Guía de materiales para impresión 3D: los plásticos

Fuente: 3dnatives.com

Los plásticos se encuentran entre los materiales más utilizados para la impresión 3D. Gracias a su facilidad de producción, versatilidad e impermeabilidad, así como a su bajo coste, los plásticos se emplean en una multitud de productos y sectores; el de la fabricación aditiva no es una excepción. Veamos juntos, en detalle, cuáles son las características y las aplicaciones de estos materiales. Un plástico es un material fabricado con compuestos sintéticos o semisintéticos que tiene la propiedad de ser maleable (de cambiar de forma). La mayor parte de los plásticos presentes en el mercado es enteramente sintética, es decir, derivada de elementos petroquímicos. Sin embargo, dada la creciente preocupación por el medio ambiente, los plásticos derivados de materiales renovables como el ácido poliláctico (PLA) son, a su vez, populares en el mercado.

En la siguiente guía echaremos un vistazo a los plásticos para impresión 3D más comunes. Como sabrás, el proceso de impresión 3D más popular y económico, el FDM, produce piezas mediante la extrusión de filamentos de plástico. Sin embargo, la precisión en las máquinas FDM no es la misma que la de otros procesos como SLS o SLA. Por lo tanto, para piezas industriales y para uso final, los fabricantes optan mayoritariamente por las tecnologías SLS (utilizando polvos poliméricos) o SLA (utilizando resinas poliméricas), las cuales ofrecen una mayor precisión y una mayor calidad en las piezas fabricadas. Otras tecnologías de impresión 3D con las que pueden utilizarse los plásticos son Material Jetting y Multi Jet Fusion.

Pero, ¿qué plásticos pueden utilizarse en la fabricación aditiva? En forma de filamentos o de polvo, el plástico debe fundirse para formar el objeto impreso capa por capa. En forma de resina, debe solidificarse para formar el objeto. Cada plástico requerirá diferentes parámetros de impresión 3D durante el proceso de producción y otorgará a las piezas propiedades distintas. A continuación, ofrecemos una visión general de los diferentes materiales plásticos que pueden utilizarse en la impresión 3D.

ABS: el filamento más utilizado entre los plásticos para impresión 3D

Los filamentos de ABS son los más utilizados en la impresión 3D. Se utiliza en la carrocería de los automóviles, en electrodomésticos y en carcasas de teléfonos móviles. Se trata de un termoplástico que contiene una base de elastómeros basados en polibutadieno, lo que lo hace más flexible y resistente a los impactos. El ABS también se encuentra en polvo para los procesos de lecho de polvo como el SLS y en forma líquida para las tecnologías SLA y PolyJet. El ABS se emplea en la impresión 3D a una temperatura entre 230 y 260 °C. Es un material resistente, capaz de soportar fácilmente temperaturas de -20°C a 80°C. Además de su elevada resistencia, es un material reutilizable y puede soldarse con procesos químicos. Sin embargo, el ABS no es biodegradable y se contrae en contacto con el aire, por lo que la plataforma de impresión debe estar caliente para evitar deformaciones. Además, se recomienda utilizar una impresora 3D con cámara cerrada para limitar la emisión de partículas al imprimir con ABS. Para más información, remitimos a nuestra guía sobre el ABS.

PLA

Conocido como ácido poliláctico o PLA, este material tiene la ventaja de ser biodegradable, a diferencia del ABS. El PLA se fabrica utilizando materias primas renovables como el almidón de maíz. El PLA es uno de los materiales más fáciles de imprimir, aunque tiene tendencia a retraerse ligeramente después de la impresión 3D. A diferencia de la impresión con ABS, al imprimir con PLA no se necesita una plataforma caliente. El PLA, además, se imprime a una temperatura más baja que el ABS, entre 190 y 230 °C. El PLA es un material más difícil de manipular debido a su elevada velocidad de enfriamiento y solidificación. También es importante mencionar que este material puede deteriorarse en contacto con el agua. No obstante, el material es sencillo de usar y se suministra en una amplia gama de colores, lo que lo hace adecuado para la impresión 3D con FDM. Los *makers* suelen usar el PLA para realizar objetos decorativos o pequeños juguetes, pero este material también se utiliza en la industria para el prototipado. Descubre más información sobre el PLA en nuestra guía dedicada.

ASA

El ASA es un material que tiene propiedades similares al ABS, pero una mayor resistencia a los rayos UV. Como en el caso del ABS, se aconseja imprimir el material sobre una base caliente para prevenir cualquier deformación. Cuando se imprime con ASA se utilizan configuraciones de impresión similares a las del ABS, pero hay que prestar la máxima atención a imprimir con cámara cerrada debido a las emisiones de estireno. Más información sobre este material en nuestra guía sobre el ASA.

PET

El tereftalato de polietileno, o PET, se encuentra comúnmente en las botellas de plástico de un solo uso. El PET es el filamento ideal para cualquier pieza que deba entrar en contacto con alimentos. Además, el material es bastante rígido y tiene una buena resistencia química. Para obtener los mejores resultados de impresión con el PET, recomendamos imprimir entre 75 y 90 ºC. El PET se comercializa comúnmente como un filamento translúcido con variantes como PETG, PETE y PETT. Las ventajas del PET incluyen el hecho de que el material no emite olores durante la impresión y es 100% reciclable.

PETG

El PETG, o poliéster modificado con glicol, es un termoplástico ampliamente utilizado en el mercado de la fabricación aditiva, uniendo al mismo tiempo la sencillez de la impresión 3D con PLA y la resistencia del ABS. Se trata de un plástico amorfo que puede reciclarse al 100%. Tiene la misma composición química que el polietileno tereftalato, más conocido con el acrónimo PET. La adición de glicol reduce su fragilidad. Descubre más información sobre el PETG en nuestra guía dedicada.

Policarbonato (PC)

El policarbonato (PC) es un material de elevada resistencia concebido para aplicaciones técnicas. El material tiene una buena resistencia a la temperatura y es capaz de resistir cualquier deformación hasta unos 150 °C. Sin embargo, el PC tiende a absorber la humedad del aire, lo que puede influir negativamente en el rendimiento y en la resistencia de la impresión. Por lo tanto, el PC debe almacenarse en contenedores herméticos. El PC es altamente valorado por la industria de la fabricación aditiva (AM) por su resistencia y transparencia. Tiene una densidad mucho más baja que el vidrio y, por lo tanto, es particularmente interesante para el diseño de piezas ópticas, pantallas protectoras u objetos decorativos. Para más información, consulta nuestra guía sobre el PC para impresión 3D.

Polímeros de altas prestaciones (PEEK, PEKK, ULTEM)

La evolución de las tecnologías de impresión 3D ha llevado a un amplio trabajo de investigación sobre materiales de impresión, que ha permitido el desarrollo de una gama completa de filamentos de altas prestaciones con características mecánicas similares a las de los metales. Hay numerosos tipos de plásticos para impresión 3D de altas prestaciones como PEEK, PEKK o ULTEM – se distinguen por familia como poliariletercetonas (PAEK) o polieterimidas (PEI). Estos filamentos tienen una altísima resistencia térmica y mecánica, son muy robustos y, al mismo tiempo, mucho más ligeros que algunos metales. Estas propiedades los hacen muy interesantes en los sectores aeroespacial, automotriz y médico.

Por sus características, los polímeros de altas prestaciones no pueden imprimirse en todas las máquinas FDM del mercado. De hecho, la impresora 3D debe tener una plataforma caliente capaz de alcanzar al menos 230 °C, una extrusión a 350 °C y una cámara cerrada. Hoy en día, alrededor del 65% de estos materiales se imprime con tecnología FDM, pero también se encuentran en forma de polvo, compatibles con la tecnología SLS. Descubre más información en nuestra guía dedicada a los materiales de altas prestaciones.

Polipropileno (PP)

El polipropileno es otro termoplástico ampliamente utilizado en el sector automotriz, en el sector textil profesional y en la producción de cientos de objetos de uso cotidiano. El PP es conocido por su resistencia a la abrasión y por su capacidad de absorción de impactos, además de por su relativa rigidez y flexibilidad. Sin embargo, entre las desventajas del material están su escasa resistencia a las temperaturas y su sensibilidad a los rayos UV, que puede provocar su expansión. Por este motivo, varios fabricantes han desarrollado tipos alternativos de PP, simil-propilenos, más robustos tanto desde el punto de vista físico como mecánico. Más detalles en nuestra guía sobre el PP para fabricación aditiva.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos son extremadamente útiles para crear piezas extremadamente ligeras, pero robustas al mismo tiempo. Las fibras añaden resistencia a una pieza sin añadir peso, por lo que nos referimos a los compuestos denominándolos también materiales reforzados con fibras. Hay dos tipos de refuerzo: fibras cortas o fibras continuas. En el primer caso, fibras cortadas que consisten en segmentos de longitud inferior a un milímetro se mezclan en los materiales plásticos tradicionales para la impresión 3D para aumentar la rigidez y, en menor medida, la resistencia de los componentes. Las fibras cortadas pueden mezclarse con materiales termoplásticos tales como nailon, ABS o PLA. Alternativamente, las fibras pueden añadirse a los termoplásticos de manera continua para llegar a una pieza más robusta. La fibra principal empleada en el sector de la impresión 3D es la fibra de carbono, pero también hay otras fibras como la fibra de vidrio o el Kevlar. Descubre más información en nuestra guía sobre materiales compuestos.

Materiales híbridos

Los materiales híbridos nacen de la mezcla de plásticos y polvos que les dan un nuevo color, un nuevo acabado o propiedades adicionales. A menudo basados en el PLA, estos materiales suelen estar compuestos por un 70% de PLA y un 30% de materiales híbridos. Por ejemplo, están disponibles filamentos a base de madera como bambú, corcho, polvo de madera y mucho más. Estos materiales a base de madera mezclados con el PLA otorgan al filamento híbrido una consistencia más orgánica. Algunos materiales híbridos contienen polvos de metal para dar a las piezas un acabado metalizado.

Materiales solubles para la impresión 3D

Los materiales solubles son materiales impresos para que se disuelvan en una fase posterior del proceso de fabricación. Los dos materiales para filamentos solubles más comunes son HIPS (poliestireno de alto impacto) y PVA (acetato de polivinilo). El HIPS se asocia al ABS y puede disolverse con limoneno, mientras que el PVA se asocia al PLA y puede disolverse con agua simple.

Existen también los filamentos BVOH, que se están volviendo cada vez más populares, sobre todo en impresoras de doble extrusor. Esto se debe a que el material es soluble en agua y, según los expertos, presenta una solubilidad mayor que el PVA.

Materiales flexibles

Los filamentos flexibles son similares al PLA, pero habitualmente están fabricados en TPE o en TPU. La ventaja de utilizar estos filamentos en la impresión 3D es que permiten la creación de objetos deformables, ampliamente empleados en el sector de la moda. Por lo general, estos filamentos flexibles tienen las mismas características de impresión que el PLA, pero están disponibles en una serie de gamas diferentes basadas en su rigidez. Vale la pena averiguar qué tipo de extrusor es más adecuado para cada material para evitar que se atasque al momento de proceder a la impresión 3D.

Nailon

Los objetos fabricados con poliamidas (nailon) se crean habitualmente a partir de un polvo fino, blanco y granular con la tecnología SLS. Sin embargo, existen algunas variantes del material, como el nailon, que también están disponibles en filamentos utilizados en el modelado por deposición fundida (FDM). Gracias a su biocompatibilidad, las poliamidas pueden utilizarse para crear piezas que entren en contacto con productos alimentarios (a excepción de alimentos que contengan alcohol). Compuestas por estructuras semicristalinas, las poliamidas poseen un buen equilibrio de características químicas y mecánicas que ofrecen una buena estabilidad, rigidez, flexibilidad y resistencia a los impactos. Gracias a estas ventajas, el material cuenta con numerosas aplicaciones en diversos sectores y ofrece un alto nivel de detalle. Debido a su elevada calidad, las poliamidas se utilizan en la fabricación de engranajes, piezas para el mercado aeroespacial, el mercado automotriz, robótica, prótesis médicas y moldes de inyección. Más detalles en nuestra guía sobre el nailon para la impresión 3D.

Alumide

Los objetos de alumide se producen a partir de una combinación de poliamidas y polvo de aluminio empleando el proceso SLS. El material tiene una superficie amplia ligeramente porosa y un aspecto granulado, lo que ofrece una notable resistencia y una buena tolerancia a altas temperaturas (hasta 172°C). Sin embargo, son necesarios algunos tratamientos de posprocesamiento como pulido, granallado, revestimiento o fresado. El alumide se utiliza para producir modelos complejos, piezas de diseño o para la producción en pequeñas series de modelos funcionales que requieren una elevada rigidez y un aspecto similar al aluminio.