Resumen: La impresión 3D de polímeros resistentes y duraderos es esencial para piezas que deben soportar las condiciones industriales reales. Elegir el material adecuado no consiste en encontrar una única opción «más resistente», sino en adaptar los polímeros a las necesidades de cada aplicación. Desde la resistencia a la tracción y al impacto hasta la resistencia al calor y a los productos químicos, cada factor influye en el rendimiento. Al elegir los materiales en función de los requisitos de cada caso de uso, los prototipos funcionales y las piezas de uso final pueden alcanzar tanto fiabilidad como durabilidad a largo plazo.
Cuando necesites imprimir piezas capaces de soportar condiciones industriales adversas, te interesará utilizar materiales de impresión 3D resistentes. Pero no siempre está claro cuál es la mejor opción.
Sería estupendo que existiera un único parámetro universal que describiera la resistencia o durabilidad de los materiales, y que simplemente pudieras elegir el material de impresión 3D «más duradero» para tu aplicación. Sin embargo, la realidad es mucho más compleja:
El gráfico anterior muestra solo una muestra de los materiales que ofrece Stratasys, que es un subconjunto de todos los materiales poliméricos de impresión 3D, los cuales, por supuesto, son un subconjunto de los materiales en general.
Además, este gráfico solo muestra la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto y la temperatura de deflexión térmica de estos materiales. Existen otras formas de medir la resistencia y la tenacidad de los materiales.
Seleccionar el polímero adecuado para la creación de prototipos funcionales o la producción requiere algo más que comparar la resistencia a la tracción o la resistencia al calor. Las diferentes aplicaciones exigen prioridades mecánicas distintas, y saber cómo interpretar estos valores es fundamental.
En las secciones siguientes, definiremos métricas de rendimiento fundamentales —como la resistencia, la rigidez y la tenacidad— y compararemos cómo varían entre las distintas tecnologías de impresión 3D. Esto le ayudará a evaluar las ventajas e inconvenientes e identificar la opción más adecuada para su aplicación.
La resistencia, la rigidez y la tenacidad son características importantes de un material duradero. Pero, ¿qué significan realmente estos términos? ¿Cómo se decide a cuál dar prioridad a la hora de elegir un material de impresión 3D duradero?
Cuando necesite piezas duraderas, elija un material de impresión 3D basándose en las propiedades anteriores para garantizar la fiabilidad y la durabilidad de sus piezas fabricadas. Aparte de las especificaciones del material, la tecnología de impresión 3D subyacente también debería influir significativamente en su decisión.
Así pues, echemos un vistazo a los materiales de impresión 3D resistentes en cada una de las siguientes categorías:
Cuando se piensa en «materiales resistentes para impresión 3D», lo más probable es que lo primero que venga a la mente sean los filamentos FDM, lo cual tiene sentido. El modelado por deposición fundida es conocido por producir algunos de los filamentos de impresión 3D más resistentes que existen.
|
Material |
Resistencia al impacto con muesca (J/m) |
Alargamiento a la rotura (%) |
Resistencia a la tracción a la rotura (MPa) |
Resistencia a la flexión a la rotura (MPa) |
Temperatura de deformación bajo carga (HDT) a 264 psi (°C) |
|
PC-ABS |
241 |
4,7 |
34,7 |
(sin rotura) |
112 |
|
ABS-M30i™ |
139 |
4 |
36 |
61 |
82 |
|
Nailon 12 |
138 |
30 |
33,4 |
(sin rotura) |
75,3 |
|
Nailon 12CF |
106 |
2,4 |
83,5 |
153 |
154 |
|
ABS-M30™ |
101 |
8,1 |
28,1 |
(sin rotura) |
99,9 |
|
ULTEM™ 9085 |
88,5 |
5,4 |
68,1 |
104 |
172,6 |
Es posible que observes que aquí hay claras ventajas e inconvenientes. Si buscas el filamento más resistente a las caídas o al desgaste general, quizá te convenga elegir el PC-ABS. Si necesitas cierta ductilidad, el Nylon 12 parece la mejor opción. Si requieres una resistencia y una temperatura muy elevadas, probablemente ULTEM™ sea la mejor opción.
Una empresa de ingeniería utilizó Nylon 12CF, un material de fibra de carbono, para fabricar un soporte ligero y de alta resistencia para antenas de satélite marítimas. La elevada resistencia a la tracción y rigidez del material, combinadas con la amplia cámara de impresión de la impresora F900, lo convirtieron en la opción ideal para esta aplicación. El soporte de antena impreso en 3D redujo el coste de producción en un 20 %, acortó el tiempo de producción en un 75 % y disminuyó el peso de la pieza en un 38 %.
Otra cosa a tener en cuenta en lo que respecta al FDM: por lo general, no es isotrópico. Es más resistente dentro de cada capa que entre las capas impresas. Por esta razón, normalmente se pueden encontrar dos especificaciones separadas, una para la resistencia XZ y otra para la resistencia ZX. (Las especificaciones indicadas anteriormente corresponden a la dirección XZ. Puede encontrar hojas de datos con las especificaciones completas aquí).
La tecnología FDM es un ejemplo clásico de enfoque «min-max». Si necesitas imprimir algo resistente o de gran tamaño, suele ser la mejor solución. Además, las máquinas FDM suelen estar entre las más fáciles de integrar y de aprender a utilizar.
Si el aspecto es fundamental, la tecnología FDM podría no ser la mejor solución, ya que tiende a dejar líneas de capa visibles en la pieza impresa. La FDM tampoco es adecuada para imprimir piezas con varios colores, materiales o detalles delicados de muy alta resolución.
Históricamente, la tecnología PolyJet se ha considerado el polo opuesto de la tecnología FDM. Si la FDM está optimizada para la resistencia, la PolyJet destaca por su estética.
PolyJet puede imprimir múltiples colores y materiales en una sola impresión. Presenta una resolución muy alta (espesor de capa de hasta 14 μm).
Sin embargo, en lo que respecta a la resistencia, PolyJet no suele ser la primera opción. No obstante, esto ha cambiado en cierta medida con el reciente lanzamiento del material ToughONE. ToughONE ofrece una combinación única de resistencia, dureza y un acabado superficial de alta calidad. Se puede utilizar con color y múltiples materiales para la creación de prototipos funcionales e incluso para la producción de piezas finales.
|
Material |
Resistencia al impacto con muesca (J/m) |
Alargamiento a la rotura (%) |
Resistencia a la tracción (MPa) |
Resistencia a la flexión (MPa) |
Temperatura de deformación en calor (HDT) a 264 psi (°C) |
|
Vero® |
20-30 |
10-25 |
50-65 |
75-110 |
45-50 |
|
ToughONE™ |
90 |
47-58 |
48-53 |
77-87 |
59-62 |
|
ToughONE Reforzado |
90 |
22-36 |
61-63 |
85-87 |
75-77 |
|
Digital ABS™ |
90-110 |
25-40 |
55-60 |
65-75 |
51-55 |
|
RGD525™ |
14-16 |
10-15 |
70-80 |
110-130 |
55-57 |
PolyJet es ideal para aplicaciones en las que la alta precisión, los detalles finos y un acabado superficial liso son fundamentales. Es especialmente adecuado para:
La fusión por absorción selectiva (SAF) es un tipo de fusión en lecho de polvo (PBF) que también cuenta con algunos materiales resistentes:
|
Material |
Resistencia al impacto con muesca (kJ/m²) |
Alargamiento a la rotura (%) |
Resistencia a la tracción (MPa) |
Resistencia a la flexión (MPa) |
Temperatura de deformación bajo carga (HDT) a 264 psi (°C) |
|
Nailon PA12 |
4,17 |
11 |
47 |
54 |
77 |
|
PA11 de alto rendimiento |
7,4 |
30 |
51 |
51 |
47 |
|
Polipropileno |
3,5 |
22 |
26 |
28 |
56 |
Aquí también hay una clara distinción entre los materiales 3D que son muy rígidos (alta resistencia a la flexión) y los que son resistentes (alta resistencia al impacto). La resistencia a la temperatura también es un factor importante en este caso.
Una empresa de servicios de fabricación utilizó la tecnología SAF para producir piezas para la industria aeroespacial, incluyendo plantillas de fabricación, accesorios, utillaje y piezas de producción. 3D Composites optó por el nailon PA12 por su rigidez, resolución de detalles y resistencia. La tecnología SAF permitió una producción de gran volumen con una calidad constante, reduciendo el coste por pieza y los plazos de entrega, lo que permitió a la empresa cumplir con los ajustados plazos de producción.
La tecnología SAF es conocida por su alta repetibilidad y su bajo coste por pieza. Se pueden imprimir cientos de piezas en una sola sesión de 12 horas, lo que permite alcanzar volúmenes de fabricación anuales de decenas de miles de unidades; esto, junto con sus excelentes especificaciones de resistencia, la hace especialmente adecuada para la producción de volúmenes medios a altos.
No se recomienda la tecnología SAF para aplicaciones que requieran un acabado muy liso. En esos casos, puede ser mejor optar por una solución PolyJet, SLA o P3 DLP.
Las impresoras P3 DLP son conocidas por su excepcional combinación de excelente resistencia y rendimiento del material, junto con un acabado superficial y una precisión excepcionales. Esto las hace perfectas para ayudas a la producción y otros tipos de fabricación de bajo volumen, en los que las piezas deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar el uso diario, al tiempo que requieren un alto nivel de acabado superficial y precisión.
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Material |
Resistencia al impacto (J/m) |
Alargamiento a la rotura (%) |
Resistencia a la tracción (MPa) |
Temperatura de deformación bajo carga (HDT) a 66 psi (°C) |
|
LOCTITE® 3D 3172 |
73 |
105 |
39 |
51 |
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LOCTITE 3D 3843™ |
53 |
43 |
51 |
63 |
|
LOCTITE 3D IND405™ |
51 |
101 |
45 |
53 |
|
DURA5™6 |
55 |
78 |
42 |
52 |
Podemos saltarnos la sección de «cuándo utilizarlo», ya que funciona tan bien en tantos casos que, en realidad, es más sencillo decir cuándo no utilizarlo. Básicamente, solo hay dos ámbitos en los que el P3 DLP no rinde al máximo:
Una vez que tenga una idea clara de qué tecnología de impresión 3D se adapta mejor a sus necesidades, aún le queda la tarea de seleccionar el material adecuado para la fabricación aditiva. Debe tener en cuenta las diversas propiedades del material:
Si alguna vez sientes curiosidad por las posibles especificaciones de los materiales para tu próximo proyecto, puedo darte dos sencillos consejos:
