Guía completa: La impresión 3D con Kevlar, ¡te explicamos todo!

La fibra de aramida es una poliamida sintetizada muy utilizada en la fabricación aditiva y que se caracteriza por su alta resistencia. La primera vez que se obtuvo fue en 1965 gracias a la química Stephanie Kwolek, pionera en la investigación de polímeros y quien obtuvo varias patentes y premios a lo largo de su carrera. El término Kevlar® fue registrado por la empresa DuPont, para quien trabajaba Kwolek, y empezó a comercializarse en 1972. Debido a sus interesantes propiedades mecánicas, este plástico sintético es uno de los más resistentes del mercado y se usa en una amplia variedad de aplicaciones. Además de ser compatible con muchos métodos de fabricación tradicionales, el Kevlar es muy utilizado con la impresión 3D en la creación de piezas finales. Para conocer más detalles sobre esta poliamida y sus posibilidades en la industria de fabricación aditiva, no te pierdas esta guía completa.

Características del material

El Kevlar es un tipo de plástico que, según su clasificación científica, se define como una poliamida aromática sintética. En otras palabras, consiste en una sustancia artificial de moléculas interconectadas. La fibra de aramida se engloba dentro de la familia de plásticos obtenidos mediante polimerización que se fabrican uniendo largas cadenas de moléculas. Las de Kevlar, concretamente, están dispuestas en líneas paralelas regulares y bien entretejidas, lo cual le otorga una gran resistencia. Dentro de las fibras de aramida podemos encontrar dos tipos diferentes:

• Kevlar 29. Se trata de la fibra tal y como se obtiene tras su fabricación. Su principal uso incluye el refuerzo de tiras o en tejidos.
• Kevlar 49. Se obtiene cuando las fibras se combinan con una resina para formar un material compuesto. Estas fibras requieren un tratamiento superficial para favorecer la unión con la resina.

La fibra de aramida se caracteriza por su gran fuerza y resistencia.

Y sí, todo el mundo habla de lo muy resistente que es la fibra de aramida pero, ¿a qué exactamente? El kevlar tiene una resistencia a la tracción diez veces mayor que la del acero, gracias a que las cadenas internas están entrecruzadas con enlaces de hidrógeno. Cuenta también con una gran resistencia balística. Las fibras están hiladas de forma tan hermética que es casi imposible separarlas, por lo que cuando una baja o proyectil impacta a alta velocidad, dichas fibras lo atrapan, absorben y disipan su energía. A su vez, las cadenas moleculares están perfectamente extendidas y alineadas, lo cual le proporciona una barrera de defensa contra cortes y pinchazos. Por último, este material es resistente al calor y a las llamas de manera intrínseca, siendo una opción ideal para la protección contra peligros térmicos de hasta 425ºC.

Impresión 3D con Kevlar

Como hemos mencionado, el Kevlar es un plástico compatible con la fabricación aditiva. Gracias a la versatilidad del material su implementación en la industria de impresión 3D está creciendo rápidamente para ampliar su potencial y sus posibilidades. Además, se trata de una opción ideal a la hora de añadir una mayor resistencia y flexibilidad a las piezas finales. En términos de calidad, la estructura molecular larga y regular del Kevlar favorece un acabado muy suave y una alta resolución de las capas impresas.

La impresión 3D FDM es sin duda la tecnología más extendida a la hora de utilizar la fibra de aramida. Debido a su composición es más accesible encontrar el Kevlar en forma de filamento, aunque se deberá contar con un equipo adecuado para garantizar su correcta utilización. A la hora de imprimir piezas con Kevlar, hay que tener en cuenta una serie de aspectos. Dado que es un filamento compuesto de moléculas largas e ininterrumpidas, hay una mayor posibilidad de que el material se atasque en la boquilla, por lo que deberemos de asegurarnos que el extrusor tiene un mínimo de 4mm de ancho. La temperatura de fusión el Kevlar es realmente alta, así que la impresora 3D utilizada deberá poder alcanzar altas temperaturas. Por último, es importante prestar atención a la primera capa impresa, ya que el Kevlar no es un material que se adhiera fácilmente; en este caso el uso de pegamento puede ser realmente útil.

Créditos: Markforged

Aunque sea la más extendida, la fabricación por extrusión no es la única tecnología compatible con el Kevlar. Algunas organizaciones y proyectos de investigación están utilizando la fibra de aramida con la impresión 3D de resina. Para ello, se mezcla la fibra de aramida de tamaño micro con resina, obteniendo la viscosidad adecuada. Este material líquido reforzado ofrece una mayor resistencia al desgaste que otras piezas impresas impresas en 3D por tecnologías de resina.

Aplicaciones y precio del material

Con una alta resistencia al calor, a la tensión y una gran fuerza, el Kevlar se ha utilizado ampliamente en la impresión 3D para las aplicaciones más exigentes. Al tener características similares a las de algunos metales, pero ofreciendo una mayor ligereza, es realmente útil en industrias como la de defensa, automoción, bienes de consumo o aeroespacial. A su vez, la capacidad de absorción de impactos y la cualidad antiabrasión hacen de la fibra de aramida una buena opción para la fabricación de piezas de maquinaria industrial que se mueven unas contra otras.

En términos económicos, puede que la impresión 3D con Kevlar no sea muy barata, especialmente para usuarios particulares. Como hemos mencionado, utilizar la fibra de aramida en la fabricación aditiva requiere contar con una máquina adecuada capaz de soportar altas temperaturas. Para ello, es importante invertir en un equipo de alta calidad. A su vez, el precio del material ronda los 100€ la bobina de 50 metros (5 veces más de lo que costaría una de PLA). En muchos casos donde que se quieran aprovechar las ventajas de este material, lo mejor será optar por un servicio de impresión 3D que fabrique las piezas bajo demanda.

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*Créditos foto de portada: Mark3D