¿Que materiales existen para imprimir en FDM?

La tecnología FDM está adaptada desde el inicio al plástico. Y por ello en este artículo nos explayaremos hablando de ellos, que tipos hay y cómo utilizarlos. Y ahora mismo el suministro del plástico se ha adaptado a la impresión 3D FDM en forma de filamento en bobinas.  Y químicamente con fórmulas que facilitan la impresión FDM.

Bobinas de filament de plastico para impresión con FDM.

Pero el concepto se puede trasladar a otros materiales semifluidos, como podría ser pasta alimenticia, hormigón, o cerámica. Pero estos otros materiales, aunque tengan aplicaciones muy interesantes, necesitan un cabezal adaptado, son muy particulares, y no están tan popularizados.

Por lo que vamos a centrarnos en los materiales plasticos en bobina que puedes encontrar fácilmente para utilizar en una impresora comercial. Vamos a distinguirlos por su diámetro y su tipo de material.

 

Por diámetro de filamento : 

Se han estandarizado dos tipos de tamaño de filamento: el de diámetro 1.75mm y el de 2.85mm. Pero también encontramos bobinas de 3mm, que ya existían antes de la popularización de las impresoras. Luego Ultimaker creó su propio estándar en Ø2.85mm al que las compañías de filamento siguieron suministrando. En cambio en la Mendel (o la Prusa) se prefirió un diámetro menor del filamento con el Ø1.75mm, para reducir los requerimientos del extrusor y abaratar costes. Este último se ha popularizado mucho y por ello se encuentra mucho más barato que los demás. E incluso encontramos más variedad de materiales en este tamaño.

Ten en cuenta que muchas impresoras que utilizan Ø2.85 también pueden utilizar filamento de Ø3 mm indistintamente. Pero tienes que definirlo bien en el slicer o la cantidad de filamento expulsado no va a estar acorde. Además tienes que asegurarte que tu impresora de Ø2.85 mm puede soportar los 3 mm, ya que puede que la tolerancia en el cabezal le vaya demasiado justo.

Es importante, sobretodo en el de Ø2.85 mm que el desarrollo del material hacia el cabezal no esté forzado en ningún punto. Es decir: que no se cambie de dirección del hilo pronunciadamente, ni con ángulos ni giros bruscos.

Esto si se soluciona bien es incluso una ventaja para materiales flexibles pues son un poco más rígidos con un grueso mayor. Lo que facilita su uso incluso en sistemas bowden.

El filamento de 1.75 en cambio es menos exigente en cuanto al desarrollo hacia el cabezal, pero también es más sensible a la presión de agarre en el extrusor. Demasiada presión puede romperlo fácilmente. Demasiado poca y no va a agarrar nada. 

Además este filamento  tiene que moverse más rápido, lo que puede dar más fácilmente problemas si hay muchas retracciones o cambios bruscos. Pero es verdad que no necesita motores tan potentes, ni necesita reductora, ni estar engranado por dos lados. Simplificando las partes de la impresora. En cambio estas son mejoras bastante esenciales para utilizar filamentos de 2.85mm o 3mm.

Así ha quedado bastante establecido el filamento de 1.75mm para impresoras económicas, y el de 2.85mm para profesionales. Pero no es una regla escrita en piedra.

 

Considerar bien la calidad del material

Una parte importante del control de calidad de un material debe ser la constancia en el diámetro a lo largo del filamento, y sin deformaciones. Eso es importante para asegurar que el volumen de filamento que entra al cabezal es constante y previsible. Tampoco puede ser ovalado, ya que esto puede hacer que se encalle en algún punto o que el extrusor no lo agarre bien.

Durante el bobinado del filamento se debe asegurar que no se hagan nudos. Es muy molesto que el filamento quede pinzado sobre sí mismo al desenrollarse, ya que esto va a provocar seguro un fallo total de la impresión, y seguramente problemas en el extrusor por estar forzando el filamento que no puede salir de la bobina. 

También es esencial que el material no contenga impurezas ni suciedad. Ya que si entran pueden obturar fácilmente la boquilla o hacer que salga menos material del que debería.

Por todo esto concluyo: huye del material demasiado barato. Hay PLA que es muy barato, pero solo es apto para utilizarse con lápices extrusores.

 

Plásticos

 No se pueden imprimir todos los plásticos. Hay ciertos requisitos:

• El rango de temperatura entre cristalización y fluidez es mejor si es largo y constante. Es decir, el plástico al calentarse a una temperatura concreta y predecible debe poder formar un hilo, sin derramarse, al salir de la boquilla. Ni por otro lado quedar obstruido tapando la boquilla.
• El plástico debe volver a formar enlaces covalentes consigo mismo al enfriarse de nuevo. Es decir: este hilo debe pegarse al plástico de las capas inferiores y unirse como si fuera uno solo.

Eso en realidad acota bastante los tipos de plásticos que se pueden utilizar. Pero la ventaja de los plásticos es que químicamente son muy maleables y se pueden formular tipos específicos de un determinado plástico que faciliten su uso en impresoras 3D FDM.

Otro aspecto a tener en cuenta de los plásticos es sobre si se expanden y contraen mucho al cambiar de temperatura. Cuanto más estables más fáciles de imprimir. Los plásticos con más contracción van a dar problemas de deformaciones, o warping, durante la impresión.

Otra característica importante es si el plástico es muy higroscópico. Es decir, que absorbe fácilmente la humedad o no. Si lo hace, eso puede dar problemas en el cabezal, pues ese agua se va a evaporar de golpe al calentarse y va a tener que salir, provocando que la salida del material sea muy irregular. Dando como resultado un acabado muy tosco, e imposibilitando imprimir capas muy finas. Estos tipos de plástico deben guardarse en un compartimiento estanco, com un tupper, y tenerlo expuesto lo mínimo posible.

La temperatura de cristalización vuelve a ser importante una vez imprimida la pieza. Pues si es muy baja la pieza se va a deformar fácilmente a temperaturas comunes (inferiores a los 50º, o incluso a los 100º). Invalidando ese material para ciertos usos (dentro del coche en verano se puede llegar a los 50º, y el agua caliente puede llegar a los 100º).

Y por último y no menos importante es el precio y la disponibilidad. Aunque en realidad el coste del material suele ser la menor parte del coste de impresión. Sí que es un aspecto importante para valorar el uso de un material u otro.

 

Toxicidad e impacto ambiental

Referente a la toxicidad y contaminación por plásticos es importante ser consciente de eso, para tu propia salud, de tu entorno y del ecosistema. Pero desgraciadamente esto no se explica suficiente, y se venden materiales tóxicos que se usan inadecuadamente.

Hay muchos tipos de plástico. Algunos más tóxicos que otros. Uno de los peores componentes es el bisfenol-A. Ya que este se desprende cuando se calienta el material y se libera como gas. Estos humos de impresión son cancerígenos. Estos materiales deberías usarlos con cámara cerrada y ventilado con filtrado de partículas N95 o FFP3. Un ejemplo claro es el ABS.

Ten en cuenta también que muy pocos plásticos son aptos para utilizar para uso alimenticio. Y que los plásticos food-safe deberías utilizarlos a parte de los demás, o los objetos imprimidos pueden tener restos contaminantes igualmente. Incluso la boquilla de bronze puede dejar restos de estaño, por lo que necesitarás imprimir en boquillas de acero para evitarlo.

En cuanto a reducir la contaminación por plásticos es importante hacer un uso racional y mesurado. Ya que un objeto de plástico tarda a degradarse cientos de años, pero su uso suele ser de pocas horas o meses.

Muchos plásticos son reciclables, pero es importante identificarlos para no mezclarlos. Sería muy interesante que hubiera puntos de recogida de objetos y te dieran filamento a cambio. Pero eso no existe ya?!

Mención especial para el PLA. Que es un bioplástico, sí. Eso significa que no proviene de derivados del petróleo, pero no que se degrade fácilmente. Este requiere instalaciones industriales con ciertas condiciones para ser degradado, que no se dan en el entorno natural. Hay plásticos biodegradables similares, pero son realmente muy caros.

 

Cada material tiene sus particularidades para poder imprimirlo. Es importante sobretodo tener la superficie de impresión del material o el tratamiento adecuados.

 

Por tipo de material

• PLA: El material de impresión más básico y fácil de imprimir. Muy útil para el prototipado o piezas sin función mecánica.
• PLA con aditivos: El PLA puede cambiar su aspecto y características al añadirle aditivos. Si estos son sólidos (y por lo tanto abrasivos) se recomienda utilizarlos con boquillas de acero para evitar que la abrasión lo dañe.
  • Madera: Le da un aspecto natural. Incluso cambiando ligeramente la temperatura se obtienen diferentes tonos, pues la madera se oscurece a más temperatura.
  • Mármol: Le da un aspecto de piedra pómez a la pieza. Uso estético.
  • Cerámica: Le da un aspecto cerámico y le da un poco más de dureza, pero también lo hace más frágil.
  • Metal: Puede ser bronce, cobre, o acero, otorgándole ese acabado. Es muy recomendable lijar la pieza para darle brillo.
  • Fibra de carbono: Confiere al PLA muy buena capacidad mecánica.
  • PLA conductivo: Interesante si tienes impresión dual, pues puedes hacer circuitos integrados dentro de las piezas.
  • PLA foam: Lleva un agente esponjante que al calentarlo hace que se expanda. Muy complicado de ajustar el flow. Pero los objetos són ultra-lijeros. Ideal para aeromodelismo.
  • PLA de alta temperatura: Hay formulaciones especiales con un agente que cristaliza y endurece. Las piezas requieren un horneado posterior, pero esto hace que puedan aguantar temperaturas superiores a los 100º.
  • Colorantes especiales: Hay químicos que dan propiedades especiales al plástico, como los luminiscentes que brillan en la oscuridad, o los que cambian de color al mojarse. Estos plásticos no son abrasivos, por lo que con la boquilla de bronce tienes suficiente.
  • Formulaciones especiales: Esta parte tiene mucho potencial respecto al PLA. Puesto que están apareciendo formulaciones avanzadas que mejoran su resistencia a la temperatura y mejoran sus propiedades mecánicas.
• PETG: El plastico más usado en el mundo. Es muy estable químicamente, y apto para uso alimenticio. Aguanta más temperatura que el PLA, pero no es tan rígido, pero sí más resistente. Está entrando en la impresión 3D con fuerza. No es tan fácil como el PLA, pero tiene buena adhesión entre capas, que hace fácil que los objetos sean impermeables. No es tan rígido como el PLA, pero mucho más resistente.
• ABS: Material difícil de imprimir, y desprende humos tóxicos. No entiendo como aún es tan popular. Supongo que por las propiedades mecanicas y termicas respecto al precio.
• ASA: Con propiedades similares al ABS, pero sin (tantos) humos tóxicos y un poco más fácil de imprimir.
• Nylon: Muy resistente. Hay muchos tipos de durezas diferentes. Pero todos tienen propiedades mecánicas muy útiles. Pero es difícil de imprimir por su delaminación, y requiere un cabezal full-metal. Uno de mis preferidos.
• TPU, TPE, TPC : Son todos materiales flexible. Son casi imposibles de imprimir si la impresora no está preparada. Sacar objetos flexibles puede ser todo un reto, pero tienen propiedades mecánicas muy buenas a parte de su flexibilidad, que lo hacen un hito muy atractivo. Además el TPC destaca por resistir mejor la intemperie.
• PC: El policarbonato es un plástico técnico de propiedades espectaculares en cuanto su dureza y resistencia a los impactos. Requiere de alta temperatura de impresión, y tiene muchos problemas de warping,  pero también resiste bien la temperatura una vez imprimido.
• PP: Es un material muy resistente a los químicos, que puede ser aplicado en objetos de uso alimenticio, pero que es extremadamente difícil de imprimir.
• PVA: Es un material que se disuelve en agua y es biodegradable. Se combina bien con el PLA, por lo que es el material ideal para hacer soportes de impresión con él. Pero es terriblemente higroscópico y se acaba deshaciendo solo teniendolo expuesto al ambiente. Por lo que tiene que estar muy bien guardado.
• HIPS: Este material tiene buenas propiedades mecánicas, a medio camino entre el polipropileno y la goma. Además se adhiere muy bien al ABS. Y teniendo en cuenta que se disuelve en limoneno hace que sea muy buen material de soporte para el ABS.
• Cera: Hay compuestos especiales que imitan la cera. La escultura en cera se usa para crear moldes a la cera perdida y obtener objetos de metal. Es una aplicación muy interesante. Pero el PLA también se puede usar de forma similar, y es más asequible.
• Biodegradable: Ideal para objetos de vida útil corta, para que no tengan un impacto ambiental sustancial. Pero sin propiedades mecánicas destacables. Suele ser muy caro, desgraciadamente.

 

 

Más contenido

Este artículo es parte de la serie: Todo lo que deberias saber sobre impresión 3D FDM.