Comparativa de filamentos metálicos: Filamet vs Ultrafuse – Características, rendimiento y casos de uso

Desde hace tiempo es posible encontrar filamentos metálicos para impresión 3D FDM en el mercado, pero no todos son iguales. ¿Cuáles son las diferencias entre ellos?

Para responder, hay que tener en cuenta la diferencia entre filamentos de color metálico y filamentos con carga metálica. Los primeros contienen una pequeña cantidad de partículas metálicas (5 % - 40 %) para dar aspecto metálico, usados solo por sus propiedades estéticas. Cuanto mayor el porcentaje de partículas, mejor la simulación del metal en cuestión.

En el caso de los filamentos con carga metálica, la carga de partículas metálicas suele ser muy alta (superior al 80 %) y es posible someter las piezas impresas en 3D a un proceso de sinterizado mediante el cual se elimina el polímero aglutinante, obteniendo piezas 100 % metálicas.

Actualmente, BASF y The Virtual Foundry son dos de los fabricantes más conocidos que ofrecen estos materiales con los que fabricar piezas totalmente metálicas usando impresión 3D FDM y un proceso de sinterizado.

BASF ofrece filamentos Ultrafuse, incluyendo Ultrafuse 316 L y Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry, por su parte, ha desarrollado un gran número de filamentos metálicos bajo el nombre Filamet, como: Filamet Acero Inoxidable 316L, Filamet Bronce, Filamet Cobre, Filamet Aluminio 6061, Filamet Acero de Alto Carbono, Filamet Tungsteno, Filamet Inconel 718-34 o Filamet Titanio 64-5.

Compatibilidad con impresoras 3D FDM

Una de las características clave de los filamentos metálicos es que no necesitas tener equipos industriales de impresión 3D FDM, ni siquiera profesionales. Filamentos metálicos como Ultrafuse o Filamet se caracterizan por poder imprimirse en 3D en casi cualquier impresora 3D FDM del mercado.

Debido a la alta carga metálica de estos filamentos, se debe usar una boquilla de acero endurecido para reducir la abrasión del filamento. Las temperaturas de impresión y de cama varían según fabricante y material, pero no superan los 245 °C de temperatura de impresión y 120 °C para la cama caliente.

Imagen 1: Desgaste de boquilla de latón vs. acero endurecido. Fuente: E3D.

En el caso de los filamentos Ultrafuse de BASF, la naturaleza del filamento ofrece una cierta flexibilidad y no es muy frágil, lo que lo hace muy fácil de imprimir.

Los filamentos Filamet de The Virtual Foundry están compuestos por un alto porcentaje de carga metálica y PLA como polímero aglutinante. Según el metal y el porcentaje de carga del material, los filamentos Filamet pueden ser algo frágiles, y pueden ser difíciles de imprimir en algunas impresoras 3D por el recorrido que debe hacer el filamento desde donde se coloca el carrete hasta el extrusor. Sin embargo, esto no es un problema, ya que The Virtual Foundry ha desarrollado Filawarmer, un dispositivo que garantiza que el filamento esté completamente recto antes de imprimir, eliminando la curvatura del bobinado y logrando una impresión 3D óptima del material.

Vídeo 1: Instalación de Filawarmer. Fuente: The Virtual Foundry.

Contracción dimensional

Los filamentos metálicos requieren post-procesado de sinterizado para eliminar el polímero aglutinante del filamento, obteniendo piezas totalmente metálicas.

Al ser un proceso en el que se elimina material, hay que tener en cuenta que las dimensiones de las piezas resultantes tendrán ciertas variaciones respecto a las medidas originales. Es decir, las piezas sufrirán una contracción mayor o menor durante el sinterizado según el material y la marca de filamento.

Esto es sin duda una dificultad al fabricar piezas funcionales donde la precisión dimensional es prioritaria. Sin embargo, es posible encontrar el factor de contracción y escalar los modelos CAD para obtener los resultados dimensionales deseados.

Aquí, los materiales Ultrafuse y Filamet tienen algunas diferencias. Los filamentos Ultrafuse tienen un rango de contracción del 16-17 % en el eje XY y 19-20 % en el eje Z, frente a una contracción del 7-10 % para los filamentos Filamet.

En el caso de Filamet, las piezas finales tienen una densidad del 80-85 %, aunque las piezas pueden sinterizarse durante más tiempo, lo que implicaría una mayor densidad y una mayor contracción respecto a las piezas originales.

Para Ultrafuse, BASF ofrece una guía de usuario completa incluyendo información sobre tolerancias, contracción y escalado, grosor de pared recomendado, etc., que puede ser muy útil.

Vídeo 2: Guía de diseño Ultrafuse. Fuente: BASF.

Proceso de sinterizado

Los procesos de sinterizado desarrollados para filamentos Ultrafuse y Filamet tienen ciertas diferencias entre ellos.

BASF usa un polímero aglutinante específico en filamentos Ultrafuse que requiere desaglutinación catalítica previa al sinterizado, por lo que el post-procesado puede considerarse algo más complejo que para filamentos Filamet. Sin embargo, dentro de los filamentos Filamet, hay algunos que aún tienen un proceso de sinterizado experimental, que no ofrece ningún tipo de garantía en cuanto a resultados.

Además, la mayoría de los filamentos Filamet tienen menos requisitos en cuanto a instalaciones de sinterizado, ya que la mayoría pueden sinterizarse en horno de atmósfera abierta.

Imagen 2: Tabla informativa Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

A priori, el uso de estos filamentos puede plantear ciertas dudas y dificultades, especialmente si el usuario no dispone de medios para realizar el sinterizado. Sin embargo, ambos fabricantes ofrecen soluciones al respecto. BASF tiene su propio servicio de sinterizado, mientras que los usuarios que quieran trabajar con filamentos Filamet pueden contactarnos para valorar la viabilidad de sus proyectos y realizar el post-procesado necesario para obtener el resultado deseado.

Imagen 3: Servicio de sinterizado de BASF.

Conclusiones

La gama de filamentos metálicos de Filamet es sin duda la más amplia del mercado. The Virtual Foundry fue el primer fabricante en lanzar filamentos metálicos sinterizables al mercado y ha desarrollado una amplia gama de materiales aptos para una multitud de aplicaciones.

La gama de filamentos Ultrafuse se especializa actualmente en el desarrollo de filamentos de acero inoxidable, aunque pueden usarse para una amplia gama de aplicaciones como utillaje, utillajes y fijaciones, pequeñas series, piezas funcionales y prototipos.

En cuanto a la impresión 3D, los filamentos Filamet requieren temperaturas de impresión y cama más bajas que los filamentos Ultrafuse, aunque algunos materiales Filamet requieren el uso de dispositivos externos como Filawarmer para asegurar un resultado óptimo.

Los filamentos Ultrafuse permiten el uso de boquillas de diámetro de salida menor, mientras que los filamentos Filamet requieren boquilla de 0,6 mm, excepto Filamet Tungsteno.

Respecto al proceso de sinterizado, el post-procesado al que los filamentos metálicos Filamet deben someterse es más sencillo y, en muchos casos, no requiere horno de atmósfera inerte, por lo que puede ser relativamente fácil disponer de las instalaciones y maquinaria necesarias para sinterizar piezas impresas en 3D con Filamet. Además, si el usuario no tiene las instalaciones o conocimientos necesarios para el sinterizado, puede contactarnos. Por otro lado, algunos filamentos Filamet están en fase experimental, por lo que no hay garantías sobre el sinterizado de estos materiales.

En el caso de Ultrafuse, las piezas impresas en 3D con estos filamentos deben someterse a un post-procesado algo más complejo, aunque BASF ofrece una guía completa con información relevante para lograr resultados óptimos con filamentos Ultrafuse. Además, BASF cuenta con un servicio de desaglutinación y sinterizado proporcionado por ELNIK, basado en la compra de bonos que cubren el proceso de desaglutinación y sinterizado, así como el envío y devolución de las piezas.

Sin duda, los filamentos metálicos son materiales innovadores que permiten a los usuarios de impresoras 3D FDM fabricar piezas totalmente metálicas para una variedad de aplicaciones. Con Ultrafuse y Filamet, los usuarios pueden encontrar el material que mejor se adapte a sus necesidades.