Comparación entre materiales para impresión 3D FDM.
Comparación entre los principales plásticos para impresión 3D FDM por las características materiales para que encuentre la mejor opción para el uso que decida darle. Materiales como: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (flexible) y PC.
Introducción
Elegir el tipo de material adecuado para imprimir un objeto determinado es cada vez más difícil, ya que en el mercado de impresión en 3D se ve la aparición regular de materiales drásticamente nuevos. En la impresión 3D tipo FDM, el PLA y el ABS han sido históricamente los polímeros más utilizados, pero su predominio inicial fue en su mayoría casual, por lo que no debería haber ningún obstáculo importante para que otros polímeros jueguen un papel clave en el futuro de la FDM. Ahora estamos viendo nuevos productos se hacen más populares, tanto polímeros puros como polímeros compuestos. En este estudio, nos centramos en los principales polímeros puros que existen actualmente en el mercado: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (flexible) y PC. Resumiremos las diferencias clave entre sus propiedades en los perfiles de instantáneas para que los usuarios puedan tomar una decisión rápida sobre el mejor polímero dependiendo del uso que vayan a darle.
Metodología
Los materiales se clasifican generalmente en 3 categorías: funcionamiento mecánico, calidad visual y proceso. En este caso, desglosaremos aún más estas categorías para dibujar una imagen más clara de las propiedades del polímero. La elección del material depende realmente de lo que el usuario desee imprimir, por lo que se enumeran los criterios de decisión clave necesarios para elegir un material (distinto del coste y la velocidad):
Facilidad de impresión (ease of printing): Qué tan fácil es imprimir un material: adherencia de la cama, velocidad máxima de la impresión, frecuencia de impresiones falladas, exactitud del flujo, facilidad a la hora de recargar la impresora, etc.
Calidad visual (visual quality): Qué tan bueno se ve el objeto acabado. Más información sobre cómo los probamos here.
Tensión máxima (Max stress): tensión máxima a la que el objeto puede enfrentarse antes de romperse al ser jalado lentamente.
Alargamiento en la rotura (elongation at break): longitud máxima a la que el objeto ha sido estirado antes de romperse.
Resistencia al impacto (impact resistance): Fuerza necesaria para romper un objeto con un impacto repentino.
Adherencia de la capa (isotropía, layer adhesion): Qué tan buena es la adherencia entre las capas de material. Está ligado a "isotropía" (uniformidad en todas las direcciones). Cuanto mejor sea la adherencia de la capa, más isotrópico será el objeto.
Resistencia térmica (heat resistance): temperatura máxima a la que el objeto puede sostener antes de ablandarse y deformarse.
También proporcionamos información adicional que no se muestra en el diagrama, por una de estas dos razones:
no son ni "buenos" ni "malos" en esencia; son sólo propiedades aptas para algunas aplicaciones y no para otras, como la rigidez.
No tenemos una buena evaluación cuantitativa de la misma, pero sabemos que es un factor importante, como la resistencia a la humedad o la toxicidad.
Resultados
Cada material ha sido clasificado usando los siguientes criterios en una escala de 1 (baja) a 5 (alta). Estos son los grados relativos para el proceso de la FDM (se verían muy diferentes si se tuvieran en cuenta otras tecnologías de fabricación). Utilizando los datos de Optimatter, los polímeros se han clasificado a lo largo de los diferentes criterios considerados:
Resultados de la investigación para los seis polímeros exhibidos en un gráfico. Puede solicitar sus piezas impresas en estos materiales:
PLA
PLA es el polímero más fácil de imprimir y proporciona una buena calidad visual. Es muy rígido y de hecho es bastante fuerte, pero es muy frágil. Nota: el Soft PLA o PLA para acabado cerámico tiene las mismas propiedades que el PLA y excelente terminación. El HTPLA y PLA Ingeo 3D870 tiene propiedades superiores al PLA en impacto y resistencia térmica.
Pros:
Material biológico, biodegradable.
Inodoro.
Puede ser post-procesado con papel de lija y pintado con acrílicos.
Buena resistencia a los rayos UV.
Contras:
Poca resistencia a la humedad.
No puede ser pegado con facilidad.
ABS
El ABS se escoge generalmente por encima del PLA cuando se requiere una resistencia más alta de la temperatura y una mayor dureza.
Pros:
Puede ser post-procesado con acetona para un acabado más brillante.
Puede ser post-procesado con papel de lija y acrílicos.
La acetona también puede ser utilizada como pega fuerte.
Buena resistencia a la abrasión.
Contras:
Sensible a los rayos UV.
Olorosa mientras se está imprimiendo.
Posibles emisiones elevadas de humo.
PET
PET es un polímero ligeramente más suave que está bien redondeado y posee propiedades adicionales bastante interesantes, con pocos inconvenientes importantes. Nota: el PETG es lo mismo material que el PET, solo que se le agrega una molécula para adaptar a los requerimientos de impresión 3D FDM.
Pros
Permiso sanitario (aprobado por la FDA).
Gran resistencia a la humedad.
Gran resistencia a los químicos.
Reciclable
Buena resistencia a la abrasión.
Puede ser post-procesado con papel de lija y acrílicos.
Facilidad para ser pegado.
Contras:
No posee.
Nylon
El nylon posee excelentes características mecánicas y tiene la particularidad de ser la mejor resistencia de impacto para un filamento no-flexible. La adherencia de la capa puede ser un problema, sin embargo.
Pros:
Buena resistencia a los químicos.
Contras:
Muy poca resistencia a la humedad.
Posibles emisiones elevadas de humo.
TPU
TPU se utiliza sobre todo para los trabajos flexibles, pero su resistencia frente a las pruebas de alto impacto puede prestarse para otros usos.
Pros:
Buena resistencia a la abrasión.
Buena resistencia a la gasolina y a la grasa.
Contras:
Dificultades para ser post-procesado.
No puede ser pegado con facilidad.
PC
El PC es el material más fuerte de todos, y puede ser una alternativa interesante frente al ABS pues las características son bastante familiares.
Pros:
Puede ser esterilizado.
Facilidad para ser post-procesado. (Sanding).
Contras:
Es sensible a los rayos UV.
Conclusión
Elegir el polímero adecuado es fundamental para utilizar las propiedades correctas para un trabajo impresa en 3D, especialmente si la pieza tiene un uso práctico. Este artículo ayudará a los usuarios a encontrar el material adecuado en función de las propiedades que necesitan. Sin embargo, los proveedores de material también suelen proporcionar mezclas o añadir aditivos para modificar las propiedades del polímero puro (por ejemplo, la adición de fibra de carbono para hacer el material más rígido). No estamos abordando estas formulaciones más complejas en este artículo, pero pueden encontrar datos sobre algunos de estos productos en nuestra herramienta de optimización en OptiMatter.
Disclaimer
Las calificaciones que se dan en este artículo son para un polímero promedio que representa la química general, pero el rendimiento variará dependiendo del producto o proveedor real que el usuario compre.
Todos los datos subyacentes a nuestros grados en este estudio fueron basados en 3D Matter, con la excepción de la resistencia térmica, para la cual utilizamos la temperatura de cristal dada por los surtidores múltiples del filamento.
Para las secciones llamadas "consideraciones adicionales", estamos utilizando una combinación de evaluaciones de terceras partes y nuestras propias observaciones.
El tipo de nylon que discutimos en este artículo es nylon 6, no nylon 11 o 12.
La calidad visual se prueba sin ningún post-procesamiento significativo. Hay maneras de alisar las impresiones y de mejorar la calidad visual de un polímero dado perceptiblemente (por ejemplo, usando el vapor de la acetona en ABS).
La toxicidad de los polímeros de impresión 3D todavía no está muy bien comprendida y es un factor que puede desempeñar un papel más importante en el futuro. Basamos nuestros comentarios en relación con la toxicidad en un estudio realizado por Azimi et al.[1].
[1] Azimi et al, emisiones de partículas ultrafinas y compuestos orgánicos volátiles de impresoras tridimensionales de sobremesa disponibles en el mercado con múltiples filamentos, Ciencia y tecnología ambiental, 2016
Un agradecimiento especial a 3D Matter por compartir esta investigación con nuestra comunidad.
