Materiales de impresion 3D
Ante la inminente masificación de la tecnología de impresión 3D en el mercado, cientos de empresas en todo el mundo centraron sus esfuerzos en la parte de los consumibles de estos maravillosos equipos tecnológicos. Y es que, en tan sólo 10 años, los equipos de impresión 3D de escritorio pasaron de fabricar piezas en plásticos sencillos como PLA o ABS a elaborar complejas partes en polímeros de ingeniería avanzados.
Cuatro de estos materiales de impresion 3D han marcado un hito en la forma en cómo empleamos nuestras impresoras 3D de escritorio que se convirtieron de una afición a abordar problemas complejos y de ingeniería en nuestros hogares u oficinas.
ASA
Fue en la década pasada que miles de personas aficionadas al diseño descargaban archivos de plataformas como thingiverse, no obstante, al utilizar el PLA se dieron cuenta que al usarse en aplicaciones al exterior no soportaba las inclemencias del sol, la humedad y el frío. Fue ahí cuando se optó por usar ABS, sin embargo, nuevamente representó un momento de inicio de una serie de dificultades que se asocia con la palabra “warping”. Y es que las horas invertidas en averiguar los parámetros y condiciones que hasta la fecha a más de uno nos hace repensar mil veces antes de imprimir un objeto grande y denso de este material.
El ASA (Acrilonitrilo Estireno Acrilato) fue un material que evolucionó del ABS y que además de que mejoró sus propiedades al imprimir, fue una excelente opción para aplicaciones totalmente al aire libre. Sus características al soportar los rayos ultravioletas y la humedad lo hicieron un candidato perfecto para partes automotrices, piezas para sensores o carcasas, para sistemas al exterior de la casa o las fábricas. Además, redujo significativamente el problema de warping en piezas grandes, por lo que se facilita un poco más el uso de este material en las impresoras 3D.
Poliamidas
La Poliamida, mejor conocida como Nylon ha sido uno de los materiales de impresion 3d más prometedores para utilizarse en la impresión 3D de escritorio. Es un polímero que se desarrolló en los años 1930´s y que a lo largo de la historia se empleó en muchísimas aplicaciones de la industria, desde el textil hasta la manufactura. Su uso en las impresoras 3D se perfeccionó a lo largo de la década pasada y a partir de 2019 el uso y la perfección se extendieron de manera considerable. No obstante, es un material sumamente complejo de imprimir dado que en ocasiones por la naturaleza del material no se pueden adherir las capas consigo mismas, por lo que la fórmula tuvo que ser modificada en repetidas ocasiones.
Debido a la problemática inherente del material, que se manifiesta en una tendencia a encorvarse o retorcerse principalmente en piezas grandes, se le agregaron algunos aditivos que aumentaron sus propiedades mecánicas, como la fibra de carbono y la fibra de vidrio, las cuáles se añaden en proporciones del 5% al 20%. El resultado son piezas sumamente rígidas y que adquieren una resistencia al calor mayor que los materiales de impresion 3D de escritorio.
Gracias a este material se ha logrado desarrollar el diseño de herramental para la industria de la manufactura (automotriz, aeroespacial, metalmecánica, etc.), como jigs y fixtures que son más ligeros que el aluminio y que tienen una resistencia suficiente para tareas demandantes en donde la precisión y los rápidos cambios en los diseños del herramental son necesarios. Por este motivo, es que este material ha sido el favorito a la hora de crear productos en el ámbito comercial para piezas de uso final, como porta celulares, accesorios para la bicicleta, coples, engranes, entre otros.
Materiales Flexibles
Cuando la empresa Ninjatek lanzó al mercado su famoso material ninjaflex a finales de 2013 hubo una explosión de usuarios que comenzaron a experimentar con este tipo de materiales haciendo que muchas empresas comenzaran a sacar sus propias líneas de productos flexibles. Sin embargo, las impresoras de escritorio amateurs se vieron en la necesidad de adaptarse a este tipo de sumamente complejos al imprimir. Los extrusores en un principio no estaban diseñados para materiales semiflexibles o flexibles por lo que varios usuarios desarrollaron sus propias soluciones y fue muy común que compartieran sus soluciones en páginas famosas como thingiverse o foros de impresión 3D.
El problema más común fue que el material al no tener sustentación propia o rigidez se enredaba en el espacio del engrane del extrusor en el caso del extrusor directo, por lo que se diseñaron piezas que se agregaban en el espacio entre el engrane y las paredes del extrusor para reducir la flexión del material y la probabilidad de que se enredara o perdiera empuje.
En el caso del extrusor a distancia había que cambiar el tubo de extrusión por uno más cerrado. Uno de los más famosos fue el que elaboró la marca Capricorn, el cual eliminaba el gap que existía entre el interior del tubo y el filamento, por lo que simplemente se redujo el diámetro interior del tubo para que no existiera probabilidad de que se flexionara el filamento dentro del tubo.
En la actualidad las impresoras de escritorio tienen incluso boquillas especiales para los materiales termoplásticos y diseños que hacen más fácil imprimirlos. También ha ayudado que la calidad, es muchísimo mejor dado que en la actualidad existe una diversidad de fabricantes en filamentos.
Los materiales flexibles se dividen principalmente en dos segmentos:
los termoplásticos poliuretanos (TPU) y los termoplásticos elastómeros (TPE). Ambos tienen características distintas que los hacen específicos para ciertas aplicaciones. Sin embargo, el principal factor para tener en cuenta es su dureza de orilla que le otorga la característica de ser más o menos flexible. Con esta característica los diseñadores y makers han desarrollado productos propios como suelas para zapatos, grips para manubrios, fundas de celulares o incluso piezas para órtesis o tratamientos de salud esquelética o muscular.
Materiales conductivos
Aunque algunos de estos materiales en esencia son a basej de PLA, ABS o TPU, no es de menos incluirlos en nuestra lista de materiales de impresion 3D avanzados para los usuarios de impresión 3D de escritorio. Este tipo de materiales aparecieron a mediados de la década pasada y fueron un parteaguas para la creación de objetos conductivos que dieron vida a proyectos increíbles, desde tarjetas electrónicas, sensores touch, sistemas leds entre otros. A diferencia de otros materiales no es la complejidad de imprimir sino la oportunidad de abrir nuevas capacidades de desarrollo a un bajo presupuesto para crear diseños electrónicos o algún otro tipo de sistema que requiera conductividad eléctrica, los cuáles se creaba hasta entonces con técnicas como el grabado CNC o el circuito impreso.
Cabe señalar que la conductividad eléctrica de estos materiales es limitada y no es igual a un material conductivo metálico. Para comparar un material con otro se puede medir su resistividad, expresado en Ω⋅cm (ohms por centímetro). La resistividad media de los filamentos conductivos varía entre 20 Ω⋅cm a 0.006 Ω⋅cm. Entre más bajo el valor menos resistividad y más conductividad. Para ponerlo en contexto el cobre tiene una resistividad de 0.00000168 Ω⋅cm.
Conclusión
Como hemos visto, los materiales empleados en la impresión 3D se han convertido en fábricas pequeñas de soluciones complejas para áreas avanzadas desde la industria hasta la medicina. Evidentemente hay muchísimos más materiales que se venden para impresión 3D muy novedosos, como los plásticos retardantes de las llamas, los que soportan condiciones extremas de frío y calor, o los materiales para uso alimenticio o dental (el cuál será tema para todo un artículo completo) sin embargo esta nueva década en la que nos encontramos veremos una nueva familia de desarrollos en el área de polímeros que ha visto crecer un nicho de mercado con un auge enorme y que son los polímeros para impresoras 3D de escritorio.
Tal vez no muy adelante veamos aplicaciones más complejas e increíbles, pero sin duda ha sido la apertura de la competencia entre las empresas la que ha hecho posible este avance tan grande en un lapso tan pequeño.
Déjame tus comentarios acerca de otros materiales asombrosos o de tu experiencia en este tema.
Artículo creado por Yarvick Loera de Cad Surfer.
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