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Plásticos en la impresión 3D

Hoy hablaremos de los plásticos. Si ya sabemos lo que es una impresora 3D y hemos pasado al nivel de comenzar a imprimir es importante saber con qué material queremos trabajar y qué características tendrá el objeto que queremos fabricar. Es aquí donde llega un tema importante que debes conocer: los plásticos en la impresión 3D.
 
Los plásticos son los materiales más comunes dentro de la impresión 3D, pero ¿cuánto sabes acerca de ellos? ¿Qué diferencias existen entre cada uno de estos plásticos? Cada una de las tecnologías 3D fabrica con diferentes tipos de materiales, por ejemplo, la tecnología FDM/FFF trabaja con filamentos, la esterolitografía con resinas líquidas de fotopolímeros y el sinterizado láser con polvos termoplásticos.

 
Para que entiendas en profundidad el mundo de los plásticos en la impresión 3D hemos creado una completa guía que te ayudará a entender cada uno de los materiales, hoy te presentamos los plásticos, también puedes encontrar los materiales orgánicos, metales y mucho más…

 

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Existe una gran variedad de colores y formas dentro de las plásticos en la impresión 3D

 

Los plásticos en la impresión 3D – FDM/FFF

 
Las tecnologías de deposición fundida son las más conocidos por utilizar materiales plásticos en la impresión 3D. Se presentan en formato de filamentos en una bobina que será colocada en la impresora 3D. En las tecnologías FDM/FFF existen muchísimas variedades de plásticos y de distintas características para cada uno de tus proyectos.

 
ABS

 
¿Recuerdas las piezas de lego? Pues el ABS es su material de fabricación, también llamado acrilonitrilo butadieno estireno, es el plástico más utilizado dentro de la industria 3D. Actualmente podemos encontrarlo, por ejemplo, en la carrocería de los automóviles, los electrodomésticos o las carcasas de los móviles. Pertenece a la familia de los termoplásticos o plásticos térmicos, contiene una base de elastómeros a base de polibutadieno que lo hace más flexible y resistente a los choques.

 

El ABS tiene una temperatura de impresión de entre 230ºC y 260 °C, y puede soportar temperaturas muy bajas (-20 °C) y muy elevadas (80 °C). Además de su alta resistencia, es un material reutilizable y puede ser soldado con procesos químicos. Sin embargo, no es biodegradable y se encoge en contacto con el aire, razón por la cual la plataforma de impresión se debe precalentar con el fin de evitar el despliegue de las piezas. Se recomienda además, la utilización de una impresora 3D con una estructura cerrada para limitar las emisiones de partículas que se desprenden al utilizar este material.

 

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Spinners impresos en 3D con ABS

 
El ABS es empleado principalmente en la técnica de modelado por deposición fundida , es el que se encuentra comúnmente acompañando a las impresoras 3D de escritorio. Existe igualmente un derivado del ABS, en forma líquida, que es utilizado principalmente en los procesos de estereolitografía y PolyJet.

 
PLA

 
El ácido poliláctico o PLA, al contrario del ABS es biodegradable, se fabrica a partir de materias primas renovables, como el almidón de maíz. Es uno de los materiales con los que se puede imprimir más fácilmente, además de que una de sus características es el leve encogimiento luego de la impresión 3D, razón por la cual las plataformas calefactadas no son necesarias en la utilización de este material. Al imprimir con PLA en una impresora FDM/FFF las temperaturas no deben ser muy altas, entre 190ºC a 230ºC.

 
El PLA es más difícil de manipular dada su elevada velocidad de enfriamiento y solidificación. Es importante mencionar que puede deteriorarse o estirarse al contacto con el agua. Sin embargo, este material, en general traslúcido, es utilizado por la mayoría de las máquinas de deposición fundida y se encuentra en una amplia variedad de colores.

 

Existe una gran variedad de colores en los filamentos de PLA

 

ASA

 
Técnicamente conocido como Acrilonitrilo estireno acrilato tiene propiedades similares al ABS, pero con una mayor resistencia a los rayos UV, aunque también es posible encontrar alguna complicaciones a la hora de imprimir con este material, por lo que es recomendable igualmente tener una plataforma de impresión calefactada. Los ajustes de impresión son muy similares a los utilizados por el ABS, en el caso de ASA hay que tener especial cuidado con hacerlo con una máquinas con cámaras cerradas o en un espacio abierto debido a las emisiones del estireno.

 

Modelos impresos en 3D con ASA

 

PET

 
El tereftalato de polietileno conocido popularmente como PET, comúnmente visto en las botellas de plástico desechables. Es el filamento ideal para piezas destinadas al contacto alimentario, es semirigido y con una buena resistencia. Para obtener los mejores resultados al imprimir con PET es necesario alcanzar temperaturas de entre 75-90ºC.

 
Comúnmente comercializado como un filamento traslucido, existen variantes como PETG, PETE, y el PETT. Es un filamento que no libera ningún olor durante la impresión y es 100% reciclable.

 

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Diferentes tipos de filamentos de PET

 

PC o Policarbonato

 
El policarbonato (PC) es un material de alta resistencia diseñado para aplicaciones de ingeniería. Este material es capaz de soportar altas temperaturas, pudiendo mantenerse sin deformaciones hasta los 150ºC. El policarbonato es propenso a absorber la humedad del aire, algo que puede afectar su rendimiento y resistencia de impresión. Por ello debe ser almacenada en recipientes herméticos.

 
Se requieren temperaturas muy altas para la impresión, si no se hace adecuadamente es posible que muestre una separación de capas, esto ocurre al imprimirlo con una temperatura demasiado baja, o si se permite un enfriamiento excesivo. Los filamentos de policarbonato que existen actualmente contienen aditivos que permiten que el filamento se imprima a temperaturas más bajas.

 

Impresión 3D con policarbonato

 

Materiales flexibles

 
Cada día existen más tipo de filamentos, y algunos de los que más exito han tenido son los filamento flexibles. Son muy similares al PLA , pero fabricados de TPE o TPU. La ventaja de estos filamentos es que permiten el desarrollo de objetos deformables, muy utilizado en la industria de la moda como la colección de Danit Peleg.

 
En general tiene las mismas carácteristicas de impresión que el PLA, y puede ser encontrado con diferentes rangos de rigidez. Se recomienda únicamente prestar atención a que el tipo de extrusor sea el adecuado para evitar atascos en la máquina.

 

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Materiales flexibles en la impresión 3D, ampliamente utilizados en el diseño y la moda

 
Fibras de carbono

 
Los filamentos que incluyen fibras de carbono han ido adquiriendo cada vez más popularidad dentro de la industria 3D, más aún al llegar al mercado impresoras 3D como las de Markforged especializadas en estos materiales. El motivo de su gran demanda es su increíble resistencia manteniendo en las piezas fabricadas un peso inferior en comparación con otros materiales.

 
Los filamentos con estas características incluyen pequeñas fibras de carbono en un material base que puede ser PLA, PETG, Nylon, ABS, o Policarbonato, mejorando las propiedades de cada uno. Los ajustes de impresión suelen ser los requeridos por su material base, aunque es importante contar con un hardware adecuado ya que las fibras de carbono pueden provocar la obstrucción de las boquillas de impresión.

 

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Impresión 3D con fibras de carbono, dotan de gran resistencia a los modelos creados


 
Materiales Híbridos

 
Existen diferentes tipos de materiales que mezclan una base como PLA y que después incluyen polvos que dan un color o acabado diferente a los tradicionales, están compuestos en un 70% de PLA y en un 30% por el material híbrido. Se pueden encontrar en el mercado filamentos a base de madera que contienen polvos de bambú, corcho, madera, etc. La presencia de estos materiales dentro del filamento hace que el resultado final sean piezas con una textura más orgánica.

 
Aunque ya existan máquinas que utilizan la base de la tecnología FDM para imprimir en metal, como las nuevas máquinas de Desktop Metal. Hasta ahora es algo a lo que no todos tenemos acceso, por ello la empresa Colorfabb lanzo su filamento 3D de metal. Tiene la misma base que los filamentos creados con madera, pero en este caso se cambia por polvos de metal. Le dan a cada objetos un color diferente dependiendo de lo que elijamos: cobre, bronce, plata… etc.

 
Finalmente dentro de los filamento que consideramos híbridos y siguiendo la misma regla de fabricación, están los que mezclan materiales rocosos, como el cemento, los ladrillos o la arena. Que dan una textura completamente diferente a cada uno de los modelos.

 

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Filamento 3D a base de madera

 
Los materiales solubles

 
Los plásticos solubles pueden ser utilizados igualmente para imprimir soportes de impresión (en función de la complejidad y de la tecnología utilizada para la pieza deseada) que serán disueltos en la etapa siguiente. Los plásticos solubles más utilizados actualmente son el HIPS (Poliestireno de alto impacto) y el PVA (acetato de polivinilo). El primero se asocia con el ABS, y puede ser disuelto con limoneno, por el contrario el PVA se asocia con el PLA y se disuelve únicamente con agua. Existen igualmente los filamentos BVOH o copolímero de butanodiol y alcohol vinílico, muy popular últimamente en la impresión 3D de doble extrusión por ser un material de soporte soluble en agua, de acuerdo con los expertos tiene mejor solubilidad que el PVA y es compatible con múltiples materiales.

 

Un ejemplo de materiales solubles al agua en la impresión 3D

 
Los plásticos en la impresión 3D – SLA

 
Dentro de las tecnologías como SLA, DLP o incluso PolyJet, se utilizan resinas líquidas fotosensibles para la fabricación. Estas pueden ser divididas en termoplásticas y termosolidificantes. Dependiendo de cual elijamos permiten que los objetos impresos tengan un acabado mate o brillante, dentro de estas resinas se encuentran muchos de los plásticos de los que hemos hablado en la sección anterior, pero de forma líquida.

 
La gama de colores en estas tecnologías no es muy variada suelen ser blanco, negro, transparente, rojo, aunque actualmente desarrollos como las nuevas resinas de Formlabs prometen una gama mucho más amplia. Lo que diferencia a estos materiales con los de las tecnologías FDM, es que es imposible mezclar resinas para obtener resultados diferentes. Por ende no existen máquinas duales, lo único que conocemos es la máquina híbrida de Layer One que incluye la tecnología SLA y la FFF. La utilización de resinas dentro de la impresión 3D supone un proceso de postimpresión, hay que someter los modelos a una limpieza en alcohol isopropílico para obtener los mejores resultados.

 

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Impresión 3D con resinas de fotopolimeros

 

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Existen igualmente resinas castables, muy utilizadas en el campo de la joyería

 
Dentro de la impresión 3D con resinas existen diferentes tipos consideradas más técnicas, en donde podemos encontrar las sólidas, las más populares dentro de estas tecnologías; las flexibles, que aportan mayor flexibilidad y deformación a los modelos; las castables especializadas en la joyería debido a su facilidad para fundirse en la fabricación con inversión directa; y las biocompatibles que se centran especialmente en el sector dental y en el desarrollo de prótesis dentales.

 
Los plásticos en la impresión 3D – SLS

 
La tecnología del sinterizado selectivo por láser (SLS) utiliza polvos plásticos para la fabricación de las piezas, mediante la utilización del láser las partículas pueden fusionarse y capa a capa crear una pieza.

 
Dentro de estas tecnologías existen diferentes variedades de materiales que permiten que los objetos fabricados tengan diferentes características de resistencia, flexibilidad, o textura.

 
Poliamidas

 
Los objetos fabricados con poliamidas son generalmente creados a partir de un polvo fino, granuloso y blanco que se utiliza en la tecnología de sinterizado selectivo por láser (SLS), aunque algunas variantes de este material, como el nylon, también se presentan en forma de filamento y se utilizan en las impresoras 3D de material fundido.

 
Gracias a su biocompatibilidad, como el PLA, las poliamidas pueden ser utilizadas para fabricar piezas que tengan contacto con alimentos (exceptuando aquello que contengan alcohol), y al contrario del PLA y el ABS, las superficies logran ser más lisas sin un efecto de ondulación.

 

Impresión 3D con poliamidas

 
Al estar constituido por estructuras semicristalinas, este material presenta un buen equilibrio entre sus características mecánicas y químicas, es ahí de donde provienen su estabilidad, rigidez, flexibilidad y resistencia a los choques. Estas ventajas dan paso a una amplia gama de aplicaciones y a un alto nivel de detalle. Su alta calidad es utilizada, por ejemplo, para la fabricación de engranajes, piezas para el mercado aeroespacial, el mercado de la automoción, la robótica, las prótesis médicas o para los moldes de inyección.

 
Alumide®

 
Los objetos plásticos de alumide son fabricados a partir de una combinación entre poliamidas y aluminio en polvo, utilizando la tecnología de sinterización selectiva por láser (SLS). Con una gran superficie ligeramente porosa y un aspecto arenoso y granulado, este material ofrece una gran solidez y una alta resistencia a la temperatura (172°C máx.) y a los choques con una cierta flexibilidad. Sin embargo, algunos post-tratamientos son generalmente necesarios, como el rectificado, lijado, revestimiento o el fresado.

 
El alumide es utilizado para modelos complejos, piezas de diseño o para pequeñas series de modelos funcionales, que necesiten de una alta rigidez y de un aspecto cercano al aluminio. La técnica utilizada implica pocos límites geométricos.

 

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La utilización del alumide le da un textura granulosa a los modelos creados

 
PP o Polipropileno

 
Otro termoplástico muy utilizado en el sector de la automoción, los textiles profesionales desechables o en la fabricación de cientos de objetos cotidianos. Es el polipropileno (PP) conocido por su resistencia a la abrasión y a su capacidad de absorber los choques, además de una relativa rigidez y flexibilidad.

 
Uno de sus inconvenientes es su baja resistencia a la temperatura y su sensibilidad a los rayos UV lo cual pueden ocasionar que se expanda, razón por la cual varios fabricantes de impresoras han desarrollado derivados de este material, los simili-propilenos, con el fin de reforzar sus propiedades físicas y mecánicas.

 

El polipropileno es cada día más utilizado dentro de la industria


 
Artículo de Susana Sánchez Restrepo publicado en 3D Natives
 
 

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