¿Qué filamento elegir para mi impresora 3D?

El modelado por deposición fundida es uno de los procesos de impresión 3D más utilizados en el mercado debido a su facilidad de uso, accesibilidad y rendimiento. Actualmente es compatible con una gran variedad de termoplásticos, unos materiales que pueden ablandarse con el calor pero volver a su forma original cuando se enfrían. Para poder ser extruídos por la impresora 3D, estos termoplásticos se encuentran en un formato de filamento que luego se funde y puede ser extruído a través del cabezal de impresión. Hoy en día, la mayoría de los plásticos de la industria pueden sufrir esta transformación, ampliando el abanico de posibilidades. Pero, ¿cómo elegir el tipo de filamento para tu impresora 3D? ¿Cuáles son las características a tener en cuenta?

Antes de pasar a los diferentes filamentos que existen en el mercado de fabricación aditiva, es importante entender cómo se clasifican los plásticos, un primer paso que te permitirá organizarlos con mayor claridad. Hoy en día existen dos grandes tipos: los denominados plásticos amorfos y los semicristalinos. Estos adjetivos definen la estructura intermolecular del polímero, en función de cómo reaccionan al solidificarse tras la fusión. En concreto, las cadenas de plásticos amorfos se enredan y quedan desordenadas durante la fase de solidificación. Por el contrario, las cadenas de lo semicristalino se organizarán entre sí. A partir de ahí seguirán diferentes propiedades. Los materiales amorfos, por ejemplo, son generalmente más transparentes y tienen menor estabilidad dimensional. Otro punto importante que viene a ordenar la familia de plásticos es la temperatura de fusión: los plásticos estándar tendrán una temperatura más baja que los denominados materiales técnicos. Los polímeros de alto rendimiento requerirán una gestión térmica más avanzada, con temperaturas de fusión cercanas a los 300°C.

El proceso FDM es uno de los más utilizados en la impresión 3D. Es compatible con filamentos plásticos.

Filamentos de impresora 3D estándar

El PLA

El PLA, o ácido poliláctico, es un material semicristalino elaborado a partir de recursos renovables, generalmente almidón de maíz. A diferencia de la mayoría de los plásticos de la industria del petróleo, el PLA se considera más ecológico porque es biodegradable en las condiciones adecuadas. Es un filamento de impresora 3D muy fácil de usar, por lo que es muy popular en el este mercado. Además de ser capaz de estar en contacto con alimentos, su temperatura de extrusión es generalmente de 180°C. Presenta una buena estabilidad geométrica y por lo general no está sujeto a deformaciones. Se utiliza principalmente en prototipos, utillaje, piezas decorativas e incluso en el sector médico. El PLA está disponible en una gran variedad colores y se usa a menudo como matriz para un material compuesto.

El polipropileno

El polipropileno (PP) es uno de los materiales más utilizados en la inyección de plástico, reconocido por su ligereza, resistencia a los productos químicos, fatiga y buen aislamiento eléctrico. También se encuentra en forma de filamento de impresora 3D, que ofrece buena resistencia al impacto, estanqueidad a los gases o incluso semirigidez. Sin embargo, es bastante difícil de imprimir porque no se adhiere bien a la placa de la máquina. Tiene puntos de fusión muy precisos y requerirá una gestión térmica superior. En términos de aplicaciones, el filamento PP se usa para diseñar empaques, pinzas y herramientas, recipientes de líquidos, etc.

Una pieza impresa en 3D con Polipropileno | Créditos: Materialise

El ABS, un filamento de impresora 3D ampliamente utilizado

En esta ocasión hablamos de una estructura amorfa: el ABS es un filamento conocido por su resistencia a los impactos de baja temperatura y su ligereza. No siempre es fácil clasificar este material, ya que a veces se encuentra en la parte técnica de la pirámide,  y es menos fácil de procesar que un PLA, por ejemplo. En la impresión 3D, está sujeto a deformaciones, lo que requiere el uso de una cama precalentada. Sus propiedades lo convierten en un material ideal para la producción de prototipos funcionales, piezas de herramientas a menudo sometidas a esfuerzos o en la fabricación de moldes. El ABS sigue siendo un filamento de impresora 3D accesible, con una oferta completa.

Los filamentos técnicos

El nylon

El nylon, también conocido como poliamida (PA), es más frecuente en el mercado de fabricación aditiva como polvo para la tecnología SLS. Sin embargo, se puede encontrar en forma de filamento, disponible con 6 átomos de carbono, de ahí el nombre PA6. Este último es similar al ABS, y también requiere una cama precalentada porque no tiene buen agarre. El PA6 es conocido por su resistencia al impacto y la abrasión, así como 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 fibra de carbono o vidrio. Hay que tener en cuenta que el nylon es un material que absorbe la humedad, por lo que es fundamental guardarlo en un lugar seco.

El control de humedad es clave cuando utilizamos PA6 | Créditos: Sharebot

PET, un filamento de impresora 3D más avanzado

El PET es un material muy popular en la industria ya que se utiliza para crear las botellas de plástico. En la impresión 3D, es más conocido en forma de PETG, es decir, con la adición de glicol para reducir su apariencia quebradiza. Es conocido principalmente por su transparencia y su compatibilidad al contacto con alimentos, de hecho, muchos envases y contenedores están impresos con PETG. Sin duda se trata de una buena alternativa al PLA o ABS.

POM

El polioximetileno, o POM, es un producto semicristalino del que cada vez se habla más en la impresión 3D. Cuenta con excelentes propiedades químicas, es resistente al calor, al impacto y a la abrasión y tiene buenas capacidades de deslizamiento. Por lo tanto, podemos imprimir en 3D una variedad de aplicaciones con POM, como lazos de una mochila, elementos que deben resistir el calor con el tiempo, o incluso ruedas dentadas. Es un filamento que, sin embargo, es bastante difícil de imprimir porque requiere una buena gestión térmica: placa, extrusora y cámara. Además hay pocos fabricantes que ofrecen este tipo de filamento de impresora 3D en comparación con materiales como PLA o ABS.

El POM es cada vez más conocido en el sector.

El policarbonato, un filamento amorfo de impresora 3D

El policarbonato (PC) se caracteriza por su resistencia y transparencia. No es un termoplástico fácil de imprimir ya que requiere temperaturas de extrusión más altas, así como una placa precalentada. Es particularmente popular en el sector óptico ya que es menos denso que el vidrio y soporta temperaturas que oscilan entre -150°C y 140°C. Normalmente, las pantallas protectoras o las piezas ópticas se pueden imprimir en 3D con policarbonato. Este filamento para impresora 3D está cada vez más desarrollado por los fabricantes del sector.

Termoplásticos de alto rendimiento (HPP)

Esta última categoría de polímeros es la más exigente. Los termoplásticos que la constituyen requieren de hecho altas temperaturas de fusión y tienen características similares a las de ciertos metales. En la fabricación aditiva, estos son filamentos que necesitarán una alta temperatura de extrusión, una placa calefactora y un recinto cerrado. La gestión térmica es fundamental para este tipo de materiales.

Los HPP son los materiales más exigentes y necesitan una mayor gestión de la temperatura | Créditos: 3DGence

Los HPP semicristalinos

El PEEK es posiblemente el filamento de impresora 3D más popular en esta categoría. Perteneciente a la familia de los PAEK, requiere una temperatura de extrusión en torno a los 400°C, una bandeja que alcance los 230°C y un recinto calentado a 120°C. El PEEK es conocido por su relación peso/resistencia y puede soportar altas temperaturas. Es esterilizable, lo que lo convierte en el material de elección para la impresión de implantes a medida. Es un filamento de impresora 3D que sigue siendo exigente, requiere cierto dominio del proceso de impresión 3D y sigue siendo bastante caro.

El PPS es también un termoplástico semicristalino de alto rendimiento conocido por su resistencia química y propiedades mecánicas. Se utiliza principalmente en las industrias de la automoción, petróleo y gas y electrónica. Su temperatura de extrusión ronda los 300°C y también requiere una placa calefactora así como un recinto cerrado.

El PEEK es muy usado para imprimir en 3D implantes bajo demanda | Créditos: FossiLabs

Filamentos amorfos de alta temperatura

En esta categoría, podemos mencionar en primer lugar al PEI, un filamento para impresora 3D que SABIC comercializa en la actualidad con la marca ULTEM. Es más económico que el PEEK y cumple con los estándares de fuego/humo, lo que lo convierte en un material ideal para el sector aeroespacial. El PEI también es resistente a fluidos automotrices, hidrocarburos, alcoholes y soluciones acuosas. Puede esterilizarse y ser compatible con el contacto con alimentos.

Finalmente, cabe destacar la familia de las sulfonas, en particular PPSU y PSU. Son termoplásticos muy interesantes en términos de propiedades térmicas y estándares de fuego/humo. También presentan un buen aislamiento eléctrico y propiedades dieléctricas. Se trata de materiales muy valorados en la industria del transporte, ya sea ferroviario, aeroespacial o automotriz.

Créditos: Pollen AM

Filamentos compuestos y flexibles

También cabe mencionar los filamentos compuestos y los materiales elásticos. Los composites son materiales compuestos por una matriz: PLA, nylon, policarbonato, etc. que están reforzados con fibras, la mayoría de las veces de carbono. También puede ser de vidrio, aramida, etc. Estas aumentarán la resistencia del filamento a la vez que optimizarán su peso. A día de hoy existen diferentes métodos de colocación de fibras, siendo estos más o menos largos.

Por último, los filamentos flexibles como el TPU son parte de la variedad de materiales para FDM. Se tratan de materiales flexibles conocidos por su resistencia al desgaste y al impacto. Son particularmente útiles en la producción de pinzas o plantillas ortopédicas. Sin embargo, son sensibles a las altas temperaturas.

El TPU es un material flexible | Créditos: ALSIMA

*Créditos foto de portada : AGRU

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