Introducción a los plásticos en FDM

Las impresoras 3D con tecnología FDM (Fused Deposition Modeling) o FFF (fused filament fabrication) utilizan un plástico que funden para depositarlo en el lugar preciso, y así, capa sobre capa, construyen un modelo en tres dimensiones.

 

Pero, ¿puede ser cualquier plástico?

 

En términos sencillos, los plásticos se dividen en dos. Los termorígidosy los termoplásticos (que son los que nos interesan).

Los primeros no se ven afectados por la acción de la temperatura. Si se calientan demasiado, se degradan. Ejemplos de estos son la baquelita de las asas de las ollas y las resinas epoxi.

Los termoplásticos, si se someten a temperatura suficientemente alta, se ablandan. Si los calentamos más, fluyen, y al enfriarse solidifican nuevamente. Esta cualidad los hace perfectos para nuestro propósito. Es un proceso reversible, es decir, si al material solidificado volvemos a calentarlo, volverá a fundirse. De hecho, a nuestra planta llega el polímero en estado sólido, se funde para fabricar el filamento, y luego la impresora vuelve fundirlo para moldear la pieza.

Sabemos entonces, que los polímeros aptos para las impresoras FDM son los termoplásticos.

 

¿Por qué los termoplásticos se ablandan con la temperatura?

Para entender esto, imaginemos que nuestro material plástico es como un plato de spaghetti. Cada fideo, es una cadena polimérica. Un polímero es una cadena de muchas moléculas unidas fuertemente. A estas uniones las llamamos enlaces primarios. Los enlaces secundarios, son más débiles, y son aquellos que vinculan entre sí a las cadenas, los que mantienen a nuestros fideos como una masa sólida. Al calentar el plástico, vencemos estos enlaces secundarios, y el polímero fluye.

Las cadenas poliméricas son larguísimas, pueden tener hasta un millón de unidades. El largo de la cadena determina el peso molecular del polímero. A más alto peso molecular, más difícil resultará su movimiento. Es por ello, que para un mismo plástico, hay distintos pesos moleculares, con distintas características. Dependiendo de cómo vaya a procesarse, y el uso que vaya a dársele, se elige el más conveniente.

 

¿Qué tipos de termoplásticos se utilizan en las impresoras 3D FDM?

Los más utilizados son el ABS y el PLA. El primero es derivado del petróleo y es la sinergia de 3 polímeros distintos (Acrilonitrilo, Butadieno y Estireno).

El PLA es de origen vegetal, se obtiene del maíz, mandioca, etc. PLA significa Ácido poliláctico (por sus siglas en inglés).

 

Soporte de motor modificado, impreso en ABS

                                        

Otros utilizados son el poliuretano termoplástico (flexible), nylon, policarbonato, HIPS, etc.

 

Pero, ¿por qué se usan tantos plásticos en impresión 3D? ¿No sería mejor usar uno solo?

Bueno, eso sería muy práctico. Existen diversos tipos de plásticos porque tienen características diferentes. Las características más importantes a la hora de elegir qué plástico usar son las siguientes:

 

-Compatibilidad con nuestra impresora 3D

-Resistencia mecánica

-Resistencia a la temperatura

-Facilidad de uso

-Variantes

 

Analicemos un poco cada una:

 

Compatibilidad con nuestra máquina

De más está decir que podemos encontrar el plástico que consideramos más adecuado, pero si las condiciones de impresión no son soportadas por nuestra máquina, no podremos elegirlo por el momento.

Por ejemplo, casi todas las impresoras 3D del mercado funcionan bien con PLA. No necesita el uso de cama caliente y la temperatura de hotend es baja comparada con el resto de los plásticos. El ABS por su parte, necesita cama caliente para no despegarse durante la impresión y minimizar el warping. El flexible por su parte, necesita de un extrusor de determinadas características para no enredarse y bloquearse en el mecanismo de tracción.

 

Resistencia mecánica

Si el modelo que vamos a imprimir debe estar sometido a esfuerzos mecánicos, como engranajes, partes de máquinas y prototipos funcionales, no se recomienda el uso de PLA, ya que es frágil. El ABS en cambio es más flexible y mucho más resistente al impacto. Otros materiales resistentes son el PLA MAX®, el PC/ABS y el HIPS. Por su parte el Flexible (TPU) es muy resistente al desgarro y a la abrasión.

 

Resistencia a la temperatura

Debemos tener en cuenta esta variable cuando la pieza va a estar expuesta al sol o condiciones de alta temperatura. Por ejemplo, el PLA comienza a ablandarse a los 60°C, por lo que tenemos que tomar en cuenta esta limitación. El PC/ABS por su parte, soporta bajo carga hasta 130°C. Un PLA desarrollado en 2016, el PLA 3D850, soporta entre 80 y 90°C (luego de un tratamiento térmico). PrintaLot® lo fabrica bajo la marca PLA 3Di®.

 

Facilidad de uso

Acá es donde el PLA se lleva los laureles, ya que es el material indicado para principiantes y uso hogareño. No necesita cama caliente, se pega muy bien a ella y no se delamina. Como dijimos, es el más compatible con todas las impresoras, por lo que es el material más popular.

El PC/ABS en este sentido está en la vereda opuesta, requiere temperaturas de impresión del orden de los 260°C y cama a 120°C. Su tendencia a la delaminación y al warping es mayor, por lo que se necesita tener experiencia a la hora de elegir la geometría y los parámetros de impresión.

 

Variantes

Otro campo en el que el PLA gana. Si bien existe una gran variedad de colores en ABS, el PLA está más desarrollado. Podemos encontrar filamentos de muchos colores, traslúcidos, con madera, metales, etc.

Gran variedad de colores en PLA

 

Es importante entonces elegir el material más adecuado de acuerdo a lo que vayamos a imprimir, nuestra experiencia en la impresión 3D y las limitaciones de nuestra máquina.  Nuestro presupuesto también es una variable a tener en cuenta.

Hay diferencia en el valor de cada plástico y también entre marcas. No todos los fabricantes ofrecen la misma calidad, soporte o datos técnicos. Tener en cuenta esta variable ya que muchas veces, lo barato puede salirnos muy caro.

 

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Introducción a los plásticos en FDM por Mariano Scian se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.