Explicación del filamento de impresión 3D Flex:materiales, propiedades y guía de expertos

¿Qué es la impresión Flex 3D?

La impresión 3D flexible es el término utilizado para describir los procesos de impresión 3D que utilizan filamentos flexibles fabricados a partir de TPE para crear piezas capa por capa. Se pueden utilizar varios tipos diferentes de filamentos flexibles en la impresión 3D y cada tipo tiene sus propias ventajas y desventajas. El filamento flexible de impresión 3D más común es el poliuretano termoplástico (TPU). Sin embargo, también son comunes el copoliéster termoplástico (TPC), la poliamida termoplástica (TPA) y el “ácido poliláctico blando (PLA)”. 

Según un artículo de investigación publicado por SVOA Materials Science and Technology, el procesamiento de TPE requiere entre un 25 y un 40 % menos de energía que los cauchos vulcanizados termoestables. Además, algunos filamentos flexibles de impresión 3D se pueden procesar y reciclar muchas veces, lo que ayuda a reducir los residuos y la contaminación y a preservar los recursos petroleros. La impresión flexible 3D se ha convertido en un método de producción alternativo sólido para piezas elastoméricas a medida que los clientes exigen productos más especializados y personalizados. Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre impresión 3D.

¿Cuál es la composición del filamento flexible?

Los filamentos flexibles para impresión 3D están hechos de TPE y, por lo tanto, tienen características de elasticidad similares a las de los cauchos reticulados, al tiempo que conservan las características de procesamiento de los termoplásticos. Diferentes filamentos flexibles son posibles gracias a los diferentes materiales plásticos que se obtienen a medida que se refina el petróleo. Durante el proceso de refinamiento, la nafta se combina con catalizadores y otros productos químicos en un reactor de polimerización para crear los plásticos deseados. El proceso da como resultado gránulos de plástico compuestos de TPE como TPU, TPC, TPA y PLA blando (según los productos químicos utilizados durante la polimerización). Estos gránulos de TPE luego se funden y extruyen para formar filamentos flexibles que se utilizarán en la impresión 3D FDM.

¿Cuáles son las propiedades del filamento flexible?

Las propiedades de los filamentos flexibles varían según el material específico. Algunos filamentos, como el TPU, son más elásticos que otros, como el TPC. Las propiedades generales de los filamentos flexibles como TPU, TPC, TPA y PLA blando se describen en la siguiente lista:

1. Suaves y flexibles en comparación con los filamentos termoplásticos.
2. Excelente elasticidad en comparación con filamentos termoplásticos como PLA o ABS.
3. Excepcional resistencia al desgaste, impacto, química y eléctrica.
4. Buena estabilidad térmica y ambiental.

Comparación de propiedades de filamentos flexibles

En la Tabla 1 a continuación se muestra una comparación directa de las propiedades entre los filamentos flexibles y los filamentos ABS más convencionales:

Tabla 1:Comparación de TPU, TPA y ABS

Propiedad TPU (Filamento Flexible) TPA (Filamento Flexible) ABS (Filamento Convencional)

Propiedad

Fuerza

TPU (filamento flexible)

Bueno

TPA (filamento flexible)

Bueno

ABS (Filamento Convencional)

Mejor

Propiedad

Durabilidad

TPU (filamento flexible)

Alto

TPA (filamento flexible)

Alto

ABS (Filamento Convencional)

Alto

Propiedad

Flexibilidad

TPU (filamento flexible)

Alto

TPA (filamento flexible)

Alto

ABS (Filamento Convencional)

Mínimo

Propiedad

Biodegradable

TPU (filamento flexible)

Sí

TPA (filamento flexible)

Sí

ABS (Filamento Convencional)

No

Propiedad

Reciclable

TPU (filamento flexible)

Sí

TPA (filamento flexible)

No

ABS (Filamento Convencional)

Sí

Propiedad

Higroscópico

TPU (filamento flexible)

Sí

TPA (filamento flexible)

Sí

ABS (Filamento Convencional)

Sí

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

A pesar de las muchas ventajas, una de las mayores limitaciones de la impresión 3D con filamentos flexibles es que las piezas pueden resultar difíciles de imprimir. Los filamentos flexibles tienden a atascarse u obstruir los inyectores de impresión. Además, la retracción durante la impresión puede ser insuficiente, lo que provoca que se formen hilos y, en ocasiones, piezas dimensionalmente incorrectas. Además, la naturaleza elástica de estos filamentos puede hacer que se doblen o resbalen cuando se utilizan extrusoras Bowden. En comparación con los filamentos convencionales como ABS o PLA, las impresiones que utilizan filamentos de impresión 3D flexibles exigen más ajustes y optimización en la fase de diseño.

¿Por qué se utiliza Flex en la impresión 3D?

Los filamentos flexibles son comunes porque las impresoras 3D pueden crear piezas mucho más rápidamente que otros métodos de fabricación de TPE. Tradicionalmente, las piezas basadas en TPE se fabrican mediante moldeo por inyección y extrusión. Si bien estos procesos pueden producir grandes cantidades de piezas en rápida sucesión, sus herramientas son costosas y a menudo requieren meses de tiempo de entrega. Las impresoras 3D pueden crear rápidamente prototipos flexibles a una fracción del costo de las herramientas. Esta capacidad allana el camino para que se fabriquen piezas completas y personalizadas mucho más rápido de lo que sería posible con los métodos de fabricación tradicionales.

Cómo utilizar Flex en la impresión 3D

El uso de filamentos flexibles para impresión 3D es una excelente manera de construir piezas elásticas rápidamente. Sin embargo, la naturaleza flexible de estos filamentos requiere que los usuarios presten mucha atención a los ajustes de configuración de su impresora. Los ajustes óptimos para un trabajo de impresión particular con filamentos flexibles dependen del material TPE y de la aplicación de la pieza. A continuación se enumeran algunos requisitos previos generales para imprimir filamentos TPE:

1. Establezca una temperatura de la cama según la recomendación del fabricante del material.
2. Utilice una barra de pegamento, cinta de pintor o laca para el cabello para adherir a la cama.
3. Utilice una extrusora de accionamiento directo en lugar de una extrusora Bowden.
4. Utilice un ventilador de refrigeración durante la impresión.

Si bien los elementos enumerados anteriormente son un conjunto general de principios para imprimir con filamentos flexibles, cada material difiere ligeramente. Algunos proyectos pueden exigir que se desvíe de las recomendaciones estándar. 

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

Generalmente, los usuarios deben equilibrar las velocidades de impresión y los ajustes de retracción con las temperaturas del extrusor y de la cama para asegurarse de que la pieza salga con las dimensiones adecuadas. En la Tabla 2 a continuación, se muestran las configuraciones de impresora recomendadas para diferentes materiales TPE:

Tabla 2:Configuración de la impresora 3D de filamento flexible

Configuración de la impresora TPU TPC TPA PLA blando

Configuración de la impresora

Temperatura del extrusor

TPU

210-230 ℃

TPC

220-260 ℃

TPA

220-230 ℃

PLA blando

220-235 ℃

Configuración de la impresora

Temperatura de la cama

TPU

Ambiente-60 ℃

TPC

60-110 ℃

TPA

30-60 ℃

PLA blando

100 ℃

Configuración de la impresora

Velocidad de impresión

TPU

5-30 mm/s

TPC

5-30 mm/s

TPA

5-30 mm/s

PLA blando

10-30 mm/s

Imprimir la primera capa de un trabajo suele ser el punto más crítico de una impresión. Al imprimir con filamentos flexibles, utilice cinta Kapton, cinta de pintor, Magigoo, DimaFix u otros adhesivos para garantizar una buena adhesión a la base desde el inicio de la impresión. Una vez que se completa la primera capa, los usuarios pueden ajustar la configuración de retracción para ayudar a evitar que el extremo caliente del extrusor babee. Para encontrar la configuración de retracción óptima, los usuarios primero deben desactivar la retracción para encontrar la velocidad ideal y luego aumentar la distancia de retracción de forma incremental para descubrir la configuración ideal. Tenga cuidado de no imprimir demasiado rápido, ya que el material puede obstruir fácilmente la boquilla.

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

Debido a que los filamentos flexibles son propensos a doblarse, atascarse y torcerse cuando ingresan al extrusor, una velocidad de impresión más lenta puede ser su amiga. Estos problemas pueden provocar retrasos innecesarios en los trabajos de impresión y pueden ser perjudiciales para la precisión dimensional y la calidad de la pieza. El mejor equilibrio entre velocidad y calidad suele estar entre 30 y 40 mm/s. Sin embargo, la velocidad de impresión óptima dependerá del filamento que se utilice. Consulte las pautas del fabricante del filamento para tener una idea general de dónde establecer las velocidades iniciales.

¿Cuál es la temperatura de fusión del filamento flexible?

La temperatura de fusión variará según el material. Sin embargo, en general, la temperatura de fusión de los filamentos flexibles está entre 210 y 260 °C. Calentar demasiado los filamentos flexibles puede hacer que se enrosquen y salgan de la boquilla durante la impresión. Este encordado provoca piezas fuera de especificaciones y de mala calidad. 

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

Sí, normalmente se requiere una cama caliente, pero la temperatura depende del material y de la pieza en particular. Algunos filamentos flexibles para impresión 3D, como TPC, TPA y PLA blando, requieren camas calientes, mientras que el TPU se puede imprimir con o sin una cama caliente. 

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

Los filamentos flexibles normalmente necesitan paredes parciales más gruesas que las de los plásticos comunes. Por ejemplo, las paredes parciales de TPU suelen tener un espesor mínimo de 2,0 mm. Diseña paredes gruesas en tus piezas si planeas usar filamentos flexibles de impresión 3D.

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

Las paredes de piezas impresas en 3D tienen dos partes principales:la carcasa y el relleno. La cáscara son las paredes exteriores sólidas de la pieza, mientras que el relleno consiste en lo que hay entre las superficies exteriores. El relleno a menudo se construye como una celosía para equilibrar la resistencia estructural con el peso y el uso de materiales. Las densidades de relleno pueden ser tan bajas como 0% (hueco) o tan altas como 100% (sólido). Los filamentos flexibles pueden funcionar con cualquier densidad, aunque densidades de relleno más altas reducirán la flexibilidad general de la pieza.

Preguntas frecuentes sobre la impresión 3D Flex

¿El filamento flexible es biodegradable?

Sí y no. Algunos filamentos flexibles, como el TPU y el PLA blando, son biodegradables y se descomponen en unos pocos años. Otros, como TPC y TPA, no lo son y pueden tardar siglos en descomponerse.

¿El filamento flexible es reciclable?

Sí y no. Algunos filamentos flexibles, como el TPU y el PLA blando, son reciclables y pueden reutilizarse muchas veces. Otros, como TPC y TPA, solo pueden procesarse una vez con una impresora 3D. 

¿El filamento flexible es higroscópico?

Sí, los filamentos flexibles son higroscópicos. Todos los TPE tienen un alto grado de higroscopia y explotarán y chisporrotearán cuando se calienten si han absorbido demasiada humedad. Por lo tanto, los filamentos flexibles deben almacenarse correctamente o secarse antes de su uso.

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

Los filamentos flexibles están compuestos por TPE que tienen un alto grado de elasticidad y excelentes propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ambientales. El PLA es un plástico rígido y de alta resistencia derivado de fuentes naturales como la caña de azúcar y el maíz. El PLA se puede convertir en un “PLA blando” flexible combinando el polímero PLA con componentes de TPE. 

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

Los filamentos flexibles para impresión 3D están hechos de TPE que son excepcionalmente flexibles y tienen asombrosas propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ambientales. El ABS es un plástico a base de petróleo que tiene excelentes propiedades mecánicas, es ligeramente más flexible y dúctil que el PLA y es uno de los filamentos más baratos del mercado. 

Dean McClements

Dean McClements se graduó con honores en Ingeniería Mecánica y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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