Impresión 3D de polímeros: aplicaciones y selección de materiales

La manufactura aditiva, o impresión 3D, es una tecnología que conjunta diversos métodos de fabricación de partes plásticas y metálicas mediante la deposición de capas de material.

La tecnología ha existido desde los años ochenta. Sin embargo, hasta hace unos años, la tecnología comenzó a tener una masificación y adopción en diversas industrias.

Principalmente la adopción que ha tenido esta tecnología, ha sido en el área de plásticos. Se estima que aproximadamente el 70 % de las piezas impresas en 3D en el mundo son fabricadas con polímeros. Y dichas fabricaciones tienen una gran variedad de aplicaciones, desde un modelo para validación hasta piezas de alta resistencia que pueden ser utilizadas en aviones, vehículos o cualquier otro dispositivo de uso final.

En este artículo comparto información relevante sobre los plásticos en el mundo de la impresión 3D, para revisar sus ventajas, sus aplicaciones, su similitud con los materiales de inyección de plástico y sobre todo cómo elegir el siguiente material para su proyecto de impresión 3D.

Tipos de plásticos usados en impresión 3D

Hay una gran variedad de plásticos que son utilizados en la tecnología de impresión 3D, muchos de ellos incluso, son los mismos materiales que se utilizan para inyectar cualquier tipo de pieza plástica. Otros materiales disponibles son simulaciones químicas de los plásticos que comúnmente conocemos.

Los principales plásticos utilizados en la impresión 3D son:

• Plásticos comunes. ABS, PLA y PET-g son los más utilizados en la impresión 3D de “entry-level” y permiten fabricar piezas económicas y rápidas.
• Plásticos de ingeniería. Policarbonato, ASA, PC/ABS, TPU y TPE, Polipropileno, entre otros, permiten aplicaciones de alta resistencia y uso final.
• Poliamidas. Grupo de materiales centrados en Nylon con variantes 6, 11 y 12. Ideales para aplicaciones de uso final y fabricación de cientos o miles de piezas.
• Plásticos de alto performance. Son plásticos que permiten aplicaciones de alta resistencia mecánica o temperatura tales como el Antero, Ultem, PEEK o PEK.
• Resinas foto curables (fotopolímeros). De nombres diversos, pero de características que simulan polipropileno, poliestirenos de alto impacto, ABS y otros materiales convencionales. Permiten fabricar piezas transparentes, de gran tamaño y excelente acabado visual e incluso flexibles como caucho.

Cada uno de estos plásticos existe en diferentes presentaciones a manera de materia prima, que dependiendo de la tecnología de impresión 3D que se utilice, puede variar entre filamento, polvo, líquido e incluso en forma de pellet.

Algunos de los plásticos y materiales son reforzados por componentes minerales o fibras para darles una mayor resistencia o cualidades físicas. Algunos de estos ejemplos son ABS o Nylon, reforzados con fibra de carbono o cargas minerales para mayor resistencia mecánica, nylon reforzado con partículas de aluminio para una mayor dureza y resistencia térmica e incluso materiales reforzados con carbón para antiestática (ESD7).

Equivalencias de materiales en impresión 3D

A pesar de existir una gran variedad de materiales plásticos para impresión 3D, aún no existen, o aún no son estables, todos los materiales plásticos o poliméricos utilizados en la inyección o el mecanizado.

Cuando me refiero a que no son estables, es porque dichos materiales son de reciente creación y se encuentran en un proceso de maduración y aprendizaje para los usuarios.

Dichos materiales, como por ejemplo el Acetal (POM), PP, pueden fabricar piezas bajo ciertos limitantes de forma o tamaño, ya que presentan deformaciones al momento de ser fabricados y no cumplen con los requerimientos de calidad en forma, precisión o resistencia esperados. Pero sin duda, pronto lo lograrán.

Algunos ejemplos de equivalencias que pueden funcionar para encontrar un sustituto a un material de inyección son:

¿Cómo elegir el material de impresión 3D?

Elegir el material de impresión 3D para la fabricación de una pieza puede sonar sencillo. Sin embargo, una mala elección de material termina afectando por completo el funcionamiento de la pieza fabricada y el éxito del proyecto.

Es por esto que es tan importante elegir el mejor material que se adecúe a las expectativas del funcionamiento o lo que se espera lograr con la pieza fabricada.

Los factores principales que se tienen que considerar al elegir un material para manufactura aditiva son su resistencia mecánica, su comportamiento físico, su resistencia a la temperatura, el acabado visual que se quiere lograr y algunos otros factores.

Al igual es importante conocer los alcances y las limitantes de cada uno de los materiales para que al terminar de fabricar el objeto se tenga una pieza realmente útil para la aplicación que se está esperando. Por ejemplo, algunos materiales como el Ultem o Nylon CF serán muy resistentes, pero no tendrán el mejor acabado visual como una resina. Otro ejemplo es una pieza fabricada con resina, puede ser resistente, funcional, pero en altas temperaturas no se comportaría de forma adecuada.

Adicionalmente, una vez seleccionado el material, es importante elegir la tecnología de manufactura que mejor pueda fabricar esa pieza de manera resistente, eficiente y sobre todo funcional para las expectativas que se tienen.

Futuro de los materiales plásticos

Año con año, el desarrollo y ciencia de materiales para impresión 3D avanza. El 2020 fue un año de lanzamiento de materiales esperados como el polipropileno, Teflón y otros materiales de alta resistencia.

Los avances de materiales son lo que permiten ir adoptando más aplicaciones y extender el valor de la tecnología 3D alrededor del mundo. Compañías como BASF, DOW, Henkel, GKN, 3M y otras, apuestan fuerte por el desarrollo de materiales en el campo de polvos y resinas, con la finalidad de mejorar las condiciones físicas de los materiales y sobre todo, expandir los límites de resistencia.

Un ejemplo de esto es la resina Loctite 3955 de alta resistencia a flama (temperatura) y gran resistencia mecánica como la desarrollada por Henkel para aplicaciones aeroespaciales:

Video: https://youtu.be/zXGInBMEhKE

Y así como estos ejemplos, continuaremos viendo materiales y desarrollos que permitan expandir el uso de la manufactura aditiva en el mundo de las piezas plásticas de uso final.

¿La impresión 3D va a sustituir a la inyección de plástico?

Con esta información y viendo los avances de la tecnología, surge esta duda constantemente y la respuesta corta es NO, pero sin duda será y es un gran complemento para la industria de la inyección de plástico que permite optimizar proyectos e incluso fabricar proyectos que antes no eran viables para inyección.