TREBALL DE RECERCA DE BATXILLERAT: GUIA PER IMPRESSIÓ 3D
Treball de recerca de batxillerat. Institut Marianao
MATERIALS PER IMPRESSIÓ FDM
PLA
Àcid poliàctic o poliàcid làctic, és un material biodegradable, un dels més utilitzats per a la tecnologia FFF. El filament PLA és un polièster polilàctic, biodegradable, derivat del blat de moro.
Es presenta en múltiples colors.
El PLA és un material resistent amb qualitat mat i opaca, però no és tan tolerant a la calor com l'ABS. Comença a deformar-se a temperatures superiors als 60 graus, i no és resistent a l'aigua ni als productes químics. Desprèn una lleugera olor quan s'escalfa, però sense olors tòxiques o vapor.
PLA sol ser l'opció més utilitzada en impressores 3D de baix cost, perquè garanteix una impressió més fàcil que l'ABS, ja que és més enganxós. S'enganxa fàcilment al llit amb mètodes com cola de barra o laca, així que no és imprescindible escalfar-la.
APLICACIONS
Figures decoratives
Maquetes
Prototips
AVANTATGES
DESAVANTATGES
Facilitat d´impressió.
No necessita llit calent.
Molt estable.
Velocitat d'impressió més ràpida que altres materials.
Procedeix de matèria orgànica (blat de moro, blat,…), per la qual cosa ofereix capacitat de biodegradació sota condicions adequades “material ecològic”.
S'obtenen recursos renovables.
Material reciclable.
Poca resistència tèrmica (es torna feble a partir dels 60 ºC).
Material més fràgil que altres materials (poca resistència mecànica).
Sensible a la humitat.
Les impressions es degraden amb el temps.
Textura més rugosa que l'ABS.
PETG
Aquest és un filament extremadament resistent i pot aconseguir impressions molt resistents i fortes. Té una contracció molt baixa, cosa que ho fa perfecte per a superfícies planes més grans. PETG és una alternativa perfecta a l'ABS i PLA, que ofereix més resistència, menor contracció i un acabat més suau.
El PETG és el filament perfecte per combinar resistència i ductilitat, per la qual cosa es fa servir en tantes peces mecàniques i robòtiques.
El PETG és segur per a la pell i els aliments, per la qual cosa es pot utilitzar en aplicacions mèdiques i alimentàries. En aplicacions mèdiques resisteix la radiació i les tècniques d'esterilització química sense canviar de color.
El PETG no és hidroscòpic i també és resistent als productes químics.
La baixa taxa de contracció de PETG el fa ideal per a impressions grans o on la tolerància pot ser un problema.
APLICACIONS
Prototips funcionals
Elements mecànics
Peces d'automoció
Peces industrials
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Alta resistència a la flexió i tracció.
·Alta resolució d'impressió.
·Molt estable a altes temperatures.
·Conserva la tenacitat a temperatures extremes.
·Alta capacitat de mecanitzat: es pot polir, perforar…
·Resistent a atacs químics.
·Molt resistent als impactes.
·Reciclable.
·Transparència.
·No apte per a peces petites.
·Possibilitat de fils.
·Característiques pobres dels ponts.
·Forta adherència al llit - anar amb compte en retirar la impressió.
·No es pot allisar l'acetona com l'ABS.
·Els suports són més difícils d'eliminar.
·Propens a les esgarrinxades (més que PLA).
ABS
Material plàstic procedent del petroli, és molt utilitzat a la indústria (és el plàstic utilitzat a Legos). És resistent, no tòxic i conserva el color bé. També és fàcil de modelar, però difícil de trencar, ja que es fon i es torna flexible a uns 220 graus. Aquestes propietats fan que l'ABS sigui molt adequat per a impressió 3D. Cal escalfar el llit perquè el material s'hi adhereixi.
També és resistent a l'aigua i productes químics.Produeix una olor lleugerament desagradable quan s'escalfa, i el vapor pot contenir alguns productes químics desagradables, de manera que necessitarà una bona ventilació. Com que l'ABS es descompon per la radiació UV, no és adequat per a l'ús a l'aire lliure a llarg termini, ja que perd el color i es torna fràgil.
APLICACIONS
Elements mecànics
Peces d'automoció
Peces industrials
Elements decoratius
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Resistent.
·Molt estable a altes temperatures (Apròx. 80 ºC – 90 ºC).
·Conserva la tenacitat a temperatures extremes (-40 ºC fins a 90 ºC). La majoria dels plàstics no tenen aquesta capacitat.
·Alta capacitat de mecanitzat: es pot polir, perforar…
·Resistent a atacs químics.
·Molt resistent als impactes.
·Punt de fusió molt alt.
·Desprèn vapors desagradables.
·No adequat per a usos a l'aire lliure.
·Cal una certa experiència en impressió 3D.
·Dificultat d'impressió mitjana ”depenent de lobjecte que es tracti”.
·Contracció entre capes més ràpida que el PLA, es pot esquerdar la peça si les condicions de l'entorn són massa fredes.
·Poden produir-se l'efecte Warping fàcilment (que s'aixequin els cantons en imprimir peces de gran superfície, a causa de la contracció).
cpe/pet
Els CPE (co-polièsters) són materials molt forts i versàtils, cada vegada més populars en forma de filament per a impressió 3D. El CPE es defineix normalment com un tipus de PET Modificat.
Com a material d´impressió, CPE és altament durable, creant impressions amb alta resistència i bon detallat. A més, la seva adherència en capa és excel·lent amb un mínim de deformació i encongiment. Es tracta d'un material amb bones propietats mecàniques encara recomanat per a usuaris avançats.
El CPE té una àmplia gamma d'aplicacions possibles pel fet que generalment* està aprovat per a l'envasament a la indústria alimentària i mèdica.
*No obstant això, depèn del fabricant del filament. Algunes marques, com Fillamentum, no recomanen utilitzar-lo per a aplicacions que entrin en contacte amb menjar.
APLICACIONS
Envasat en indústria alimentària.
Envasat en indústria mèdica.
Equipament elèctric i electrònic.
Pròtesis
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Aprovat per a ús alimentari.
·Resistència química.
·Gran adherència entre capes.
·Bon aspecte en colors translúcids.
·No desprèn olors.
·Reciclable.
·Més difícil d'imprimir que altres materials.
·Pitjos acabats que a PLA.
·Es degrada amb raigs UV.
·Alta temperatura d'extrusor.
·Pot passar Warping.
ASA
L'ASA és un material terpolímer amorf termoplàstic similar a l'ABS. L'ASA és anomenat plàstic d'enginyeria per mantenir el seu aspecte i resistència a l'impacte fins i tot després d'estar exposat a llargs intervals de temps a l'aire lliure, la pluja, el fred i l'aigua salada del mar.
L'ASA és un material cada cop més comú entre els usuaris d'impressores 3D FFF gràcies a ser desenvolupat buscant ser un “ABS avançat”. L'ASA no compta amb els desavantatges esmentats anteriorment per al cas de l'ABS. Aquest material és molt resistent als raigs UV ia la llarga exposició en ambients climatològics adversos, que és just el que falta a l'ABS per ser un material aplicable en tots els camps de la indústria. En presentar una alta estabilitat dimensional (resistència mecànica), una alta temperatura de transició vítria i una bona resistència química, l'ASA és un material molt emprat als principals sectors de la indústria, com per exemple al sector de l'automoció. A més, cal sumar que l'ASA és lleugerament més fàcil d'imprimir que l'ABS, sobretot amb peces de grans dimensions
APLICACIONS
Parts exteriors automotrius.
Carcasses per a electrònica.
Senyalització exterior.
Indústria.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Alta resistència a raigs UV.
·Alta resistència al desgast ia impactes.
·Alta temperatura de transició vítria.
·Més fàcil d'imprimir que ABS.
·Cal bona ventilació a causa de fums possiblement perillosos.
·Cost alt.
·Alta temperatura d'extrusor.
NYLON
pa (POLIAMIDA)
Es tracta d'un polímer que conté enllaços de tipus amida, el que es coneix com a poliamides. Té una gran resistència a tracció, per la qual cosa pot suportar molt de pes sense trencar-se. Es fon a uns 250 graus i no és tòxic.
L'ús de niló com a material d'impressió 3D és relativament nou, però el material es torna popular perquè les impressions que produeix són molt resistents als danys. És barat, perquè és àmpliament utilitzat en altres indústries, i no està malmès pels productes químics més comuns.
Generalment, el niló requereix un llit d'impressió calenta i cola blanca per enganxar durant la impressió.
APLICACIONS
Peces en contacte amb eixos.
Peces que aguantin fricció.
Peces estructurals resistents.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Qualitat de la impressió: amb un acabat suau.
·Presenta una molt bona adherència de capa.
·Molt resistent.
·Té un coeficient de fricció baix, és a dir, es pot utilitzar per a impressions dÊ»engranatges, o peces que girin al voltant dÊ»un eix.
·Difícil de conservar (absorbeix la humitat amb molta facilitat).
·Els canvis bruscos de temperatura poden provocar deformació del material.
·Adherència al llit més difícil que amb ABS o PLA.
·Pot passar Warping.
·Alta temperatura d'extrusor.
TPE
Filament flexible d'impressió 3D, consisteix en una combinació de plàstic (termoplàstic) i cautxú (elastòmer), el qual ofereix les millors propietats de cada tipus.
El TPE s'utilitza a les indústries automotiva i mèdica, encara que també es pot trobar a l'electrònica, cobertes de cables, etc. Té unes característiques molt específiques que ens permeten fer peces increïbles encara que té una alta dificultat a l'hora de la impressió.
APLICACIONS
Indústria automotiva.
Indústria mèdica.
Elèctrica i electrònica.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Gràcies a la seva flexibilitat es produeix un gran amortiment dels impactes.
·Té una gran resistència a la fatiga, evitant trencaments de la peça per aquesta causa.
·Té una gran capacitat d'estirament i recuperació de la seva forma original en parar d'estirar.
·És un material reciclable.
·Al tacte és un material molt suau i agradable.
·Té poca resistència a la calor i als agents químics.
·Perd l'elasticitat si es fon a una temperatura superior al recomanat pel fabricant.
·Amb el pas del temps, la seva capacitat d'elasticitat es desgasta i s'acaba perdent.
TPU
Filament flexible que ofereix un comportament mecànic específic. Realment, el TPU és un tipus de TPE, i cal escollir un o altre segons la duresa que requereixi la peça a imprimir. Generalment, TPE és més tou i més difícil d'imprimir i TPU és més ferma.
Gràcies a la seva flexibilitat, el TPU funciona perfectament per a segellats i aplicacions en constant deformació. Té diverses aplicacions: panells d'instruments automotius, equipament esportiu, dispositius mèdics, soles de calçat, fundes de mòbils, etc.
APLICACIONS
Soles de calçat.
Fundes de mòbils.
Amortidors.
Segellats.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Material elàstic i suau.
·Baixa deformació i contracció.
·Resistent químic.
·Bona resistència a l'Impacte.
·Bon amortiment de vibracions i absorció d'impactes.
·Gran varietat de colors.
·Poca vida d'ús
·Propens a obstruir l'extrusor.
·Ha de ser imprès a menors temperatures.
·Dificultat de postprocessament.
PP
El PP (Prolipoilè) és fort, flexible, lleuger, resistent als químics i pot estar en contacte amb aliments. Tot i això, és àmpliament conegut com un filament difícil d'extruir, a causa de la baixa adhesió de les capes i una gran tendència a la deformació.
Deixant aquests dos inconvenients de banda, el filament de PP podria competir perfectament amb el PLA pel lloc de filament 3D més popular a causa de la seva alta resistència química i mecànica.
S'utilitza per a moltes aplicacions: enginyeria plàstica, envasament d'aliments, indústria tèxtil...
APLICACIONS
Enginyeria plàstica.
Envasat d'aliments.
Indústria tèxtil.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Fortes propietats mecàniques.
·Resistent als agents químics.
·Difícil d'imprimir.
·Propens a la deformació.
·Poca adherència de les capes.
PC
El PC (Prolicarbonat) és un material poderós utilitzat en moltes indústries. Destaca per tres característiques principals: claredat òptica, resistència a la calor i duresa increïble. Això ho fa perfecte per al seu ús en carcasses electròniques, peces dautomòbils, para-xocs de robots i peces similars que requereixen durabilitat.
La impressió 3D amb variants de PC generalment us brindarà una resistència a la temperatura de poc més de 110 °C, la qual cosa produirà impressions translúcides i gelades. Algunes marques ofereixen una petita gamma de diferents colors i barreges, encara que les variants són més limitades que per a materials més estètics com el PLA.
Les peces impreses amb filament de PC sortiran fabulosament fortes, però imprimir PC pot ser tot un desafiament
APLICACIONS
Mateixes aplicacions que l’ABS però amb més resistència a l’impacte i transparent (opcional).
AVANTATGES
DESAVANTATGES
·Alta Rigidesa – Mòdul de Young.
·Excel·lent Resistència – Tensió, compressió, flexió.
·Excel·lent resistència a l’impacte a baixa i alta Tº.
·Excel·lent transparència.
·Esterilitzable amb vapor.
·Es torna groguenc sota UV
·Es ratlla amb facilitat
·Baixa resistència a la fatiga
·Preu més elevat
HIPS
High Impact Polystyrene o poliestireno de alto impacto
MATERIAL DE SUPORT
Per si mateix, HIPS és un plàstic barat i fàcil de fabricar que té una excel·lent resistència a l'impacte i maquinabilitat. És un material fàcilment emmotllable amb una excel·lent estabilitat dimensional, i és fàcil de pintar i pegar.
En el camp de la impressió en 3D, HIPS és probablement el material de suport més conegut.
Per què necessitarà un material de suport?
Si hem d'imprimir en 3D un disseny complicat amb característiques de volada, probablement haurem d'incorporar estructures de suport d'algun tipus en el disseny.
HIPS és un excel·lent material de suport, especialment quan s'imprimeix amb ABS.
Això es deu a la capacitat de HIPS de dissoldre's fàcilment en ”limoneno”, un solvent fàcil d'obtenir que es deriva de la pell de les llimones.
Una impressió feta d'ABS amb estructures de suport fetes de HIPS només necessita sotmetre's a una remullada de ”limoneno” de 24 hores perquè les estructures de suport es dissolguin completament – sense necessitat de ganivets, escatat o raspat.
El resultat és una impressió més suau, sense imperfeccions i sense molta feina manual.
Per què diem que el HIPS funciona millor amb ABS?
Això es deu al fet que les temperatures d'impressió de HIPS i ABS són gairebé idèntiques.
Això significa que no existeix el risc que es deformi a causa de les diferències de temperatura.
HIPS imprimeix millor en un rang de temperatura de 230 a 240 °C.
Si la temperatura del filtre és massa baixa, el filament HIPS no es liquarà correctament i
resultarà en una extracció insuficient.
A continuació, la temperatura del llit d'impressió ha de mantenir-se entre 90 i 110 °C.
Per a assegurar l'adhesió del HIPS al llit d'impressió, es recomana utilitzar una cinta Kapton o un esprai Kapton.
HIPS es pot utilitzar a altes velocitats d'impressió de fins a 70 mm/s, però els millors resultats s'obtenen amb velocitats baixes (menys de 40 mm/s). Això és especialment important quan s'imprimeixen dissenys amb detalls complexos.
Després del treball d'impressió, hem de permetre que la impressió es refredi completament.
Una impressió en 3D feta amb HIPS és molt propensa a deformar-se quan no es refreda completament.
Recomanem mantenir el ventilador a baixa velocitat o fins i tot apagar-lo completament. El refredament gradual reduirà els riscos de deformació del producte.
APLICACIONS
Per imprimir peces complexes amb impressores de doble extrusor, un serà material "normal" i l'altre HIPS, que es disoldrà en limoncel·lo
ULTEM
PEI, POLIETERIMIDA
Els requisits a l'indústria per als materials d'impressió 3D han augmentat i els termoplàstics d'alt rendiment són cada cop més freqüents. Les seves propietats els converteixen en una alternativa econòmica a certs metalls i són valorats per molts sectors, com ara l'aeroespacial i la medicina. Dins aquesta família hi ha la poliariletercetona (PAEK) que pot suportar altes temperatures i amb la qual pot estar familiaritzat amb PEEK i PEKK. Hi ha una alternativa molt més barata, la polieterimida (PEI), un material amorf més conegut pel seu nom comercial ULTEM. Disponible en forma de filament compatible amb màquines FDM, és compatible amb certes màquines, en particular les de Stratasys.
Per tant, la gestió de temperatura és essencial quan es tracta d'imprimir ULTEM®. La càmera s'ha de mantenir en tot moment, altrament poden aparèixer irregularitats i patir l'adhesió de les diferents capes. La temperatura del PEI està entre 345 i 400 º C, necessitarà un extrusor capaç d'elevar-se a aquests nivells.
APLICACIONS
Quan es requereixen altes prestacions en tots els aspectes mecànics. Aplicacions d’alta enginyeria: aeroespacial, automobilística. L’ULTEM te el potencial de substituir components metàl·lics.
Disseny d'utensilis de cuina.
AVANTATGES
DESAVANTATGES
Excel·lent Rigidesa – Mòdul de Young
Excel·lent Resistència – Tensió, Compressió, Flexió.
Molt bona resistència a l’impacte – Resiliència.
Bona resistència química – Àcids, bases, dissolvents.
Resistència sota UV i radiació gamma.
Capacitat de treball a altes temperatures – 200ºC.
Material Inflamable – UL94-V0.
Alternativa al metall.
Extremadament difícil d’imprimir – Requereix càmera calefactada d’alta temperatura (200ºC).
Extremadament higroscòpic – Tendència a absorbir aigua.
PEEK
La polieteretercetona, més comunament coneguda com a PEEK
És un termoplàstic semicristal·lí (durant la seva fusió, les molècules estan parcialment disposades entre elles sota l'efecte de la calor, creant un cert ordre fins a la seva solidificació completa) altament reconegut a la indústria manufacturera per les seves propietats mecàniques. Utilitzat principalment a la indústria aeroespacial, mèdica i automotriu, el PEEK és resistent a la calor i al desgast, i pot reemplaçar certs metalls gràcies a la seva relació pes/resistència.
Per imprimir PEEK en 3D, cal tenir una impressora 3D adequada, amb un extrusor que pugui assolir els 400°C, una càmara escalfada a 120°C i una placa calefactora de 230°C per treure la peça. Amb això evitarem que les peces es deformin.
El PEEK té propietats similars a l'os humà, per tant, un implant imprès en 3D amb aquest material podria promoure la reconstrucció dels teixits al voltant de l'implant, accelerant l'osteointegració
APLICACIONS
Com que és esterilitzable, és interessant per al sector mèdic, ja que permet ser utilitzat per a multitud d'aplicacions, inclosa la fabricació d'implants a mida.
AVANTATGES
·Excel·lent Rigidesa – Mòdul de Young
·Excel·lent Resistència – Tensió, Compressió, Flexió.
·Excel·lent Resistència a l’abrassió.
·Capacitat de treball a altes temperatures – Fins a 240-250ºC
·Excel·lent resistència química – Àcids, bases, dissolvents.
·Baixa flamabilitat.
·Biocompatibilitat.
·Alternativa al metall
·Extremadament car.
·Extremadament difícil d’imprimir.
·Altes contraccions tèrmiques.
·Extremadament higroscòpic – Tendència a absorbir aigua
PPSU
PPSU ( polifenilsulfona ) També conegut com PPSF
Plàstic d'alt rendiment, esterilitzable i resistent.
Rendiment, provat a foc. Per aconseguir peces impreses en 3D capaces de suportar molta calor i resistir l'exposició a productes químics, la tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) treballa amb termoplàstics PPSF/PPSU d'alt rendiment.
Mostra resultats encara millors en resistència a l'impacte i la resistència química que la PEI.
Pot funcionar en temperatures de fins a 180 ° C. Això ho converteix en una excel·lent opció per a aplicacions automotrius sota el capó i dispositius mèdics que requereixen esterilització repetida amb vapor. La resistència a la hidròlisi és excel·lent en comparació amb altres termoplàstics amorfs.
A més d'això, també resisteix àcids i bases comunes a un ampli rang de temperatures.
APLICACIONS
Prototipat
Estampat
Peces de producció
Dispositius mèdics
AVANTATGES
DESAVANTATGES
Poca informació pràctica.
Difícil d’imprimir – Requereix càmeres d’alta temperatura.
