Los materiales ignífugos para la impresión 3D

Según la definición de Merriam-Webster, un material ignífugo está «fabricado o tratado para resistir la combustión». En palabras más sencillas, a diferencia de la resistencia a las llamas, en la que algo puede funcionar con normalidad en condiciones de incendio, todo lo que es ignífugo impide activamente que el fuego se propague. Como se puede adivinar, esta propiedad es increíblemente importante, ya que los resultados del mercado de estos materiales reflejaron un valor de 8.630 millones de euros en 2022 y se utilizan en muebles, textiles, electrónica e incluso materiales de construcción. También está ganando importancia dentro de la fabricación aditiva para piezas de uso final en las que la combustión es un riesgo que se refleja en un aumento de los materiales ignífugos para la impresión 3D disponibles. En la siguiente lista analizamos las distintas soluciones disponibles en el mercado, ya sean materiales en forma de filamento, resina o en polvo.

Filamentos

Materiales de alto rendimiento 

Los materiales de alto rendimiento son un grupo de polímeros capaces de resistir en entornos exigentes, tanto en términos de temperatura como de tensión mecánica y química. Estos materiales tienen perfiles térmicos complejos y suelen utilizarse para aplicaciones industriales, principalmente en los sectores aeroespacial, automovilístico y ferroviario. Por lo general, son intrínsecamente ignífugos.

Comenzando por el PEEK, que pertenece a la familia PAEK, este tiene una temperatura de inflamabilidad elevada, además de ser mecánica y químicamente muy resistente. Hay muchos fabricantes de PEEK en forma de filamento, como Victrex, Evonik y 3DXTech. También existe el PEKK, un material ignífugo que no emite humos tóxicos. Es un polímero muy resistente al desgaste y a los fluidos. Por último, es difícil no mencionar el PEI —o ULTEM— cuando hablamos de los materiales PEEK y PEKK. Este termoplástico también es ignífugo. De hecho, ULTEM™ 9085 está certificado para aplicaciones de bajo fuego, humo y toxicidad (FST) y tiene una clasificación de inflamabilidad de UL 94 V-0.

Otro material de alto rendimiento es el PVDF (fluoruro de polivinilideno), que es ignífugo. Es conocido por su gran resistencia química y su bajo coeficiente de fricción, por lo que es especialmente popular en la fabricación de tuercas, tornillos, etc. Entre los fabricantes de filamentos para fabricación aditiva encontramos a Nanovia y Solvay que ofrecen materiales PVDF. Por último, terminamos con el PPSU que, además de su interesante perfil térmico, tiene fama de ser extremadamente resistente a la hidrólisis, al agua y a los impactos. Forward AM, una marca de BASF, ofrece un filamento de PPSU para impresión 3D muy adecuado para la industria aeroespacial.

Piezas impresas en 3D con el material PPSU. (Créditos de la foto: Zortrax).

Policarbonato (PC)  

El policarbonato (PC) en un termoplástico. Se caracteriza sobre todo por su claridad óptica y transparencia, por lo que se le conoce como un material similar al vidrio. Es robusto, resistente a los golpes, a la abrasión y mecánicamente resiste hasta los 140 °C por lo que es un material ignífugos, resistente al calor. Por consiguiente, también es capaz de soportar la esterilización por vapor repetida. Asimismo resiste a -20 °C. El policarbonato se utiliza en la impresión 3D en forma de filamento en diversas industrias para la producción de prototipos. Se utiliza, por ejemplo, para la producción de faros de automóviles, componentes estructurales, piezas moldeadas, carcasas translúcidas para componentes eléctricos y pantallas de lámparas, entre otras cosas. Estas aplicaciones se deben a sus buenas propiedades aislantes y su translucidez. El primer policarbonato de interés industrial fue lanzado al mercado por Bayer en Alemania en 1958. En la actualidad, este material lo ofrecen varios fabricantes, como Polymaker, Kimya y UltiMaker.

Créditos de la foto: 3djake

Materiales transformados: el ABS y la poliamida 

Aunque son muy utilizados por su robustez y versatilidad en la impresión 3D, el ABS y la poliamida, dos termoplásticos muy populares, no son intrínsecamente ignífugos. Sin embargo, pueden hacerse ignífugos modificándolos y añadiéndoles ciertos aditivos específicos. En el mercado existen filamentos ABS ignífugos como el Fire FR-ABS de 3DXTech, que está hecho de ABS ignífugo de alta calidad con clasificación UL94 V-0, lo que significa que ofrece una excelente resistencia al fuego. Este tipo de filamento es ideal para aplicaciones en sectores como la automoción o el aeroespacial, ya que tiene características de autoextinguibilidad. Del mismo modo, el filamento de poliamida PA Rail de Nanovia cumple las normas de no inflamabilidad, al estar especialmente diseñado para satisfacer los requisitos del sector ferroviario. Compuesto de poliamida (nylon) y retardantes de llama cerámicos, este filamento garantiza una mayor seguridad en caso de incendio ya que impide la propagación de las llamas.

Créditos de la foto: Polyfab3D

Resinas

La resina ignífuga de Formlabs  

La llamada Flame Retardant Resin se posiciona como una solución relativamente rápida y económica para fabricar piezas autoextinguibles con tecnología SLA (estereolitografía). Se trata de una resina que puede soportar temperaturas elevadas sin propagar las flamas en caso de fuego. Asimismo, es resistente a tóxicos y al humo. Al contar con el estándar UL 94 V-0, esta resina es apta para la producción de piezas en los sectores con normativas estrictas como el aeroespacial, la aviación, la electrónica o la medicina. Las piezas finales prometen funcionar a largo plazo en entornos industriales con temperaturas elevadas y cercanos a fuentes de ignición. Además de retardar las flamas, las piezas que se fabrican con este material tienen un acabado rígido, por lo que pueden soportar operaciones ulteriores como el roscado y el taladrado. Finalmente, una vez terminado el postratamiento de las piezas a 80 °C durante 120 minutos, estas tendrán una temperatura de flexión bajo carga de 111 °C a 0,45 megapascales (MPa), por lo que resultarán piezas sólidas y funcionales.

Créditos de la foto: Formlabs

EPX 86FR 

EPX 86FR es una resina ignífuga de carbono. Se caracteriza por su dureza y resistencia. Es autoextinguible y cuenta con la certificación BlueCard. Su tenacidad funcional y su resistencia al impacto pueden mejorarse aún más cociéndola en un horno inerte. También hay que destacar que el material puede soportar temperaturas muy altas, así como fluctuaciones de temperatura, choques térmicos y fluctuaciones de humedad sin que sus propiedades se vean afectadas negativamente. El EPX 86FR es en gran medida resistente a los productos químicos y solo se produce una ligera reducción de las propiedades de tracción cuando se expone a productos químicos.
El EPX 86FR se utiliza principalmente cuando se requiere tenacidad, resistencia a la llama, isotropía, precisión y exactitud superficial. Por esta razón, se utiliza en la industria, para bienes de consumo y en la automoción. Algunos ejemplos concretos son carcasas y soportes para componentes electrónicos, conectores y terminales de cables

Cubicure Evolution FR

Cubicure Evolution FR es el primer material de su clase que alcanza la clasificación UL94 V0, lo que lo hace ideal para su uso en industrias como la electrónica y el transporte. Este material ofrece una precisión y una calidad de superficie excepcionales, imitando el moldeo por inyección y manteniendo una resistencia térmica de hasta 80 °C. Desarrollado con la tecnología ‘Hot Litography’ de Cubicure, Cubicure Evolution FR permite una impresión 3D precisa con resoluciones de 10 µm. Como fotopolímero retardante de llama para tecnología SLA, se presenta como una opción ideal para la producción de piezas de repuesto y prototipos funcionales. Su clasificación UL94 V0 garantiza la autoextinguibilidad de las llamas en 10 segundos, una característica que antes solo conseguían los materiales utilizados en los procesos de extrusión de material y fusión láser por lecho de polvo. Gracias a su composición sin halógenos, su resistencia a la tracción de 34 MPa y su capacidad para cumplir estrictas normas de seguridad, Cubicure Evolution FR es una buena opción para la impresión 3D industrial, especialmente en aplicaciones en las que es crucial retardar la llama. 

Créditos de la foto: Cubicure

Resina 3955 HDT280 FST

Desarrollada por Loctite, la resina ignífuga 3955 HDT280 FST cuenta con muy buenas propiedades, tanto físicas (de flexión y tracción) como de acabado superficial. Se trata de un material sin halógenos de alto rendimiento (UL94-V0) ideal para la fabricación aditiva de conectores, clips, enchufes, cajas electrónicas y piezas interiores para las industrias más exigentes. De hecho, ha superado con éxito las pruebas de quemado vertical, haciéndola compatible con las normas aeroespaciales FST. Así, las piezas que sean impresas en 3D con esta resina, principalmente mediante la tecnología DLP industrial, no se deformarán en entornos térmicamente duros. Esto permite su implementación en sectores avanzados, como el aeroespacial y el ferroviario.

Polvos

PA 2210 FR

El polvo de poliamida altamente ignífugo PA 2210 FR es un material de alto rendimiento, con certificación UL Blue Card y conforme a CS/FAR 25.853, con aplicaciones en múltiples sectores. Este material libre de halógenos y por tanto, no tóxico, presenta propiedades mecánicas avanzadas, con una resistencia a la tracción de 46 MPa y una resistencia a la flexión de 65 MPa. La PA 2210 FR ofrece una mayor libertad de diseño para piezas complejas, ya que su gran volumen de 280 x 280 x 550 mm permite fabricar componentes de gran tamaño, mientras que su grosor de capa de 0,15 mm permite fabricar detalles intrincados y características precisas. Además, el material presenta una temperatura de deflexión térmica de 84 °C, junto con varias propiedades de baja inflamabilidad, lo que lo hace adecuado para entornos en los que la resistencia al fuego es crucial, incluidos sectores como la construcción, el transporte, la industria aeroespacial y la electrónica.

Créditos de la foto: Materialise

DuraForm® FR 100 

DuraForm® FR 100 es un material termoplástico ignífugo, o retardante de llama, sin halógenos de 3D Systems, empresa estadounidense especializada en la fabricación de impresoras 3D, materiales y escáneres. Este material ignífugo se ha desarrollado para reducir el humo y por lo tanto, los subproductos tóxicos de la combustión. Además, cumple los actuales requisitos de seguridad medioambiental para diversas aplicaciones de consumo y está dentro del estándar UL94 V-0. El material, que se encuentra disponible en el mercado en forma de polvo, también tiene una gran tenacidad y resistencia al impacto. El plástico se utiliza en impresión 3D, por ejemplo en el proceso de sinterizado selectivo por láser (SLS). DuraForm® FR 100 se ha fabricado especialmente para aplicaciones de las industrias aeroespacial, automovilística y de bienes de consumo que requieren retardante de llama y baja toxicidad de humos. Entre ellas se incluyen cabinas de aviones, equipos eléctricos, vehículos aéreos no tripulados (UAV), carcasas y paneles. DuraForm® FR 100 también es adecuado para la producción de prototipos que resistan pruebas funcionales y para piezas duraderas de uso final.

Créditos de la foto: 3D Systems

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