Filamentos para impresora 3D: ¿cuáles elegir?

Fuente: 3dnatives.com

¿Cómo elegir los filamentos para tu impresora 3D? ¿Qué características deben tenerse en cuenta? El modelado por deposición fundida (FDM) es uno de los procesos de impresión 3D más extendidos en el mercado debido a su facilidad de uso, accesibilidad y rendimiento. Es conocido sobre todo por ser compatible con varios termoplásticos, es decir, materiales capaces de ablandarse bajo el efecto del calor y que recuperan su forma original al enfriarse. Para poder ser extruidos por la impresora 3D, estos termoplásticos se transforman en un filamento que puede ser guiado y fundido por el extrusor. Hoy en día, la mayoría de los plásticos del sector pueden someterse a esta transformación, ampliando así el abanico de posibilidades disponible.

Antes de pasar a los diferentes filamentos para impresora 3D que existen en el mercado de la fabricación aditiva, es importante comprender cómo se clasifican los plásticos, un primer paso fundamental que te ayudará a entender mejor los materiales disponibles y sus características. Actualmente, existen los llamados plásticos amorfos o semicristalinos: estos adjetivos definen la estructura intermolecular del polímero, según cómo reaccionan al solidificarse tras la fusión.

En concreto, las cadenas de los plásticos amorfos se enredan y permanecen desordenadas durante la fase de solidificación. Por el contrario, las cadenas de los plásticos semicristalinos se organizan y se disponen en relación unas con otras. De esto se derivan propiedades diferentes: los materiales amorfos, por ejemplo, suelen ser más transparentes y tienen una menor estabilidad dimensional. Por último, otro punto importante que clasifica a la familia de los plásticos es la temperatura de fusión: los plásticos estándar tendrán una temperatura más baja en comparación con los llamados materiales técnicos. Los polímeros de alto rendimiento, por otro lado, requieren una gestión térmica más avanzada, con temperaturas de fusión que rondan los 300 °C (572 °F).

Filamentos estándar para impresoras 3D

El PLA

El PLA, o ácido poliláctico, es un material semicristalino derivado de fuentes renovables, normalmente almidón de maíz. A diferencia de la mayoría de los plásticos derivados de la industria petrolera, el PLA se considera más ecológico porque, en las condiciones adecuadas, es biodegradable. Se trata de un filamento para impresoras 3D muy fácil de usar, por eso es muy popular en el mercado de la impresión 3D. Compatible con productos alimentarios, su temperatura de extrusión suele ser de 180 °C. Tiene una buena estabilidad geométrica y normalmente no está sujeto a deformaciones. Se utiliza principalmente para prototipado, mecanizado, piezas decorativas o en el sector médico. El PLA está disponible en una serie de colores y a menudo se utiliza como matriz para materiales compuestos.

El polipropileno

El PP es uno de los materiales más utilizados en el moldeo por inyección, conocido por su ligereza, resistencia a los agentes químicos y a la fatiga, y buen aislamiento eléctrico. También se encuentra en forma de filamento para impresoras 3D, ofrece una buena resistencia contra los impactos, una buena estanqueidad al gas y es semirrígido. Cabe señalar, sin embargo, que es bastante difícil de imprimir, dado que no se adhiere a la placa. Tiene puntos de fusión muy precisos y requiere una excelente gestión térmica. En cuanto a sus aplicaciones, el filamento de PP se utiliza para envases, clips y dispositivos de fijación, recipientes para líquidos, etc.

ABS: uno de los filamentos para impresoras 3D más utilizados

Esta vez pasamos a una estructura amorfa: el ABS es un filamento conocido por su resistencia a los impactos a baja temperatura y por su ligereza. No siempre es fácil clasificar este material: a veces se encuentra en la parte técnica de la pirámide y es menos fácil de trabajar que el PLA, por ejemplo. En la impresión 3D, está sujeto a deformación, por este motivo requiere el uso de una placa calefactora. Sus propiedades lo convierten en el material ideal para la producción de prototipos funcionales, piezas de herramientas a menudo sometidas a esfuerzos o la fabricación de moldes. El ABS es uno de los filamentos para impresora 3D más económicos y, por tanto, uno de los más utilizados.

Filamentos técnicos

Nylon

El nylon, también conocido como poliamida (PA), está presente en el mercado de la fabricación aditiva predominantemente en forma de polvo para la tecnología SLS. Sin embargo, puede encontrarse en forma de filamentos, disponible con 6 átomos de carbono, es decir, PA6. Este último es similar al ABS y requiere a su vez una placa calefactora porque no se adhiere de forma óptima. El PA6 es conocido por su resistencia a los impactos y a la abrasión, además de por su flexibilidad. Tiene una vida útil bastante larga, ideal para la producción de piezas como bisagras, componentes de máquinas y herramientas. Puede reforzarse con fibras de carbono o de vidrio. Cabe señalar que el nylon es un material que absorbe la humedad, por lo que es importante guardarlo en un lugar seco.

PET, un filamento más técnico para impresoras 3D

El PET es un material muy conocido ya que se utiliza para producir las botellas de plástico. En la impresión 3D es mejor conocido bajo la forma de PETG, es decir, con la adición de glicol para reducir su aspecto quebradizo. Es conocido principalmente por su transparencia y por su compatibilidad con los alimentos. Por ejemplo, numerosos envases y recipientes se imprimen con PETG. Es una buena alternativa al PLA o al ABS.

El POM

El polioximetileno, o POM, es un material semicristalino que se utiliza cada vez más en la impresión 3D. Cuenta con excelentes propiedades químicas y es resistente al calor, a los impactos y a la abrasión. El POM puede utilizarse en la impresión 3D para diversas aplicaciones, como por ejemplo la producción de hebillas para mochilas, componentes que deben estar expuestos al calor o engranajes. Sin embargo, es un filamento bastante difícil de imprimir porque requiere una buena gestión térmica (placa, extrusor y cámara). También cabe señalar que hay pocos fabricantes de este tipo de filamento para impresoras 3D en comparación con materiales como el PLA o el ABS.

Policarbonato, un filamento amorfo para impresoras 3D

El policarbonato (PC) se utiliza principalmente por su fuerza y transparencia. No es un termoplástico fácil de imprimir porque requiere temperaturas de extrusión más elevadas y una placa calefactora. Es especialmente popular en la industria óptica porque es menos denso que el vidrio y puede soportar temperaturas que van de -150 a 140 °C (de -238 °F a 284 °F). Típicamente, las pantallas protectoras y las piezas ópticas pueden imprimirse en 3D con policarbonato. Este filamento para impresoras 3D es cada vez más común en la gama de productos ofrecida por los fabricantes del sector.

Termoplásticos de alto rendimiento

Esta última categoría de polímeros destaca por ser más exigente: los termoplásticos que contiene requieren elevadas temperaturas de fusión y tienen características que se acercan a las de algunos metales. En la fabricación aditiva, estos filamentos requieren una elevada temperatura de extrusión, una placa calefactora y una cámara cerrada. La gestión térmica es fundamental para este tipo de material.

Los semicristalinos

El PEEK es probablemente el más común entre los filamentos para impresoras 3D en esta categoría. Perteneciente a la familia del PAEK, requiere una temperatura de extrusión de aproximadamente 400 °C (752 °F), una placa capaz de alcanzar los 230 °C (446 °F) y una cámara caliente a 120 °C (248 °F). El PEEK es conocido por su relación peso/resistencia y puede soportar elevadas temperaturas. Puede ser esterilizado, lo que lo convierte en el material preferido para la impresión de implantes personalizados. Se trata de un filamento para impresoras 3D bastante costoso y que además requiere cierto dominio del proceso de impresión 3D.

El PPS también es un semicristalino de alto rendimiento, conocido por su resistencia química y por sus propiedades mecánicas. Se utiliza principalmente en los sectores de automoción, petróleo y gas, y electrónica. Su temperatura de extrusión ronda los 300 °C (572 °F); también requiere una placa calefactora y una cámara cerrada.

Filamentos amorfos de alta temperatura

En esta categoría podemos mencionar en primer lugar el PEI, un filamento para impresoras 3D comercializado ahora por SABIC bajo la marca ULTEM. Menos costoso que el PEEK, cumple con los estándares contra incendios y humos, lo que lo convierte en el material ideal para el sector aeroespacial. El PEI también es resistente a fluidos, hidrocarburos, alcoholes y soluciones acuosas en el ámbito automotriz. Puede ser esterilizado y es compatible con el contacto alimentario.

Por último, no podemos olvidar la familia de las sulfonas, en particular el PPSU y el PSU. Estos son termoplásticos muy interesantes en términos de propiedades térmicas y características frente al fuego y humo. Tienen además un buen aislamiento eléctrico y buenas propiedades dieléctricas. Son materiales populares en el sector del transporte, incluidos el ferroviario, el aeroespacial y el automotriz.

Filamentos compuestos y flexibles para impresoras 3D

Por último, es importante mencionar los filamentos compuestos y los materiales elásticos. Los materiales compuestos son materiales formados por una matriz (PLA, nylon, policarbonato, etc.) y reforzados con fibras, la mayoría de las veces de carbono. También pueden utilizarse de vidrio, aramida, etc. Esto aumenta la resistencia del filamento optimizando su peso.

Finalmente, los filamentos para impresora 3D flexibles como el TPU forman parte de la oferta de materiales FDM. Estos son materiales conocidos por su resistencia al desgaste y a los impactos. Son especialmente interesantes en la producción de pinzas o plantillas ortopédicas; sin embargo, son sensibles a las altas temperaturas.