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Jun 22, 2023

Estos son los materiales de impresión 3D más importantes

Proveedores relacionados Con la creciente popularidad y el avance de 3D

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Con la creciente popularidad y el avance de la impresión 3D, la necesidad de materiales especializados crece en consecuencia. Este artículo ofrece una descripción general de los plásticos, metales y otros materiales más importantes que se utilizan en la impresión 3D.

Hoy en día, se utiliza en la industria una amplia gama de diferentes materiales de impresión 3D. Además de los plásticos, los metales son cada vez más populares. Estos materiales metálicos se utilizan en el campo de la fabricación aditiva para la producción de herramientas de fabricación (rapid tooling) o para componentes finales (rapid manufacturing), entre otros. Sin embargo, la mayoría de los usuarios industriales y privados todavía usan plásticos para la impresión 3D. Durante mucho tiempo, la impresión 3D de plástico se utilizó principalmente para la producción de prototipos y modelos. Ahora, sin embargo, los componentes finales y los productos completos se crean cada vez más por medio de polímeros procesados ​​de forma aditiva.

Sin embargo, a la sombra de los materiales poliméricos y metálicos, otros materiales de impresión 3D también están encontrando cada vez más nuevas áreas de aplicación. Estos incluyen arena, cerámica, vidrio y hormigón. Los materiales de arena están ganando cada vez más importancia en el campo de la fabricación de moldes industriales: muchas fundiciones ahora producen sus moldes con la ayuda de impresoras de arena 3D. La impresión 3D de hormigón también ha experimentado un rápido desarrollo técnico en los últimos años. En 2020, por ejemplo, se construyó con hormigón el primer edificio residencial impreso en 3D en Alemania.

Se utilizan los siguientes materiales:

PLA (polilactida)

El PLA es uno de los materiales de impresión 3D más populares. Es un polímero sintético, que pertenece a la categoría de los poliésteres. Dado que el PLA se obtiene de fuentes regenerativas, por ejemplo, almidón de maíz, es biocompatible y reciclable.

En comparación con otros polímeros como el ABS, el PLA se puede procesar a una temperatura de fusión baja de solo 70 °C. Esto hace que el material sea interesante también para los usuarios aficionados. Además, el PLA generalmente permanece dimensionalmente estable durante el proceso de enfriamiento y hay poca deformación. Tanto los usuarios profesionales como los privados también se benefician del hecho de que el PLA imprimible ahora está disponible en una gran cantidad de colores. Sin embargo, el PLA no se puede usar para componentes sometidos a grandes esfuerzos porque no puede soportar cargas pesadas ni calor.

Además del PLA, se están desarrollando o ya están disponibles otros polímeros biodegradables.

ABS (acrilonitrilo butadieno estireno)

Además del PLA, el ABS es uno de los materiales plásticos más utilizados en la impresión 3D. Este polímero sintético está hecho de acrilonitrilo, 1,3 butadieno y estireno. Algunas de las mayores ventajas del ABS son su rigidez, dureza y resistencia que se pueden lograr con él. Por lo tanto, es adecuado para fabricar tanto productos finales como prototipos.

Sin embargo, su resistencia a la intemperie no es particularmente buena, pero aún mejor que la del PLA. Además, el ABS es relativamente económico y está disponible en muchos colores. Sin embargo, especialmente para los usuarios aficionados, el material tiene una desventaja decisiva: el ABS se imprime a temperaturas entre 220 y 250 °C. Por lo tanto, se recomienda utilizar una sala de impresión o cama de impresión con calefacción. Esta es la única forma de garantizar que los componentes puedan enfriarse de manera controlada, lo que evita la deformación.

PEEK (Polieteretherkton)

PEEK es un polímero sintético del grupo de los poliéter éteres. Con él, es posible producir componentes altamente elásticos que también son resistentes a la temperatura. También es biocompatible y resistente a los productos químicos. PEEK es aproximadamente un 70 % más ligero que los metales con propiedades similares, pero ofrece una estabilidad térmica y mecánica comparable. Estas propiedades lo convierten en un material popular en las industrias automotriz, química y aeroespacial. Dado que PEEK tiene una temperatura de procesamiento de 360 ​​a 380 °C, generalmente no es adecuado para usuarios aficionados. Esta alta temperatura también requiere una cámara de construcción calentada en la que las piezas puedan enfriarse de forma controlada.

HIPS (poliestireno de alto impacto)

Este polímero termoplástico se produce al polimerizar polibutadieno en poliesterol. HIPS posee una dureza y resistencia al impacto muy altas, lo que lo distingue de materiales como el ABS. Probablemente, la propiedad más importante de HIPS es su solubilidad en algunos productos químicos, y el limoneno se usa a menudo en la industria. Debido a esta solubilidad, es particularmente adecuado como material de soporte para otros polímeros. Dado que no se elimina mecánicamente sino químicamente, es más fácil cumplir con las estrictas tolerancias de los componentes finales.

PA (nailon/poliamida)

El nailon se desarrolló originalmente como sustituto de la seda. Tiene una alta resistencia a la tracción, no es tóxico y se funde a unos 250 °C. El uso de nailon en la impresión 3D es todavía relativamente nuevo. Sin embargo, se está volviendo cada vez más popular porque los objetos impresos que produce son fuertes y resistentes a los daños. Debido a que se usa ampliamente en otras industrias, es económico y no se dañará con la mayoría de los productos químicos comunes.

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El nylon requiere temperaturas más altas de alrededor de 250 °C, que es más de lo que muchos impresores aficionados pueden manejar. También es más difícil conseguir que el nailon se adhiera a la cama de impresión que el ABS o el PLA. Por lo general, requiere una cama de impresión calentada y pegamento blanco para adherirse durante la impresión.

PET (tereftalato de polietileno)

Mucha gente está familiarizada con el PET en forma de botellas de bebidas. Una de las principales ventajas del material es que es seguro para el contacto con los alimentos y se puede utilizar para envasar. Además, no se producen vapores durante el proceso de fusión que requerirían una cámara de construcción cerrada. Dado que no se necesita una cámara de construcción calentada, el PET es particularmente popular entre los usuarios privados de impresión 3D. Además, el PET es relativamente robusto y se mantiene flexible al mismo tiempo. Por lo tanto, es ideal para usuarios aficionados que imprimen dispositivos o artículos cotidianos.

Perspectivas 3D

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PETG (PET con glicol)

PETG es PET modificado con glicol. Esta modificación permite conseguir una alta transparencia del material. Además, las propiedades de impresión mejoran mediante la adición de glicol. Por lo tanto, se puede lograr una temperatura de fusión más baja así como una menor cristalización. Además, el PETG se puede extruir más rápidamente debido a su menor viscosidad (tenacidad) en comparación con el PET. Dado que PETG es resistente a la intemperie, a menudo se usa para jarrones o muebles y equipos de jardín.

Se utilizan los siguientes metales:

Aluminio

Las aleaciones de aluminio combinan una buena resistencia y propiedades térmicas con un bajo peso y opciones de acabado flexibles. Por estas razones, este material es ampliamente utilizado en la industria automotriz y aeroespacial. Las aplicaciones incluyen carcasas, conductos de aire, piezas de motores, herramientas de producción y moldes, tanto para prototipos como para componentes finales. Porsche y Mahle están demostrando el rendimiento del material: por primera vez se utilizan pistones de aluminio de alto rendimiento fabricados de forma aditiva en este Porsche 911 GT2 RS. Con 730 hp, es uno de los vehículos más potentes que jamás haya construido Porsche.

Titanio

El titanio es una de las aleaciones más conocidas en la impresión 3D de metales. Combina excelentes propiedades mecánicas con un peso específico muy bajo. Este material es resistente a la corrosión y se utiliza en una variedad de entornos técnicos exigentes, como el aeroespacial. Las aplicaciones incluyen prototipos funcionales, piezas sólidas de uso final, dispositivos médicos y repuestos.

Acero inoxidable

Las aleaciones de acero inoxidable son bajas en carbono y extremadamente resistentes a la corrosión. Además, los componentes de acero inoxidable ofrecen una excelente resistencia. El acero inoxidable impreso en 3D también tiene una alta ductilidad y buenas propiedades térmicas. El acero inoxidable se puede utilizar para aplicaciones seguras para alimentos, componentes de máquinas y herramientas de producción. Otras aplicaciones incluyen tuberías, prototipos duraderos, piezas de repuesto, instrumentos médicos y dispositivos portátiles.

Se utilizan los siguientes materiales:

Cerámica

En principio, la cerámica es adecuada como material de impresión 3D porque se puede procesar en estado líquido en prácticamente cualquier geometría y forma. Por ahora, la tecnología de impresión 3D que utiliza cerámica puede producir objetos impresos en 3D sin grandes poros ni grietas. Los componentes cerámicos se caracterizan por su alta resistencia, durabilidad y resistencia al fuego. Hoy en día, los materiales cerámicos de impresión 3D se utilizan en las industrias dental y aeroespacial. La principal aplicación es para implantes dentales.

Arena

La fabricación aditiva de machos y moldes de arena ha atraído la atención de muchas fundiciones en los últimos años porque el proceso tiene la capacidad única de formar machos que no serían posibles con las técnicas convencionales de fabricación de machos. Esto se realiza mediante un proceso conocido como "lanzamiento de aglutinante": se aplica a un sustrato una resina reactiva, generalmente un aglutinante a base de alcohol furfurílico (FA) formulado para la aplicación. Por lo general, el sustrato es una arena de cuarzo que se ha tratado previamente con un catalizador ácido, pero también puede ser una gama de otros agregados utilizados en la fundición de metales, como el zircón y la cerámica sintética. De esta manera, se crea un molde capa por capa.

La fabricación de machos y moldes con arena tiene algunas ventajas claras: la complejidad de la pieza de una fundición puede ser mucho mayor que en la fundición típica en arena, ya que la necesidad de distorsión y líneas de separación se reduce considerablemente; se pueden crear moldes más complejos; se pueden combinar múltiples núcleos en uno; y varias geometrías de núcleo diferentes se pueden combinar en el volumen modular.

Fabricación aditiva

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Concreto

La impresión 3D con concreto funciona de manera similar a la impresión 3D de filamentos. Sin embargo, en lugar de una bobina de filamento, se extruye hormigón. En teoría, se puede utilizar hormigón o mortero estándar. Sin embargo, para proyectos de construcción más grandes, es mejor utilizar materiales especialmente desarrollados para la impresión 3D de hormigón. Para la construcción de las primeras casas impresas en 3D, por ejemplo, se utilizó I.Tech3D de Heidelberg Cement. Este es un mortero seco listo para usar que ha sido optimizado para la impresión 3D. El material contiene componentes minerales y aditivos que deberían permitir que se bombee fácilmente al cabezal de impresión mientras permanece dimensionalmente estable después de la extrusión.

Vaso

Hacer objetos de vidrio usando un proceso de impresión 3D no es fácil. Solo unos pocos grupos de investigación en todo el mundo han intentado producir vidrio mediante procesos aditivos. Algunos de ellos crearon objetos mediante la impresión de vidrio fundido. Esto tiene la desventaja de requerir temperaturas muy altas y equipo resistente al calor. Otros utilizaron partículas de cerámica en polvo que podían imprimirse a temperatura ambiente y luego se sinterizaban en vidrio. Sin embargo, la complejidad de los objetos hechos con ellos ha sido bastante baja hasta ahora.

Los investigadores de ETH Zurich lograron en 2019 desarrollar una resina especial que se puede procesar en impresoras SLA disponibles comercialmente. La impresión SLA permite producir estructuras muy complejas y finas. Una vez que una pieza se ha curado, se hornea a dos temperaturas diferentes. Esto eventualmente condensa los objetos en vidrio.

Los compuestos con una versatilidad excepcional, peso ligero y propiedades personalizadas se utilizan a menudo en industrias de alto rendimiento. Ejemplos de compuestos son los compuestos de polímero reforzado con fibra de carbono y los compuestos de polímero reforzado con fibra de vidrio. Las estructuras compuestas de polímeros reforzados con fibra de carbono se utilizan en la industria aeroespacial debido a su alta rigidez específica, resistencia, buena resistencia a la corrosión y comportamiento favorable a la fatiga. Al mismo tiempo, los compuestos poliméricos reforzados con fibra de vidrio se utilizan ampliamente para diversas aplicaciones en la impresión 3D y tienen un gran potencial de aplicación debido a su rentabilidad y rendimiento. Estos materiales presentan una alta conductividad térmica y un coeficiente de expansión térmica relativamente bajo. Además, las fibras de vidrio no pueden quemarse y no se ven afectadas por las temperaturas de curado en los procesos de fabricación, lo que las hace muy adecuadas para su uso en aplicaciones de impresión 3D.

Este artículo se publicó por primera vez en Mission Additive

(DNI:47187237)