Filamentos vs pellets: ¿qué tipo de plástico elegir para la impresión 3D?
Los plásticos son sin duda una de las familias de materiales más utilizadas en la fabricación aditiva. Compatibles con una gran variedad de procesos, ofrecen múltiples propiedades y características a las piezas, ya sean prototipos, utillajes u objetos de uso final. Disponibles en varias formas -filamentos, pellets, polvos, resinas-, responden a las necesidades y exigencias de los fabricantes de todos los sectores. Si hace unos meses comparábamos los polvos con las resinas plásticas, es hora de echar un vistazo a otras dos familias de polímeros: los filamentos y los pellets. ¿Cuáles son sus características y aplicaciones? ¿Con qué procesos de impresión 3D son compatibles? ¿Quiénes son los fabricantes del mercado y cuánto cuestan estos materiales? Te lo contamos todo en este nuevo artículo dedicado.
Los filamentos y los pellets son dos formas de material compatibles actualmente con la fabricación aditiva y, aunque hoy en día existen soluciones metálicas y cerámicas, nos centraremos únicamente en los plásticos. En primer lugar, debemos repasar la definición de pellet de plástico y de filamento de plástico. Un pellet de plástico es una pequeña bola de 0,5 cm de diámetro que puede fundirse, moldearse o extruirse para fabricar todo tipo de objetos de plástico. Los pellets son, por tanto, un elemento clave en la industria química y pueden utilizarse en la fabricación aditiva con máquinas específicas. El filamento, por su parte, es un termoplástico que se obtiene mezclando pellets de plástico o restos de plástico triturados con varios aditivos. Se necesita una extrusora de filamento para producir el aspecto tubular. Tras varias etapas de enfriamiento, el filamento pasa por una bobinadora para producir una bobina que luego puede utilizar una impresora 3D.
Para fabricar filamento para impresoras 3D se necesitan pellets de plástico (créditos: Capifil)
Características y propiedades de los materiales
La producción de plásticos es un mercado enorme, cuyas cifras han aumentado en los últimos años en términos de fabricación, empleo e inversión. Estos plásticos pueden adoptar distintas formas cuando salen de la refinería: líquidos, polvos o pellets. En todos los casos, se les da forma para producir todo tipo de piezas, ya sea por moldeo, inyección, termoformado o, por supuesto, extrusión. Si empezamos por los pellets de plástico industriales, es importante saber que existe un gran número de ellos en el mercado, que ofrecen una amplia gama de propiedades y características en función de su composición química. Según el decreto francés nº 2021-461, se definen como «materias plásticas comercializadas en diversas formas, cuyas dimensiones exteriores son superiores a 0,01 mm e inferiores a 1 cm». También pueden tener diferentes colores.
Los pellets de plástico industriales son una mezcla de polímero y aditivos químicos. En este proceso se utilizan varios polímeros, como el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el tereftalato de polietileno (PET), el poliestireno (PS) y el PVC. Obviamente, dependiendo del pellet de plástico elegido, las características mecánicas y las propiedades químicas variarán considerablemente.
Los pellets de plástico están ampliamente disponibles en el mercado (Créditos: DEKRA Industrial)
Una de las ventajas de los pellets en la impresión 3D es que ya se utilizan en tecnologías de fabricación más tradicionales, como el moldeo por inyección. Esto significa que si se utiliza un material cualificado en la fabricación aditiva, se puede utilizar el mismo si se pasa al moldeo por inyección, sin pasar por una fase de cualificación. Se trata de una ventaja considerable muy apreciada para producir prototipos de «buen material», pero también para fabricar piezas acabadas con materiales ya reconocidos por los fabricantes.
Si pasamos ahora a los filamentos, el proceso de fabricación es más largo, ya que consiste en transformar los pellets de plástico en tubos que puedan extruirse. Hay varias etapas: en primer lugar, se elimina la humedad de los pellets. A continuación, los pellets se funden para poder pasarlos por una extrusora, la herramienta que da al filamento su forma tubular. Una vez formado, el filamento se enfría en baños adecuados. A continuación, se enrosca en una bobina para utilizarlo en una impresora 3D.
En el proceso de transformación de los pellets en filamento, se añaden aditivos que alteran inevitablemente la materia prima. Al utilizar un filamento para imprimir una pieza en 3D, hay que pasar por una etapa adicional de cualificación del material. En cuanto a los plásticos compatibles, existen varios tipos de polímeros, desde el PLA hasta el ABS, pasando por los elastómeros y los plásticos de alto rendimiento como el PEEK o el PEI. En función del filamento elegido, las propiedades de la pieza serán diferentes: si buscas transparencia, optarás por el policarbonato, mientras que si buscas resistencia mecánica, elegirás el PEEK.
Debes tener en cuenta que algunos plásticos son más difíciles de transformar en filamento debido a su composición química: por lo tanto, dispondrás de una mayor variedad de materiales si optas por la impresión 3D en pellets.
La planta de producción de filamentos KIMYA (Créditos: Hervé Boutet)
Proceso de impresión 3D compatible
Tanto si optas por pellets de plástico como por filamento, el proceso de impresión preferido es la extrusión, más concretamente la deposición fundida (FDM/FFF) para filamentos y la fabricación de granulado fundido (FGF) para pellets. El principio es básicamente el mismo: el material plástico se calienta y se hace pasar por un extrusor antes de depositarlo en una bandeja capa a capa para formar el objeto final. La diferencia radica en la herramienta utilizada para la extrusión.
En el caso de los filamentos, las impresoras 3D utilizan un extrusor equipado con un motor paso a paso y una rueda dentada para hacer avanzar o retroceder el filamento. Al final de este alimentador hay un bloque calefactor que, como su nombre indica, calienta el material. A continuación, el material pasa a través de una boquilla, con un diámetro que varía entre 0,4 y 0,8 mm, que se mueve para depositar el filamento en la platina. Dependiendo del material que utilice, necesitará una boquilla de latón o cobre, una carcasa calefactada, una platina calefactada, etc. El termoplástico determinará el tipo de máquina que necesita y sus parámetros de impresión.
Para los pellets, el proceso de extrusión es un poco diferente: la impresora 3D utiliza un sistema de tolva para absorber los pellets de plástico y empujarlos a la zona de fusión. A continuación, los pellets se ablandan y son expulsados por la boquilla, que puede depositar el material capa a capa sobre la plancha de impresión. Esta boquilla puede tener diferentes diámetros, generalmente mayores que los utilizados en las impresoras 3D FDM que utilizan filamentos. Por último, este tipo de sistema de extrusión puede instalarse en brazos robóticos para proporcionar una mayor área de impresión y una mayor flexibilidad.
El sistema de extrusión de pellets de plástico es diferente del de filamentos (Créditos : Pollen AM)
El uso de pellets de plástico permitirá alcanzar mayores velocidades de deposición y mayores volúmenes que utilizando un filamento. Por otro lado, la precisión y la resolución serán menores. Por lo tanto, la impresión 3D con pellets es preferible para piezas de gran formato, ya que no es necesario cambiar la bobina de filamento, puesto que la máquina es capaz de extruir una mayor cantidad sin detenerse. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que la impresora 3D de pellets no puede encoger el material, lo que puede hacer que fluya más plástico por la boquilla que en una máquina FDM. Para interrumpir el flujo de material, habría que detener o bloquear la boquilla. Por tanto, sería mejor recurrir a la impresión 3D con filamento para diseñar piezas más complejas y detalladas.
Aplicaciones de filamentos o pellets en la impresión 3D
En general, las aplicaciones de la impresión 3D de pellets o filamentos son bastante similares: prototipos, herramientas, piezas acabadas, el espectro es amplio. Pero, como habrás comprobado, hay algunas diferencias clave que debes tener en cuenta antes de dar el paso.
En cuanto a los filamentos, su versatilidad y su disponibilidad en el mercado permiten utilizarlos para una gran variedad de aplicaciones. Se prestan bien a la creación de piezas de tamaño modesto, pero también a proyectos que requieren un cierto nivel de detalle y precisión. Los filamentos se utilizan mucho en el campo de la creación rápida de prototipos, lo que permite a diseñadores e ingenieros crear modelos y multiplicar las pruebas para evaluar conceptos antes de la producción final. Dependiendo de las propiedades del filamento en cuestión, es posible diseñar piezas para las industrias automovilística, aeroespacial, alimentaria, médica u otras. Algunos termoplásticos son resistentes al fuego y al humo; otros son biocompatibles; algunos se refuerzan con fibra de carbono para hacerlos más resistentes sin dejar de ser ligeros.
Sillón de vapor diseñado por Slicelab e impreso con pellets de PETG en la impresora 3D EXT 1270 Titan Pellet.
Si nos fijamos en los pellets, lo especialmente interesante es que es posible crear fórmulas a medida mezclando distintos tipos de plástico. Esta versatilidad abre la puerta a multitud de aplicaciones, sobre todo en el sector sanitario, donde se pueden desarrollar materiales biocompatibles para la fabricación de prótesis e implantes a medida. En el sector de la automoción, los pellets se utilizan para crear piezas a medida como elementos del salpicadero, bandejas de cables, cubiertas de motor y componentes mecánicos, lo que acelera el proceso de desarrollo y reduce los costes. También se utilizan en el sector del diseño para fabricar muebles de mayor tamaño y artículos decorativos. Por último, también es posible diseñar pellets a partir de materiales reciclados, fomentando la economía circular, un concepto especialmente importante en la sociedad actual. Los mismos pellets reciclados pueden utilizarse para producir filamentos.
Por último, como ya se ha mencionado en el artículo, el uso de pellets en la fabricación aditiva es especialmente interesante para la creación de prototipos de materiales. Como la materia prima es la misma en la impresión 3D que en el moldeo por inyección, un operador puede imprimir en 3D sus prototipos y someterlos a pruebas y certificación antes de pasar a la producción en serie, sin tener que pasar por etapas de certificación adicionales. Esto ahorra a los fabricantes una cantidad de tiempo considerable.
El precio de los materiales
Los filamentos están ampliamente disponibles en el mercado y suelen ser asequibles para los principiantes. Se venden en bobinas, normalmente de 750 gramos, lo que facilita su manejo y almacenamiento. Los precios varían según el tipo de filamento, pero en general se puede comprar una bobina de PLA, uno de los materiales más populares, por unos 20 o 30 euros. Sin embargo, los filamentos más específicos, como el filamento flexible o compuesto, pueden ser más caros, oscilando entre los 30 y los 50 euros por bobina. Además, si imprime con frecuencia objetos grandes, el coste de los filamentos puede aumentar rápidamente.
Los pellets, a diferencia de los filamentos, suelen venderse en bolsas de varios kilogramos, lo que significa que puedes comprar una gran cantidad de material de una sola vez. Esto puede representar una inversión inicial más elevada, ya que el precio de las bolsas de pellets puede variar de 50 a 100 euros o más, según el tipo de plástico y la cantidad. Desde un punto de vista puramente financiero, los pellets suelen ganar la partida a los filamentos. El precio por kilo de los pellets es inferior al de los filamentos, debido principalmente al proceso de transformación necesario para crearlos. Por otro lado, un usuario que desee comprar una pequeña cantidad de pellets de plástico puede tener dificultades para encontrar la cantidad que necesita.
Así que conviene tener en cuenta que, aunque el precio inicial de los pellets pueda parecer más elevado debido a la compra a granel, a la larga puede resultar más ventajoso para los usuarios frecuentes de impresión 3D. Por supuesto, esto dependerá de sus necesidades y presupuesto.
Una bobina de filamento sigue siendo relativamente accesible (Créditos: La Nouvelle Ecole)
Fabricantes en el mercado
En el mercado de la impresión 3D existen multitud de fabricantes de filamentos y pellets, cada uno de los cuales aporta su propia contribución a esta industria en rápido crecimiento. Como ya se ha explicado, los filamentos son muy apreciados por su facilidad de uso y accesibilidad. Empresas como Polymaker, 3DXtech, 3D4Makers, Nanovia y ColorFabb ofrecen una amplia gama de filamentos de alta calidad, desde PLA hasta PETG y ABS. Las grandes químicas contribuyen en gran medida a esta industria, algunas de las cuales han desarrollado su propia marca de filamento, como BASF o Evonik.
En cuanto a los pellets de plástico, los fabricantes suelen ser los mismos grupos químicos: Arkema y SABIC, por citar sólo dos. También hay empresas como Felfil, 3DXtech y Xtellar. Algunos incluso se han especializado en la producción de pellets de plástico a partir de residuos reciclados, como la empresa estadounidense re3D; otros se centran tanto en la producción de pellets como de filamentos, como KIMYA.
Por último, si nos fijamos en los fabricantes de máquinas compatibles con este tipo de plástico, la oferta es enorme, sobre todo en lo que respecta a los filamentos. Existen actores tradicionales como Stratasys, UltiMaker y Zortrax. Cada vez son más los actores que entran en este mercado, con soluciones para la oficina, el uso profesional o industrial. Si le interesa el Made In France, hemos reunido una lista de fabricantes de FDM/FFF AQUÍ. Del lado de los pellets, podemos mencionar a los fabricantes Arburg y Pollen AM, así como a 3D Systems, que adquirió Titan Robotics en 2022, y AIM3D. Evidentemente, la lista no es exhaustiva.
En conclusión, ambos tipos de plástico ofrecen ventajas de producción que se adaptan bien a diferentes situaciones de fabricación. Asegúrese de utilizar el material adecuado para maximizar la eficiencia de su proceso de fabricación aditiva.
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