ULTEM®/PEI en impresión 3D: las características de este termoplástico

En los últimos años, el uso de termoplásticos de alto rendimiento ha crecido en la industria de la impresión 3D, con la tecnología alejándose gradualmente de la creación rápida de prototipos hacia la producción de piezas terminadas. Como resultado, los requisitos para los materiales de impresión 3D han aumentado y los termoplásticos de alto rendimiento son cada vez más frecuentes. Sus propiedades los convierten en una alternativa económica a ciertos metales y son valorados por muchos sectores, como el aeroespacial y el médico. Dentro de esta familia están la poliariletercetona (PAEK) que puede soportar altas temperaturas y con la que puede estar familiarizado con PEEK y PEKK. Existe una alternativa mucho más barata, la polieterimida (PEI), un material amorfo mejor conocido por su nombre comercial ULTEM. Disponible en forma de filamento compatible con máquinas FDM, es compatible con ciertas máquinas, en particular las de Stratasys. Veamos las principales características de este material.

El PEI fue desarrollado en la década de 1980 por Joseph G. Wirth y fue comercializado por la división de Plásticos de General Electric con el nombre ULTEM®. En 2007, la compañía vendió su actividad de plásticos a Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), que recupera la patente asociada. Aunque ULTEM® ha convencido a muchos fabricantes gracias a sus propiedades mecánicas, sólo se volvió adecuado para la producción en masa con la llegada de las impresoras FDM de alto rendimiento. El extrusor de estos debe ser capaz de elevarse a 350°C para fundir el termoplástico.

Créditos: GEWO3D

Producción y características de ULTEM/PEI

ULTEM® es una familia de materiales termoplásticos amorfos hechos de polieterimida (PEI). Una de sus principales características es su retardancia a la llama: tiene alta resistencia a la llama, bajo desarrollo de humos y baja toxicidad. Estas propiedades se manifiestan por muy buenos resultados en las pruebas FST (Flame, Smoke, Toxicity). ULTEM® por lo tanto tiene una alta resistencia a las altas temperaturas, caracterizada por un índice térmico relativo (RTI) de hasta 180°C. ULTEM también se distingue por su alta resistencia, rigidez y estabilidad dimensional, su buena resistencia a la fluencia y su alta resistencia química. Las diferentes variedades de ULTEM se caracterizan además por una alta relación peso/resistencia, incluso puede sustituir a ciertos metales gracias a sus propiedades mecánicas y su alto grado de maquinabilidad. Estos materiales existen en diferentes colores, transparentes u opacos. Los materiales ULTEM conservan su fuerza y ​​resisten el agrietamiento por corrosión bajo tensión cuando se exponen a fluidos automotrices y aeronáuticos, hidrocarburos alifáticos, alcoholes, ácidos y soluciones acuosas débiles. ULTEM® 1010 tiene una alta resistencia a la tracción, mostrando una gran resistencia y durabilidad. Es biocompatible y certificado NSF 51 para contacto con alimentos. También puede soportar la esterilización por vapor.

Cabe destacar también la existencia de copolímeros ULTEM, que tienen resistencia a temperaturas aún más altas y se adaptan a diferentes necesidades en cuanto a propiedades químicas y elasticidad. SABIC también ha lanzado una gama renovable certificada ISCC+. Estas variedades de ULTEM, diseñadas a partir de chatarra y residuos, exhiben un rendimiento y una maquinabilidad tan altos como los fabricados con combustibles fósiles. A mediados de 2023, los materiales ULTEM renovables representan más de una cuarta parte de los materiales ULTEM ofrecidos por SABIC. SABIC ahora ofrece 140 variedades de ULTEM®. Debemos mencionar en particular ULTEM™ 9085 CG, utilizado en el sector aeroespacial para el interior de cabinas, pero también en el sector ferroviario. El ULTEM HU1010, por otro lado, se utiliza para dispositivos médicos y aplicaciones farmacéuticas. Es biocompatible.

ULTEM/PEI en Impresión 3D

Una pieza impresa en 3D utilizada en un lanzador espacial | Créditos: Stratasys

La gestión de la temperatura es primordial cuando se trata de imprimir ULTEM®. La de la cámara debe mantenerse en todo momento, de lo contrario pueden aparecer irregularidades y la adherencia de las distintas capas puede sufrir. La temperatura de transición vítrea, a la que un polímero amorfo cambia de un estado duro/vítreo a un estado blando/gomoso y viceversa, es muy alta para ULTEM, alcanzando los 217 °C para ULTEM1010 (185 °C para ULTEM9085). Para obtener los mejores resultados, la temperatura de la cámara de impresión debe estar ligeramente por debajo de la temperatura de transición vítrea. Esto asegurará que las piezas tengan las dimensiones correctas y que se mantengan sus propiedades mecánicas. Una temperatura demasiado baja podría provocar la deformación de la pieza o incluso el agrietamiento.

Aplicaciones de ULTEM/PEI

Como habrás entendido, el PEI es muy utilizado en el sector aeroespacial, en particular el ULTEM® 9085 por las características mencionadas anteriormente. También es un material de elección en los sectores de automoción, médico y alimentario, especialmente en el diseño de utensilios de cocina. Este termoplástico también es muy utilizado en herramientas, ya sea para diseñar moldes, plantillas o sujetadores varios. La empresa Bombardier, por ejemplo, utiliza este material para fabricar sus herramientas a medida, personalizar componentes en sus líneas de producción, pero también para producir piezas acabadas para sus trenes.

Los principales fabricantes y precios

SABIC ha desarrollado un soporte de impresión 3D para ULTEM

Por parte del fabricante, SABIC proporciona la materia prima para ULTEM. La empresa fabrica sus propios filamentos para fabricación aditiva: históricamente, solo eran compatibles con la gama de máquinas Stratasys, pero en los últimos años SABIC ha entrado en otras asociaciones, como con Roboze, que puede imprimir filamento ULTEM™ AM9085F. Algunos fabricantes ofrecen sus propios filamentos como KIMYA, 3DXTech o 3D4Makers. Finalmente, ten en cuenta que si planeas imprimir con ULTEM®, el fabricante SABIC ha lanzado un filamento de soporte desmontable, el AMS31F, que es más fácil de quitar que otros materiales de soporte, que a menudo requieren recalentamiento. Así, la pieza puede conservar todas sus propiedades mecánicas y el usuario ahorra un tiempo valioso. Si lo comparamos con PEEK, ten en cuenta que PEI es menos costoso: cuesta 150 euros por un kilo contra al menos 300 euros por la misma cantidad de PEEK. Es un material que tiene la ventaja de estar certificado para un cierto número de aplicaciones aeroespaciales, cumpliendo unos requisitos muy estandarizados. Sin embargo, PEI tendrá menor impacto y resistencia a la temperatura.

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