Resumen
En esta guía, abordamos los materiales, las tecnologías y las aplicaciones clave que hay detrás de la impresión 3D flexible. Descubrirás cómo se comportan en la práctica los diferentes tipos de materiales, desde el TPU hasta los materiales similares al caucho de PolyJet™ y los elastómeros de P3™, como las siliconas. Analizamos cómo se relaciona la dureza Shore con la flexibilidad y cómo adaptar el rendimiento del material al uso en el mundo real. También comparamos las tecnologías de Stratasys, como FDM®, PolyJet y P3 DLP, exploramos dónde se utilizan los materiales flexibles en distintos sectores y ofrecemos un marco claro para ayudarte a elegir el material adecuado para tu aplicación.
La impresión 3D flexible es el proceso de fabricación de piezas mediante materiales elastoméricos diseñados para doblarse, estirarse, comprimirse o absorber impactos, recuperando al mismo tiempo su forma original. Utiliza termoplásticos flexibles y fotopolímeros, como el TPU (poliuretano termoplástico) y otros materiales elastoméricos con diferentes grados de dureza Shore y propiedades de elongación. La impresión 3D flexible se utiliza ampliamente para fabricar empuñaduras ergonómicas, juntas, sellos, dispositivos wearables, elementos de amortiguación y componentes médicos o dentales que requieren suavidad, resistencia o flexión repetida.
La impresión 3D flexible consiste en producir piezas que sufren una deformación importante y reversible —flexión, compresión o absorción de impactos— y recuperan su forma cuando se elimina la fuerza. Dependiendo del material, esto puede significar desde una ligera flexión bajo carga hasta una respuesta totalmente similar a la del caucho.
No todos los materiales flexibles se comportan igual. Algunos están diseñados para simular el caucho en cuanto a ajuste y tacto. Otros están fabricados para soportar tensiones repetidas, abrasión o uso mecánico sin romperse. Esa distinción es importante desde el principio, ya que afecta tanto a la elección del material como al proceso de impresión.
La dureza Shore y la elongación a la rotura son la forma más sencilla de cuantificarlas. Los valores más bajos de Shore A indican materiales más blandos y flexibles. Los valores más altos corresponden a materiales más firmes que ofrecen mayor soporte. La elongación a la rotura indica cuánto puede estirarse un material antes de romperse.
La cuestión clave es qué rendimiento debe ofrecer la pieza. Si se trata del realismo de empuñaduras, juntas o elementos sobremoldeados, normalmente se busca optimizar el tacto y la calidad de la superficie. Si es funcional, como fundas protectoras, utillaje o algo que se flexione repetidamente, lo que más importa es la durabilidad y la consistencia a lo largo del tiempo.
Los materiales flexibles para la impresión 3D abarcan una amplia gama de comportamientos, desde plásticos resistentes y ligeramente flexibles hasta materiales blandos similares al caucho. La elección adecuada depende menos de «cuán flexible» sea un material por sí solo y más de cómo deba comportarse durante su uso, por ejemplo, ante flexiones repetidas, en cuanto a adherencia superficial, sellado o, simplemente, para reproducir el tacto de un producto final.
La mejor forma de comprender estos materiales es a través de sus características de rendimiento:
Algunos materiales ofrecen una flexibilidad limitada, como los fotopolímeros semiflexibles o los materiales a base de polipropileno, pero estos no proporcionan el comportamiento similar al del caucho que se trata en esta guía.
Los elastómeros termoplásticos (TPE) constituyen una amplia categoría de termoplásticos flexibles, aunque también son un tipo específico de TPE. El TPU, que se utiliza en los sistemas FDM® de Stratasys, se enmarca dentro de la categoría de los TPE y ofrece un equilibrio entre flexibilidad y durabilidad.
Materiales como el TPU 92A para FDM® ofrecen un equilibrio entre flexibilidad y durabilidad, por lo que se pueden utilizar cuando el rendimiento es más importante que el acabado superficial: piezas que deben soportar el desgaste, las vibraciones o movimientos repetitivos.
Los materiales flexibles de PolyJet, como Agilus30, Tango y Elastico, están diseñados para simular elastómeros con un alto nivel de detalle y control. Estos materiales ofrecen diferentes niveles de suavidad y flexibilidad, lo que te permite adaptar el tacto y el comportamiento del material a la aplicación. Las mezclas de materiales digitales amplían aún más estas posibilidades, ya que permiten ajustar la dureza Shore y el comportamiento dentro de una misma pieza. Además, con la impresión multimaterial, puedes combinar elementos rígidos y flexibles en una sola pieza.
Estos materiales se utilizan para prototipos realistas, elementos de tacto suave y validación de diseños, así como para piezas que requieren una flexibilidad controlada sin llegar a presentar el comportamiento completo de un elastómero.
Las resinas flexibles para impresión 3D por chorro, como TissueMatrix® y GelMatrix®, amplían aún más estas posibilidades al ofrecer un comportamiento muy blando, similar al de un gel. Se utilizan en simulación y formación médicas, donde reproducir la respuesta de los tejidos blandos es más importante que la resistencia mecánica.
Los materiales flexibles para P3 DLP son adecuados para aplicaciones en las que es importante el comportamiento bajo carga en situaciones reales.
No todas las piezas impresas en 3D de «silicona» son realmente de silicona.
Los materiales de silicona auténtica, como el P3 Silicone 25A, se comportan como la silicona de moldeo. Soportan la compresión, el sellado y la deformación repetida, y envejecen con el tiempo de una forma que los materiales similares a la silicona no suelen poder hacer.
Esto es importante a la hora de pasar del concepto a la aplicación. Si la pieza debe funcionar en condiciones reales durante un periodo prolongado, el comportamiento del material y su envejecimiento son más importantes que su aspecto.
Stratasys ofrece impresión 3D flexible a través de múltiples tecnologías, cada una adecuada para un tipo diferente de aplicación. La elección no se reduce únicamente a la flexibilidad del material, sino que depende más bien del rendimiento que debe ofrecer la pieza, cómo se va a utilizar y el grado de consistencia que debe tener el resultado.
Esto implica elegir entre FDM para piezas funcionales duraderas, PolyJet para prototipos muy detallados con aspecto de caucho y P3 para aplicaciones de elastómeros más cercanas al rendimiento de producción. Cada una ocupa un lugar distinto en cuanto a durabilidad, realismo y comportamiento del material.
El FDM es ideal para piezas funcionales flexibles, especialmente cuando estas requieren durabilidad y resistencia al desgaste.
Materiales como el TPU 92A no solo se flexionan una vez. Soportan flexiones repetidas, la abrasión y el desgaste diario sin romperse. Por eso se utilizan para elementos como cubiertas protectoras, conductos, juntas y herramientas de extremo de brazo. No se obtiene el mejor acabado superficial, pero sí se consiguen piezas resistentes, predecibles y lo suficientemente fiables como para utilizarlas en el taller o en la planta de producción.
PolyJet está diseñado para obtener piezas de gran detalle con un tacto similar al del caucho, especialmente en aquellas aplicaciones en las que el realismo y la calidad de la superficie son fundamentales. Materiales como Agilus30, Elastico y Tango permiten controlar la suavidad y pueden combinarse con materiales rígidos en una misma impresión.
Esto lo hace ideal para piezas sobremoldeadas, juntas, elementos de tacto suave y ensamblajes complejos. Se puede variar la dureza Shore dentro de una misma pieza y conseguir detalles finos que no son posibles con los sistemas basados en filamentos.
PolyJet se utiliza ampliamente para la validación de diseños, modelos médicos y aplicaciones en las que el aspecto, el tacto y el ajuste de la pieza deben coincidir fielmente con el producto final.
La plataforma P3 DLP amplía la impresión 3D flexible para alcanzar el rendimiento real de los elastómeros en aplicaciones del mundo real, incluyendo la silicona y los materiales de alta elasticidad. Es aquí donde la impresión flexible va más allá de la simulación para crear piezas que pueden comportarse como los elastómeros de producción.
El P3™ Silicone 25A se utiliza para volúmenes reducidos o la creación de prototipos de piezas que tradicionalmente se fabrican con siliconas moldeables: en casos en los que la compresión a largo plazo y la suavidad en condiciones exigentes son importantes, como juntas, sellos y cualquier elemento que necesite deformarse y recuperarse de forma predecible durante un periodo prolongado, en entornos húmedos o a temperaturas bajas o elevadas. Circunstancias en las que los elastómeros estándar o los materiales flexibles no aguantan.
Los materiales elastoméricos como Stretch 80 e IND475 están diseñados para movimientos repetitivos. Los encontrarás en pinzas flexibles y herramientas de extremo de brazo, donde las piezas se flexionan continuamente.
La ventaja de los materiales flexibles P3 DLP es que, en lugar de limitarse a simular el caucho, se obtiene un comportamiento elastomérico real, sin necesidad de utillaje, con resultados consistentes y repetibles, y un acabado superficial de gran calidad.
Las aplicaciones de la impresión 3D flexible abarcan desde ortesis médicas a medida hasta amortiguadores de vibraciones industriales y juntas para el sector de la automoción. Mediante el uso de termoplásticos flexibles y fotopolímeros, los fabricantes pueden producir componentes que ofrecen resistencia a los impactos, comodidad ergonómica y geometrías de sellado complejas. Estos materiales también permiten crear productos de consumo personalizados, como calzado, dispositivos wearables y equipos de protección, al tiempo que facilitan una producción duradera y repetible para aplicaciones industriales exigentes.
Lo que varía es la función que desempeña la pieza. Algunas aplicaciones requieren un rendimiento funcional, otras, prototipos realistas que validen el ajuste y el tacto antes de dar el paso a la producción. A menudo se trata de ambas cosas, en diferentes fases del mismo proyecto.
En el ámbito sanitario, dependiendo del caso, las prioridades pueden incluir el realismo, la suavidad controlada, la durabilidad, la biocompatibilidad o el rendimiento a largo plazo.
En los modelos de simulación y anatómicos se utilizan materiales muy blandos para imitar de forma realista la respuesta de los tejidos. En el caso de los componentes funcionales o que entran en contacto con el paciente, los materiales también deben ofrecer fiabilidad mecánica, elasticidad, capacidad de recuperación y rendimiento a largo plazo.
Las aplicaciones en el sector de la automoción suelen clasificarse en tres ámbitos: creación de prototipos y validación del diseño, . Cada uno de ellos tiene requisitos de materiales distintos.
Requisitos clave:
La creación de prototipos y la validación del diseño se centran en cómo encajan las piezas entre sí, cómo se comprimen y cómo se comportan frente a los componentes circundantes. Los medios auxiliares de fabricación y el utillaje dan prioridad a la durabilidad y a la protección de las piezas. Las piezas destinadas al uso final requieren un rendimiento a largo plazo frente al desgaste, la vibración y la compresión repetida.
El uso de material elastómero ha permitido al equipo de Polaris realizar rápidamente múltiples iteraciones y probar diversos diseños, con gran precisión geométrica, para el conducto de admisión de uno de sus vehículos.
En el ámbito de los productos de consumo, la atención suele centrarse en la interacción del usuario y las sensaciones que transmite el producto durante la fase de creación de prototipos y la validación del diseño, así como en la durabilidad, la comodidad y el rendimiento tras usos repetidos en el caso de las piezas de utillaje y de producción.
Los equipos de diseño suelen necesitar comprobar las sensaciones que transmite un producto antes de dar el paso a la fabricación de utillaje, especialmente en el caso de piezas en las que el tacto, la comodidad o la flexibilidad son fundamentales.
Los materiales flexibles se utilizan para:
Requisitos clave:
En entornos industriales, los materiales flexibles se utilizan habitualmente para la creación de prototipos y la validación, como ayudas a la fabricación y para piezas de uso final. Pueden emplearse en la manipulación, la protección y la interacción con los procesos.
En la creación de prototipos, la atención se centra a menudo en validar el ajuste, el movimiento, la compresión y la interacción con los componentes circundantes. En el caso de las herramientas y los medios auxiliares de fabricación, es importante el rendimiento a largo plazo. Se espera que las piezas soporten un uso continuo, lo que convierte la resistencia a la fatiga y la consistencia en factores clave.
Entre los casos de uso típicos se incluyen:
Requisitos clave:
Los materiales flexibles aportan un nuevo abanico de posibilidades a la impresión 3D. En lugar de centrarse únicamente en la forma y el ajuste, también se puede diseñar teniendo en cuenta el movimiento, el contacto y la interacción con el mundo real. Esto incluye piezas que deben sujetar, sellar, absorber impactos o flexionarse bajo carga.
Al igual que las piezas rígidas impresas en 3D, ayudan a reducir los costes de utillaje, acortan los ciclos de desarrollo, permiten geometrías más complejas y facilitan la personalización o la producción en series reducidas. La diferencia radica en que el propio comportamiento del material pasa a formar parte de la función del diseño.
En términos prácticos, la ventaja no es solo la «flexibilidad». Es la capacidad de adaptar el comportamiento del material al rendimiento que se espera de la pieza. Ya se trate de durabilidad y flexión repetida con el TPU 92A de FDM, de flexibilidad controlada y diseño multimaterial con materiales PolyJet como Agilus30, Tango y Elastico, o de una auténtica respuesta elastomérica con las resinas P3 Silicone 25A y P3 Stretch.
Los materiales flexibles se utilizan a menudo porque pueden absorber energía y soportar tensiones repetidas sin sufrir deformaciones permanentes. En lugar de agrietarse bajo carga, recuperan su forma.
El TPU 92A de FDM es un buen ejemplo. Se utiliza ampliamente para piezas que deben resistir la abrasión, la vibración o la flexión repetida, como cubiertas protectoras y conductos. Por lo tanto, es adecuado para un uso funcional, no solo para la creación de prototipos.
Las herramientas de extremo de brazo son otro buen ejemplo: los materiales P3 Stretch deben ser lo suficientemente blandos como para manipular piezas sin dañarlas, pero lo suficientemente resistentes como para hacerlo miles de veces. Esa combinación es lo que los hace adecuados para su uso en la producción en serie.
Los materiales flexibles permiten diseñar geometrías que resultarían difíciles o imposibles de conseguir con los métodos de fabricación tradicionales. Entre ellas se incluyen juntas integradas, elementos de encaje a presión, bisagras flexibles, muescas y piezas multimaterial.
Con las mezclas de materiales digitales de PolyJet, puedes combinar materiales rígidos y flexibles en una sola impresión, lo que permite crear diseños de tipo sobremoldeado sin necesidad de montaje. Esto resulta útil para productos con zonas de tacto suave, empuñaduras o comportamientos de material en capas.
Los materiales flexibles facilitan la creación de prototipos y la iteración de diseños que dependen del movimiento o el contacto. En lugar de hacer una aproximación del comportamiento, puedes probarlo directamente, ya sea cómo se comprime y fija una junta, cómo se nota al tacto una empuñadura o cómo responde un componente bajo carga.
Los materiales flexibles varían significativamente en su comportamiento, incluso cuando parecen similares a simple vista. La dureza Shore ofrece un punto de partida útil, pero el rendimiento en el uso real depende en igual medida de la elongación, la resistencia y la forma en que se procesa el material.
La tabla siguiente compara las características típicas de los filamentos flexibles FDM, los fotopolímeros similares al caucho de PolyJet y los materiales de Digital Anatomy, así como los elastómeros DLP de P3.
|
|
Tipo de material |
Tecnología |
Dureza Shore
|
Alargamiento a la rotura
|
Resistencia a la tracción
|
Aspecto
|
Durabilidad
|
Ideal para |
|
FDM® TPU 92A |
Termoplástico flexible |
FDM |
~92A |
Alto |
Alto |
Mate, capas visibles |
Alto |
Piezas funcionales, conductos, cubiertas, EOAT |
|
Fotopolímero similar al caucho |
PolyJet
|
~30A (puro); 30–95A con mezclas de materiales digitales |
Moderado-alto |
Moderado
|
Suave, gran nivel de detalle |
Moderado |
Prototipos, tacto suave |
|
|
Fotopolímero similar al caucho |
PolyJet
|
~26–28 A |
Moderado |
Moderado
|
Liso |
Moderado |
Prototipos flexibles, juntas |
|
|
Fotopolímero similar al caucho |
PolyJet |
~45A |
Moderado |
Moderado |
Suave, tacto suave |
Moderado |
Prototipos, empuñaduras, sobremoldeados |
|
|
Fotopolímero ultrasuave |
PolyJet |
Muy alta |
Bajo |
Suave, similar a un gel |
Varía |
Simulación médica |
||
|
Elastómero de silicona |
P3 |
~25A |
Alto |
Moderado
|
Liso, silicona |
Moderado |
Juntas, sellos, piezas de desgaste |
|
|
Elastómero (alta elasticidad) |
P3 |
~87A |
Muy alta |
Moderada |
Suave, elastómero |
Moderado-alto |
Piezas de elastómero de uso general, juntas, prototipos flexibles |
|
|
Elastómero (alta elasticidad)
|
P3 |
~45–49A |
Muy alta |
Moderada |
Suave, elastómero |
Alto |
Pinzas blandas, EOAT, uso industrial repetido |
|
|
Elastómero firme (alto rebote) |
P3 |
~85–90A |
Alto |
Moderada–alta |
Suave, elastómero
|
Alto |
Amortiguación, estructuras reticulares, aplicaciones de retorno de energía (p. ej., calzado) |
La elección de un material flexible para la impresión 3D depende más bien del comportamiento que deba tener la pieza durante su uso que, simplemente, de lo blando que resulte al tacto. Utiliza esto como filtro rápido y, a continuación, consulta la tabla comparativa anterior para conocer las propiedades detalladas.
1. ¿Qué grado de suavidad debe tener?
2. ¿Debe cumplir una función o simularla?
3. ¿A qué tipo de carga estará sometido?
4. ¿Qué importancia tiene el acabado superficial?
5. ¿Necesitas varios materiales en una misma pieza?
6. ¿En qué fase se encuentra la pieza?
