¿Qué material de impresión 3D elegir según el tipo de esfuerzo de la pieza?
Elegir un material para fabricar una pieza mediante impresión 3D industrial no consiste simplemente en buscar el material «más resistente». Una pieza puede estar sometida a tracción, flexión, impactos, temperatura, desgaste o deformaciones repetidas, y cada una de estas condiciones requiere valorar unas propiedades diferentes. Por eso, el material adecuado depende tanto de las características de la pieza como de las condiciones reales en las que va a trabajar. En Additium3D analizamos estos factores antes de definir la solución de fabricación. La tecnología de impresión 3D, el material, la geometría de la pieza y sus condiciones de uso deben plantearse conjuntamente para conseguir un componente funcional y adecuado a la aplicación. En este artículo repasamos qué propiedades conviene priorizar según el tipo de esfuerzo que soportará una pieza industrial y qué materiales pueden ser adecuados en cada caso. ¿Qué hay que tener en cuenta antes de elegir un material? Antes de seleccionar un material de impresión 3D, conviene definir cómo va a trabajar realmente la pieza. No es lo mismo fabricar una carcasa que una pieza estructural, una guía, una protección, una junta o un componente sometido a temperatura. Entre los factores que pueden condicionar la elección destacan: Por tanto, no existe un único material de impresión 3D que sea el mejor para todas las aplicaciones. La selección debe partir de las exigencias concretas de la pieza. ¿Qué material de impresión 3D es más resistente? Esta es una de las preguntas más habituales cuando se plantea fabricar una pieza industrial mediante fabricación aditiva. Sin embargo, hablar simplemente de «resistencia» puede resultar demasiado genérico. Una pieza puede necesitar resistencia mecánica, rigidez, resistencia al impacto o capacidad para soportar temperaturas elevadas. Además, el comportamiento final depende también de la geometría, la orientación de fabricación y la tecnología utilizada. Dentro de las tecnologías y materiales que trabajamos en Additium3D, PAHT CF, Nylon 12 CF, PA12 S y ABS GF pueden responder a diferentes necesidades de piezas funcionales y aplicaciones industriales. La elección dependerá de qué tipo de solicitación tenga que soportar el componente. Si la pieza está sometida a cargas mecánicas Cuando una pieza tiene que soportar cargas durante su funcionamiento, es importante valorar propiedades como la resistencia mecánica, la rigidez y la estabilidad dimensional. En estos casos pueden resultar especialmente interesantes materiales técnicos como: PAHT CF El PAHT CF combina una poliamida de alta temperatura con fibra de carbono. Está orientado a piezas que necesitan una elevada resistencia mecánica, rigidez, estabilidad dimensional y buen comportamiento frente a temperaturas elevadas. Puede ser una opción para componentes funcionales sometidos a cargas exigentes. Nylon 12 CF El Nylon 12 CF incorpora fibra de carbono y está orientado a aplicaciones que requieren un material técnico con buenas prestaciones mecánicas. Puede utilizarse para fabricar piezas funcionales en las que se busca combinar resistencia y rigidez con las ventajas de la fabricación aditiva. ABS GF El ABS GF, reforzado con fibra de vidrio, es una alternativa para determinadas piezas fabricadas mediante FDM que necesitan mejores prestaciones mecánicas que un termoplástico estándar. Su elección dependerá de las exigencias concretas de la aplicación y del proceso de fabricación. Si la pieza va a trabajar a altas temperaturas La temperatura de funcionamiento es otro de los factores que puede descartar determinados materiales. Una pieza puede tener que trabajar cerca de una fuente de calor, estar sometida a ciclos térmicos o mantener su geometría y prestaciones cuando aumenta la temperatura. En estos casos, no basta con seleccionar un material resistente mecánicamente: hay que valorar específicamente su comportamiento térmico. PAHT CF para aplicaciones térmicamente exigentes El PAHT CF está especialmente orientado a aplicaciones en las que la pieza debe mantener un buen comportamiento mecánico y dimensional en condiciones de temperatura elevada. Por eso puede ser una alternativa interesante para determinados componentes industriales sometidos simultáneamente a cargas mecánicas y exigencias térmicas. Si la pieza está sometida a impactos Cuando existe riesgo de golpes o cargas puntuales, interesa valorar la capacidad del material para absorber impactos sin fracturarse. En este tipo de aplicaciones, la resistencia al impacto puede ser más relevante que conseguir la máxima rigidez. La elección dependerá de la intensidad y frecuencia de los impactos, de la geometría y de las condiciones de uso de la pieza. PA12 S, por ejemplo, es un material utilizado en fabricación aditiva industrial para piezas funcionales y puede resultar adecuado para numerosas aplicaciones donde se busca un equilibrio entre prestaciones mecánicas, precisión y comportamiento del componente. Si la pieza está sometida a desgaste o rozamiento No todas las piezas industriales soportan grandes cargas estáticas. Algunas trabajan continuamente en movimiento y están sometidas a contacto, fricción o desgaste. En estos casos conviene analizar: El material debe seleccionarse teniendo en cuenta cómo se produce el desgaste, no únicamente su resistencia mecánica inicial. Para determinadas piezas funcionales de este tipo pueden estudiarse materiales técnicos como PA12 S, Nylon 12 CF o ABS GF, siempre en función de las condiciones concretas de trabajo. Si la pieza necesita ser flexible Hay aplicaciones en las que la rigidez es precisamente un problema. Juntas, protecciones, elementos amortiguadores o componentes que deben deformarse necesitan un material capaz de soportar esa deformación sin perder su funcionalidad. TPU: cuando la pieza necesita deformarse El TPU es un poliuretano termoplástico flexible y resistente que permite fabricar piezas con elasticidad y capacidad de deformación. En impresión 3D FDM puede utilizarse para fabricar componentes funcionales que necesitan: En este caso, buscar el material «más resistente» no tendría sentido: la propiedad que define la aplicación es precisamente la flexibilidad. Si la prioridad es la estabilidad dimensional En determinadas aplicaciones industriales, una pieza no solo debe soportar una carga: también debe mantener su geometría y sus dimensiones durante el funcionamiento. Esto puede ser especialmente importante en: En estos casos hay que valorar conjuntamente el material, la tecnología de fabricación y la geometría. Tecnologías como MJF y SLS permiten fabricar piezas funcionales complejas en materiales como PA12 S, Nylon 12 o Nylon 12 CF, mientras que FDM puede ser una alternativa adecuada
