Filamento de nailon para impresión 3D:materiales, propiedades y aplicaciones prácticas

Hay alrededor de 50 tipos diferentes de nailon, pero no todos son adecuados para la impresión 3D:originalmente fue diseñado como una fibra textil. Wallace H. Carothers, investigador de DuPont, lo descubrió por primera vez en 1935 cuando intentaba fabricar la primera fibra totalmente sintética. Desde entonces, el nailon ha servido para muchos propósitos, desde pantimedias hasta piezas de alto rendimiento utilizadas en la construcción, la automoción e incluso la industria aeroespacial. Aprendamos más sobre esto.

¿Qué es la impresión 3D de nailon?

Los nailon son una familia de poliamidas termoplásticas semicristalinas con composiciones similares. Se elabora mediante un proceso llamado polimerización por condensación, en el que dos materiales de partida monoméricos diferentes (una diamina y un diácido) reaccionan juntos para formar el polímero, produciendo un subproducto como agua o HCl. Pero cada tipo de nailon tiene un método de producción ligeramente diferente. Usando el nailon 6,6 como ejemplo, se obtiene mediante una reacción de condensación entre dos materias primas comunes, la hexametilendiamina y el ácido adípico. Un método alternativo es la polimerización con apertura de anillo, que utiliza caprolactama como materia prima para producir Nylon 6. Encontrarás más detalles sobre los diferentes nylons y cómo se fabrican un poco más abajo.

El nailon se utiliza en la impresión 3D desde hace más de dos décadas; en forma de filamento, se utiliza con impresoras de modelado por deposición fundida (FDM) y, como polvo, es adecuado para los procesos de sinterización selectiva por láser (SLS) y fusión de chorro múltiple (MJF). La siguiente imagen muestra una pieza realizada en una impresora 3D con filamento de nailon.

Seguramente habrás oído que el nailon es un material difícil de trabajar y no es mentira. El problema del nailon es que es higroscópico, lo que significa que absorbe la humedad del aire. Esto lo hace propenso a deformarse, con una mala adherencia de las capas y una calidad de impresión inconsistente si no se seca adecuadamente antes de imprimir. 

La buena noticia es que la adición de fibras de vidrio y carbono elimina la mayoría de estos problemas y al mismo tiempo mejora sus propiedades mecánicas. El filamento de fibra de carbono de nailon se fabrica mezclando hebras cortas de fibra de carbono con nailon antes de extruirlo en un filamento. Estas fibras estabilizan el material y evitan que se deforme durante la impresión. La mejor noticia es que hasta el 25% del volumen del filamento de nailon puede ser uno de estos rellenos. Cuando se combina con los ajustes correctos de relleno e impresora, el nailon se puede utilizar para fabricar piezas resistentes, duraderas y funcionales para aplicaciones resistentes. 

Ventajas

• Flexibles
• Duro
• Resistente a la abrasión
• Resistente a álcalis, aceites, combustibles y disolventes orgánicos
• Mejor resistencia al impacto que otros termoplásticos de ingeniería (es decir, PETG o ABS)
• Más resistente a los rayos UV que el PLA o el ABS (aún más cuando se añaden estabilizadores UV)
• Reciclable

Desventajas

• Tiende a deformarse durante la impresión y a desprenderse de la base de impresión
• Es higroscópico, por lo que absorbe fácilmente la humedad antes y después de la impresión; podría provocar defectos
• No es tan fuerte como otros filamentos, como PETG o ABS
• No biodegradable
• No resistente a halógenos y ácidos inorgánicos

Aplicaciones

• Poleas
• Engranajes
• Sujetadores
• Bridas para cables y cremalleras
• Hebillas de plástico
• En ambientes secos y al aire libre

¿Cuál es la composición del filamento de nailon?

Los nailon son una familia de poliamidas termoplásticas semicristalinas con composiciones similares. El nailon generalmente se sintetiza mediante un proceso conocido como polimerización por condensación. Durante este proceso, dos materiales de partida monoméricos diferentes, una diamina y un diácido, hacen reaccionar juntos para formar el polímero y una molécula subproducto como agua o HCl. Por ejemplo, el nailon 66 se fabrica mediante una reacción de condensación a partir de dos materias primas comunes, hexametilendiamina y ácido adípico. Un método de procesamiento alternativo, llamado polimerización con apertura de anillo, utiliza caprolactama como materia prima para producir Nylon 6.

El nailon se combina a menudo con fibras de carbono y vidrio para mejorar sus propiedades mecánicas y térmicas. Hasta el 25% del volumen del filamento puede ser uno de estos rellenos. 

¿Cuáles son las propiedades del filamento de nailon?

A continuación se enumeran algunas propiedades comunes del filamento de nailon para impresión 3D:

1. El nailon tiene una excelente flexibilidad y dureza y se puede utilizar en aplicaciones expuestas a condiciones de carga duras. 
2. El nailon tiene buena resistencia a la abrasión y se utiliza a menudo para poleas.
3. El nailon tiene una excelente resistencia a aceites, combustibles y disolventes orgánicos.
4. El nailon tiene una excelente resistencia al impacto en comparación con los plásticos de ingeniería comunes como el ABS.

Comparación de las propiedades de los filamentos de nailon

Pero, ¿cómo se compara el nailon con otros filamentos de impresión 3D populares, como ABS, PETG y PP? Hemos incluido todos los detalles importantes en la siguiente tabla (Nylon 6 nuevamente allí para facilitar la referencia).

¿Cuáles son las limitaciones de la impresión 3D con nailon?

Imprimir con nailon tiene algunas desventajas, como se enumeran a continuación:

1. El nailon tiende a deformarse durante la impresión y puede desprenderse de la base de impresión. 
2. El nailon absorbe fácilmente la humedad antes y después de la impresión. La absorción de humedad por parte del material del filamento suele provocar defectos en la pieza impresa.
3. El nailon no es tan resistente como otros materiales imprimibles como PETG y ABS.

Algunos de los beneficios del filamento de nailon para impresión 3D se enumeran a continuación:

1. El nailon tiene una excelente resistencia a la abrasión y es ideal para poleas y engranajes.
2. El nailon tiene una excelente resistencia al impacto en comparación con otros termoplásticos de ingeniería como PETG o ABS.
3. El nailon es más resistente a los rayos UV que el PLA o el ABS y se puede utilizar en ambientes exteriores secos. Su resistencia a los rayos UV se puede mejorar aún más añadiendo estabilizadores UV a la materia prima.

¿Por qué se utiliza el nailon en la impresión 3D?

El nailon se utiliza en la impresión 3D debido a su dureza, resistencia química y resistencia a la abrasión. Es un material difícil de trabajar pero que se puede utilizar para imprimir piezas funcionales. El filamento de fibra de carbono de nailon es un material popular que se fabrica mezclando hebras cortas de fibra de carbono con nailon antes de extruirlo para formar un filamento. Estas fibras estabilizan el material, evitando la deformación durante la impresión, aumentando la resistencia mecánica y mejorando las propiedades térmicas. 

Cómo utilizar nailon en la impresión 3D

El filamento de nailon para impresión 3D es difícil de imprimir debido a su tendencia a deformarse y absorber humedad. Sin embargo, si se utilizan los ajustes correctos de la impresora, no hay razón por la que no se puedan lograr resultados excelentes. A continuación se enumeran algunos consejos para imprimir nailon con éxito:

1. El nailon absorbe fácilmente la humedad. Esta propiedad puede tener un efecto perjudicial en la pieza impresa debido a la porosidad causada por la expansión de las burbujas de agua hirviendo a medida que la humedad se evapora. Por tanto, es importante almacenar el material del filamento en un recipiente hermético. Algunos contenedores pueden incluso almacenar el filamento durante la impresión, lo que resulta especialmente útil para impresiones de larga duración.
2. El nailon se deformará durante la impresión si el entorno de impresión no se mantiene a unos 45 °C. 

Los consejos mencionados anteriormente para la impresión 3D con nailon son generalmente aplicables a todos los plásticos de nailon. Sin embargo, el filamento de nailon de fibra de carbono y el filamento de nailon relleno de vidrio no se deforman tan fácilmente.

¿Cuáles son los mejores ajustes de configuración para la impresión 3D de nailon?

Como mencionamos, con la configuración correcta de la impresora y el tipo correcto de nailon, no hay ninguna razón por la que no puedas obtener excelentes resultados. Estos son algunos de nuestros principales consejos que generalmente se aplican a todos los filamentos de plástico de nailon para una impresión 3D exitosa.

1. Primero, deberá asegurarse de que su impresora esté ajustada a la mejor configuración para este material. Si bien la configuración específica de la impresora requerida dependerá de la formulación del nailon, estas son las reglas generales:

• Temperatura del extrusor/boquilla :230–260 °C
• Temperatura de la cama :60–70 °C
• Velocidad de impresión :30–70 mm/s (50 mm/s es ideal para obtener mejores resultados, especialmente para piezas detalladas)
• Densidad de relleno :20 % con un patrón de relleno triangular (debe ajustarse según la aplicación; los usos de carga pueden necesitar entre un 50 y un 80 %)
• Mejor espesor de pared :1,5 mm (para la mayoría de las aplicaciones; dependerá del uso final de la pieza)

2. Como puede ver, una cama de impresión caliente es imprescindible cuando se trabaja con nailon para que no se deforme y se levante de la cama, pero es posible que también necesite prepararla con adhesivos.

3. Mantenga el entorno de impresión a unos 45 °C.

4. Utilice filamentos de nailon rellenos de fibra de carbono o de vidrio que no se deformen tan fácilmente.

5. Guarde el filamento de nailon en un recipiente hermético y libre de humedad. Algunos contenedores pueden incluso almacenar el filamento durante el proceso de impresión, lo que resulta útil para impresiones de larga duración.

6. Esto se aplica a todos los materiales de impresión 3D, pero prueba con las diferentes configuraciones de velocidad hasta que encuentres la perfecta. Cada combinación de impresora y material se comportará de forma ligeramente diferente.

Preguntas frecuentes sobre el filamento de nailon para impresión 3D

¿En qué se diferencia el nailon de otros filamentos de plástico para impresión 3D?

El nailon es más resistente a los impactos que el PETG y el ABS, y es mucho más resistente y flexible que el PLA. El PLA es rígido y quebradizo, con poca resistencia a la fatiga bajo cargas cíclicas, por lo que el nailon gana. Al igual que el nailon, el ABS es un material difícil de imprimir, pero es más fácil de usar que el nailon y también tiene mejor resistencia a la tracción. El PETG también es mucho más fácil de imprimir y también es más barato que el nailon.

¿Es el nailon reciclable?

Debe reciclarse en instalaciones de reciclaje industriales. El nailon 6 es más reciclable que el nailon 6,6, por ejemplo, ya que está fabricado a partir de una sola molécula. Esto hace que sea fácil de polimerizar, mientras que el Nylon 6,6 está hecho de dos moléculas que son difíciles de separar.

¿Por qué la humedad es mala para las impresiones 3D?

La parte impresa podría arruinarse si ha entrado humedad en el material (y, como hemos visto, al nailon le encanta absorberla). Esto se debe a la porosidad causada por la expansión de las burbujas de agua hirviendo; A medida que el agua se evapora durante la impresión, puede debilitar el material.

¿Cuál es la mejor velocidad de impresión 3D de nailon?

El nailon se puede imprimir a velocidades de entre 30 y 70 mm/s, pero la velocidad óptima suele rondar los 50 mm/s, especialmente si se requieren altos niveles de detalle en la impresión. Al igual que con cualquier proceso de impresión 3D, puede que sea necesario probar algunas configuraciones de velocidad diferentes hasta determinar la velocidad de funcionamiento óptima. Cada combinación de impresora/material se comporta de forma ligeramente diferente. 

¿Cuál es la temperatura de fusión del filamento de nailon?

La temperatura de fusión del filamento de nailon es de 188,4 °C. Los filamentos de impresión 3D de nailon reforzado con carbono o vidrio tienen temperaturas de fusión equivalentes a las temperaturas de fusión del polímero base.

¿Se requiere una cama de impresión calentada al imprimir con nailon?

Sí, se requiere una cama de impresión con calefacción al imprimir con nailon. El nailon es propenso a deformarse y puede levantarse de la cama si no se ha preparado lo suficiente con adhesivos y no se ha calentado.

¿Cuál es un buen grosor de pared para la impresión 3D de nailon?

El espesor de pared óptimo para la impresión 3D de nailon depende del uso final de la pieza que se va a imprimir. Sin embargo, en general, un espesor de pared de 1,5 mm será ideal para la mayoría de las aplicaciones.

¿Cuál es una buena densidad de pared para la impresión 3D de nailon?

La densidad de relleno óptima para un prototipo de pieza impresa en 3D de nailon no funcional es del 20%. Sin embargo, esta densidad debe ajustarse dependiendo de la aplicación prevista. Las aplicaciones de carga pueden requerir entre 50 y 80% de densidad de relleno. El relleno estándar tipo triángulo será suficiente para la mayoría de aplicaciones.

¿Es el nailon biodegradable?

No, como la mayoría de los demás productos básicos y termoplásticos de ingeniería, el nailon no es biodegradable.

¿El nailon es higroscópico?

Sí, el nailon es higroscópico y absorbe fácilmente la humedad. Por lo tanto, se recomienda mantener el material de filamento de nailon en un recinto libre de humedad.

¿Cuál es la diferencia entre nailon y PLA en impresión 3D?

El PLA es un material rígido y quebradizo que tiene poca resistencia a la fatiga. El nailon, por otro lado, es más resistente, más flexible y tiene mejor resistencia a la fatiga bajo cargas cíclicas.

¿Cuál es la diferencia entre nailon y ABS en impresión 3D?

Al igual que el nailon, el ABS es un material difícil de imprimir. Sin embargo, es más fácil de usar que el nailon. El ABS también tiene mejor resistencia a la tracción. Sin embargo, el nailon es significativamente más resistente a los impactos que el ABS.

¿Cuál es la diferencia entre nailon y PETG en impresión 3D?

El PETG no es tan resistente a los impactos como el nailon. Sin embargo, es mucho más fácil de imprimir y más barato que el nailon.

Kat de Naoum

Kat de Naoum es una escritora, autora, editora y especialista en contenido del Reino Unido con más de 20 años de experiencia en escritura. Kat tiene experiencia escribiendo para una variedad de organizaciones técnicas y de fabricación y ama el mundo de la ingeniería. Además de escribir, Kat fue asistente legal durante casi 10 años, siete de los cuales estuvieron en finanzas navales. Ha escrito para muchas publicaciones, tanto impresas como en línea. Kat tiene una licenciatura en literatura y filosofía inglesas y una maestría en escritura creativa de la Universidad de Kingston.

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