesario.

Imagen 4:3DWash. Fuente:Traxer

Son una alternativa perfecta a HIPS , no solo porque no requieren el uso de disolventes orgánicos, sino porque son filamentos desarrollados y aditivados específicamente para su uso como material de soporte, por lo que generalmente se disuelven más rápido y dejan menos residuos en la pieza.

Video 1:Video de presentación de PolyDissolve S2. Fuente:Polymaker

Algunos filamentos representativos son PolyDissolve S2 y Z-SUPPORT ATP.

FILAMENTOS SOLUBLES EN AGUA

Uno de los principales objetivos de los fabricantes ha sido obtener filamentos de soporte solubles directamente en agua. Esto se debe a que no requiere solventes orgánicos ni soluciones alcalinas, por lo que es la alternativa más segura y más accesible para la mayoría de los usuarios.

Por eso es la categoría con la mayor variedad de materiales diferentes, y con opciones compatibles con una amplia gama de filamentos.

Dentro de los filamentos hidrosolubles se pueden distinguir dos tipos:

Filamentos solubles en agua compatibles con materiales de baja temperatura: Se trata de filamentos a base de PVA (alcohol polivinílico) o BVOH (alcohol vinílico de butenodiol) . Ambos materiales tienen excelente compatibilidad con PLA y se puede usar con PA (aunque su compatibilidad no es tan buena). El BVOH puede considerarse una evolución del PVA y tiene una serie de ventajas sobre el PVA, como una mejor compatibilidad con PETG o incluso con algunos filamentos flexibles y una mayor velocidad de disolución en agua fría. Algunos filamentos de PVA son LAY-PVA o PVA Raise, mientras que Mowiflex o Z-SUPPORT Premium se basan en BVOH.

Video 2:Comparación entre PVA y BVOH. Fuente:BCN3D

Filamentos solubles en agua compatibles con materiales de alta temperatura:estos son los filamentos de soporte más avanzados disponibles actualmente. Están hechos de un material compuesto por una mezcla de un polímero soluble en agua (similares a los anteriores) y un azúcar, generalmente trehalosa, un polisacárido que es rápidamente soluble en agua y con alta estabilidad térmica. La proporción entre polímero y azúcar, junto con el uso de ciertos aditivos específicos de cada fabricante, permite obtener diferentes formulaciones de materiales hidrosolubles compatibles con materiales en un amplio rango de temperaturas, desde ABS hasta PEEK o ULTEM.

Imagen 5:Pieza PA-CF con soportes fabricados en Aquatek X1. Fuente:3DXTech

Algunos filamentos como Aquasys 120 o Aquatek X1 son compatibles con PLA así como con ABS, ASA, PA, PETG o ciertos filamentos flexibles . Aquasys 120 también se puede utilizar con PC o PP. Además, ambos materiales pueden soportar temperaturas de cámara de hasta 120 °C y, por lo tanto, también son adecuados para su uso en impresoras industriales.

Un paso por encima es Aquasys 180, probablemente el material de soporte más avanzado y más compatible disponible en la actualidad. Además de ser compatible con los mismos materiales que Aquasys 120, puede usarse con PEKK, PEEK, ULTEM y PPSU ya que puede soportar temperaturas de cámara de hasta 180 °C.

Imagen 6:Pieza con soportes fabricados en Aqusys 180. Fuente:Infinite Material Solutions

Sin embargo, la principal ventaja de este tipo de filamentos (su alta solubilidad en agua) es también su principal desventaja, ya que son altamente sensibles a la humedad ambiental . Esto hace que sea necesario mantener estos filamentos en contenedores especiales, tanto durante su almacenamiento como durante su uso . Además, a medida que estos filamentos absorben la humedad, empeora su adherencia y aumenta el riesgo de obstrucción.

CÓMO ELEGIR EL FILAMENTO SOLUBLE MÁS ADECUADO.

A la hora de seleccionar el filamento soluble más adecuado, es necesario analizar el material a complementar.

• ABS/ASA :En general se recomienda evitar el uso de HIPS ya que implica el manejo de solventes orgánicos y genera residuos que no se pueden eliminar directamente. En este caso, los filamentos de ATP hidrosolubles con el uso de un activador son la opción más recomendada. Tienen una excelente compatibilidad con estos materiales y tienen una baja sensibilidad a la humedad, lo que los hace más fáciles de almacenar y usar, además de minimizar el riesgo de fallas en la impresión.

• PLA :Los materiales con mejor compatibilidad con PLA son los basados ​​en PVA y BVOH. Dentro de estos, los materiales a base de BVOH son menos sensibles a la humedad, aunque en general los materiales a base de PVA son un poco más baratos.

• PETG/PA: Aunque es posible utilizar PVA y BVOH como material de soporte con PETG y PA, su compatibilidad no es especialmente buena. En este caso, la mejor opción son los filamentos hidrosolubles compatibles con materiales de alta temperatura como Aquasys 120.

• Flexibles :La compatibilidad entre el soporte y los materiales flexibles nunca ha sido particularmente buena. Es posible usar BVOH o materiales como Aquasys 120 con algunos filamentos flexibles, sin embargo, será necesario probar cada filamento flexible para verificar la compatibilidad.

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU: En este caso la mejor opción es utilizar Aquasys 180, ya que es el material que garantiza la mejor compatibilidad con este tipo de materiales y tiene la mejor estabilidad térmica a altas temperaturas.

• Si sueles utilizar soportes solubles con diferentes materiales, la opción ideal es utilizar un único material que sea compatible con todos los materiales, como Aquasys 120 o Aquatek X1, en lugar de tener uno diferente para cada material.

Aunque los filamentos solubles a menudo se denominan como un solo grupo, en realidad consisten en diferentes materiales, con sus propias características muy específicas. Hoy en día es posible encontrar filamentos solubles de alta calidad compatibles con casi cualquier material del mercado, desde PLA hasta PEEK.