Guía completa: Los plásticos en la impresión 3D

Un plástico es un material fabricado a partir de compuestos sintéticos o semisintéticos que tiene la capacidad de cambiar su forma. La mayoría de los plásticos del mercado son totalmente sintéticos y suelen obtenerse de productos químicos derivados del petróleo. Sin embargo, con la creciente preocupación por el medio ambiente, los plásticos fabricados a partir de materiales renovables, como el ácido poliláctico (PLA), están ganando popularidad en el mercado. Debido a su bajo coste, facilidad de fabricación, versatilidad y resistencia al agua, los plásticos se utilizan en una amplia gama de productos y sectores, incluida la fabricación aditiva.

En la siguiente guía, echamos un vistazo a los plásticos más populares para la impresión 3D. Según el Informe Hubs 2023, el proceso de impresión 3D más popular, FDM/FFF, se utiliza para crear piezas mediante la extrusión de plástico (en forma de filamento o pellets). Sin embargo, la precisión en las máquinas FDM no siempre es la misma que en otros procesos de impresión 3D, como SLS o SLA. Además, estos materiales suelen emplearse para la impresión 3D de prototipos. Por lo tanto, a la hora de crear productos industriales y finales, las empresas optan por procesos como el SLS (con plásticos en forma de polvo) o SLA (con plásticos en forma de resina), que garantizan una mayor precisión y calidad final. Otras dos tecnologías con las que pueden utilizarse plásticos son Material Jetting y Multi Jet Fusion.

¿Qué plásticos pueden utilizarse en la fabricación aditiva? El material en forma de filamento o polvo deberá fundirse para formar el objeto que se va a imprimir capa a capa. Las resinas, por su parte, deben endurecerse mediante una fuente de energía (luz o láser) para poder crear una pieza robusta. Cada plástico requiere diferentes parámetros durante el proceso de fabricación y confiere a las piezas diferentes propiedades. A continuación os ofrecemos una visión general de los diferentes materiales plásticos que se pueden utilizar en la impresión 3D.

ABS

Es el material utilizado en los ladrillos Lego, aunque también se usa en carrocerías de coches, electrodomésticos y muchas aplicaciones de construcción. El acrilonitrilo butadieno estireno, abreviado ABS, es uno de los plásticos más utilizados en la industria. Pertenece a la familia de los termoplásticos y tiene una base de elastómero de polibutadieno, que lo hace más flexible y resistente a los impactos. El ABS se utiliza principalmente en la tecnología de extrusión (FDM) y, por tanto, está disponible para la mayoría de las impresoras internas. El ABS también puede presentarse en forma de resina, lo que lo hace adecuado para los procesos SLA o PolyJet. El material tiene una temperatura de impresión de entre 160°C y 230°C. Asimismo, una vez impreso, puede soportar temperaturas muy bajas (-20°C) y muy altas (80°C). Además de su buena resistencia, este material ofrece una superficie pulida, es reutilizable y puede soldarse mediante procesos químicos (con acetona). Sin embargo, no es biodegradable y se encoge en contacto con el aire, por lo que será necesario precalentar la bandeja de impresión. Se recomienda utilizar el ABS en una impresora 3D con recinto cerrado para limitar las emisiones de partículas que pueden liberarse durante la impresión. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el ABS.

PLA

A diferencia del ABS, el ácido poliláctico o PLA es biodegradable, ya que se fabrica a partir de materias primas renovables (almidón de maíz). Una de sus propiedades más importantes es la baja contracción en la impresión 3D, razón por la cual no se necesita una bandeja precalentada al imprimir. La temperatura de impresión no debe ser demasiado alta y debe situarse entre 190°C y 230°C. El PLA suele presentarse en forma de filamentos y es un material popular para la impresión 3D FDM. En comparación con el ABS, el PLA es menos resistente, pero más fácil de manejar. Los principiantes suelen utilizar el PLA para fabricar elementos decorativos o pequeños juguetes, pero este material también se emplea en la industria para el prototipado, por ejemplo. Es utilizado por la mayoría de las impresoras 3D FDM y está disponible en una gran variedad de colores. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el PLA.

ASA

Conocido técnicamente como acrilonitrilo estireno acrilato, el ASA tiene propiedades similares al ABS pero con mejor resistencia a los rayos UV. No obstante, pueden surgir algunas complicaciones durante la fabricación, por lo que se recomienda utilizar una bandeja de impresión precalentada. Los parámetros son muy similares a los del ABS; en el caso del ASA, hay que tener cuidado de utilizar impresoras 3D con recinto cerrado o de imprimir en exteriores debido a las emisiones de estireno. Estas piezas impresas en 3D son estables y muy duraderas. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el ASA.

PET

El tereftalato de polietileno, más conocido como PET, se encuentra principalmente en las botellas de plástico desechables. Es un material ideal para objetos destinados a entrar en contacto con alimentos. Es semirrígido y tiene buena resistencia. Para obtener los mejores resultados de impresión, se necesitan temperaturas de entre 75°C y 90°C. Comercializado principalmente como filamento translúcido, se presenta en distintas variedades como PETG, PETE y PETT. Además, es un filamento que no desprende olor al imprimirlo y es 100% reciclable.

PETG

El PETG, o poliéster glicolizado, es un termoplástico muy utilizado en el mercado de la fabricación aditiva que combina la sencillez de la impresión 3D con PLA y la durabilidad del ABS. Es un plástico amorfo 100% reciclable. Tiene la misma composición química que el tereftalato de polietileno (PET), al que se ha añadido glicol para reducir su fragilidad. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el PETG.

Policarbonato (PC)

El policarbonato (PC) es un material muy duradero desarrollado para aplicaciones técnicas. Este material es capaz de soportar altas temperaturas de hasta 150°C sin deformarse. El policarbonato absorbe la humedad del aire, lo que puede afectar a su rendimiento y resistencia a la compresión. Por ello, debe almacenarse en cajas herméticas. El PC es conocido en el mundo de la fabricación aditiva por su resistencia y transparencia. Tiene una densidad mucho menor que el vidrio, lo que lo hace ideal para crear piezas ópticamente visibles, pantallas protectoras u objetos decorativos. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el PC.

Plásticos de alto rendimiento (PEEK, PEKK, ULTEM)

Los avances en torno a la investigación de materiales han impulsado el desarrollo de toda una gama de filamentos de alto rendimiento. Éstos tienen propiedades mecánicas similares a las de los metales. Existen varios tipos de plásticos de alto rendimiento para la impresión 3D, como PEEK, PEKK o ULTEM; pertenecen a las poliarletercetonas (PAEK) y las polieterimidas (PEI). Estos plásticos se caracterizan por su gran resistencia mecánica y térmica y, al mismo tiempo, son mucho más ligeros que diversos metales. Dichas propiedades los hacen ideales para las industrias aeroespacial, automovilística y médica.

Los polímeros de alto rendimiento no pueden imprimirse con todas las impresoras FDM disponibles en el mercado, sino únicamente en aquellas que hayan sido desarrolladas para ello. La empresa Apium, entre otras, se ha especializado en la producción de impresoras 3D para imprimir polímeros de alto rendimiento. Las impresoras 3D para estos plásticos deben tener una bandeja de impresión caliente que alcance al menos los 230°C, así como una temperatura de extrusión de 350°C y un recinto cerrado. En la actualidad, alrededor del 65% de estos materiales se fabrican con tecnología FDM, pero también están disponibles en forma de polvo compatible con SLS. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el PEEK y PEKK.

Polipropileno (PP)

El polipropileno es otro plástico muy utilizado en el sector del automóvil, en el textil y en la fabricación de cientos de artículos de uso cotidiano. El PP es conocido por su resistencia al desgaste, su capacidad para absorber impactos y su relativa dureza y flexibilidad. Sin embargo, entre las desventajas del material figuran su escasa resistencia a las bajas temperaturas y su sensibilidad a los rayos UV, que pueden provocar la dilatación del material. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre el PP.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos son una buena opción cuando se trata de fabricar piezas ligeras pero resistentes. Esto se consigue cuando a los materiales se los reforzados con fibras. Existen dos tipos de refuerzos: fibra corta o fibra continua. En el primer caso, las fibras cortas formadas por segmentos de menos de un milímetro de longitud se mezclan con plásticos convencionales para la impresión 3D con el fin de aumentar la rigidez y la resistencia de las piezas. Las fibras cortas pueden mezclarse con termoplásticos como el nylon, el ABS o el PLA. Por su parte, las fibras continuas ofrecen un mayor rendimiento. Sin embargo, son un poco más difíciles de manejar ya que tienen que integrarse continuamente en el termoplástico mientras se extruye. Por ejemplo, la empresa Mark3D utiliza una combinación de tecnología FDM y fabricación de fibra continua (CFF) para imprimir con composites. En este proceso, las fibras continuas se colocan en la pieza a través de una segunda boquilla en el cabezal de impresión. Las piezas fabricadas con fibras continuas son incluso más resistentes que las de aluminio. La principal fibra utilizada en la impresión 3D es la fibra de carbono, pero también existen otras fibras como la fibra de vidrio o el Kevlar. Puedes encontrar más información en nuestra guía sobre los materiales compuestos.

Materiales híbridos

Existen diferentes tipos de materiales que mezclan una base, como el PLA, con un polvo que les da un color o una superficie diferente. Son materiales que suelen tener un 70% de PLA y un 30% de material híbrido. En el mercado actual encontramos filamentos de bambú, corcho, madera y más. La presencia de estos materiales confiere al filamento una estructura final más orgánica. También hay máquinas que utilizan la tecnología FDM como base para extruir metal. Por ejemplo las empresas Colorfabb o BASF ofrecen filamento 3D de metal. De este modo, los objetos impresos en 3D adquieren un color diferente en función del metal elegido: cobre, bronce, plata y muchos otros colores.

Materiales solubles

Los materiales solubles son materiales que se imprimen con la intención de disolverse durante el postratamiento de las piezas. Los dos materiales de filamento solubles más conocidos son el HIPS (poliestireno de alto impacto) y el PVA (acetato de polivinilo). El HIPS tiene propiedades similares al ABS y puede disolverse con cítricos, mientras que el PVA puede disolverse con agua (hasta 70°C). También hay filamentos de BVOH que son cada vez más populares, sobre todo en impresoras de doble extrusor. Esto se debe a que el material es soluble en agua y, según los expertos, tiene una solubilidad incluso mayor que el PVA.

Materiales flexibles

Como podemos ver, hay muchos tipos diferentes de plásticos disponibles en el mercado hoy en día para la impresión 3D. Entre los material más populares destacan los flexibles. Son comparables al PLA, pero se fabrican a base de TPE o TPU. La ventaja de este material es que permite desarrollar objetos deformables. En general, estos plásticos tienen las mismas propiedades de impresión que el PLA y pueden tener diferentes grados de rigidez. Se recomienda comprobar la compatibilidad del material con la impresora para evitar problemas de impresión. Otros materiales, como la silicona o las llamadas resinas CLIP de alta calidad, como EPU 40 o FPU 50, también permiten fabricar componentes flexibles con impresión 3D. Estos materiales también están disponibles para la tecnología SLS, en forma de polvo.

Poliamidas

Los objetos fabricados con poliamida (PA) suelen producirse a partir de un polvo fino (PA11 o PA12), blanco y granulado mediante la tecnología SLS. Sin embargo, también existen filamentos de este material, el PA6, para su uso con la tecnología de extrusión. Debido a su buena biocompatibilidad, las poliamidas pueden utilizarse para fabricar piezas que entran en contacto con alimentos (excepto los que contienen alcohol). Las poliamidas están formadas por estructuras semicristalinas y presentan un buen equilibrio entre propiedades químicas y mecánicas. Esto proporciona una buena estabilidad, rigidez, flexibilidad y resistencia al impacto. Dichas ventajas hacen que el material tenga muchas aplicaciones en diversos sectores y ofrezca un alto nivel de detalle. Debido a su alta calidad, las poliamidas se utilizan en la fabricación de engranajes, piezas aeroespaciales, automoción, robótica, prótesis médicas y moldes de inyección.

Alumide

Las piezas de alumide se fabrican mediante el proceso SLS a partir de una combinación de poliamidas y polvo de aluminio. El material tiene una superficie ligeramente porosa y un aspecto granulado, con gran solidez y buena resistencia a la temperatura (hasta 172°C). Sin embargo, cuando se utiliza el material de alumide, se requiere cierto postratamiento para obtener una superficie uniforme. Este plástico se utiliza para modelos complejos, piezas de diseño o para la producción en pequeñas series de modelos funcionales que requieren una gran rigidez y un aspecto similar al aluminio.

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