Materiales para impresión 3D: tipos, propiedades y cómo elegir el mejor.

Materiales de impresión 3D

La función que se le asigne a la pieza determinará el mejor material para impresión 3D. El PLA y el ABS son ideales para la creación de prototipos. Las resinas de nylon y las resinas de ingeniería para SLS se utilizan para piezas funcionales. La impresión de metales se emplea en aplicaciones industriales de alto rendimiento. Elija el proceso adecuado tras comparar el material con los requisitos de rendimiento.

Es fundamental comprender los materiales 3D, especialmente a medida que las piezas evolucionan desde modelos conceptuales hasta aplicaciones funcionales. Un prototipo visual de PLA luce bien sobre un escritorio, pero se agrieta y se ablanda al calentarse. Por ello, es importante saber qué materiales pueden soportar cada exigencia.

Boda ofrece una solución completa Servicio de impresión 3D, desde la selección de materiales hasta la producción final para productos personalizados Impresión 3D proyectos. Tanto si elige plásticos para un prototipo como metales para componentes funcionales, nuestro equipo le ayuda a seleccionar el material y el proceso adecuados para su aplicación.

¿Qué materiales se pueden utilizar en la impresión 3D?

Los materiales utilizados en la impresión 3D se dividen generalmente en dos categorías principales: Plásticos de impresión 3D y Metales de impresión 3D.

Termoestables frente a termoplásticos: la diferencia fundamental

Es importante comprender los dos principales tipos de plástico utilizados en la impresión 3D antes de comparar los materiales.

Termoplásticos:

• Se puede fundir y solidificar varias veces. Se utiliza en impresión FDM y SLS. Algunos ejemplos son PLA, ABS, PETG, nailon y TPU.
• La industria automotriz utiliza piezas termoplásticas de nailon para clips y soportes porque el material se puede volver a fundir si se necesitan cambios en el diseño.
• Preferible en la producción centrada en el reciclaje, ya que el material de desecho se puede reprocesar.

Termoestables:

• Se curan permanentemente mediante luz ultravioleta o calor y no se pueden volver a fundir. Las resinas SLA son termoestables. Producen piezas lisas e isotrópicas con resistencia uniforme en todas las direcciones.
• Los laboratorios dentales utilizan resinas termoendurecibles SLA para las guías quirúrgicas porque la dureza permanente y la estabilidad dimensional son fundamentales.
• Son mejores que los termoplásticos, materiales en los que no se puede comprometer la resistencia al calor ni la calidad de la superficie, como por ejemplo en los moldes para fundición de joyas.

Materiales emergentes:

Aquí presentamos algunos materiales emergentes para impresión 3D.

• Los termoplásticos biodegradables, como las mezclas de PLA de origen vegetal, están ganando terreno en el sector del embalaje y los bienes de consumo.
• El nailon reforzado con fibra de carbono combina la reciclabilidad con una rigidez casi metálica, y se utiliza en la industria aeroespacial y la robótica.
• Se están desarrollando resinas termoestables con relleno cerámico para aplicaciones industriales en condiciones de calor extremo.

Materiales de impresión 3D FDM

Filamentos para impresión FDM 

La tecnología FDM funde el termoplástico y lo deposita en capas. Este es el método de impresión más económico y accesible, ideal para piezas funcionales sencillas y prototipos básicos.

ABS frente a PLA

Esta es la comparación más utilizada a la hora de elegir materiales para FDM.

PLA Es uno de los materiales más fáciles de imprimir con FDM. Es biodegradable e inodoro. Es ideal para prototipos visuales y modelos conceptuales. Su desventaja radica en su baja resistencia al calor (se ablanda a unos 60 °C) y su fragilidad ante los golpes.

Ideal para prototipos visuales y modelos conceptuales. Elija PLA para prototipos de escritorio donde no se requiera resistencia al calor.

ABS Puede soportar temperaturas de hasta 100 °C. Es ideal para prototipos funcionales sometidos a esfuerzos mecánicos. Representa un equilibrio entre la necesidad de una base de impresión calefactada y la garantía de una ventilación adecuada.

Ideal para prototipos funcionales sometidos a esfuerzos mecánicos. Elija ABS cuando la pieza deba soportar temperaturas de hasta 100 °C.

El ABS o el PLA no son la mejor opción para piezas de producción. Tanto las resinas de ingeniería como los nylons SLS ofrecen un rendimiento mecánico superior.

Materiales FDM clave adicionales

La anisotropía es una limitación importante en la impresión FDM. La adhesión entre capas genera debilidad direccional. La orientación de impresión es crucial si la pieza va a estar sometida a cargas direccionales.

Materiales para impresión 3D SLA

Material de impresión 3D SLA 

La estereolitografía (SLA) es un proceso que utiliza un láser para endurecer resina líquida. Este proceso produce un acabado superficial de la más alta calidad, con las tolerancias más estrictas y la mayor resolución de cualquier método de impresión de plástico. Los enlaces químicos entre las capas hacen que las piezas sean isótropas.

Categorías de resina SLA

SLA es un sistema ampliamente utilizado. Material de impresión 3D, teniendo diferentes tipos según su uso: 

• Resinas de uso general: Su acabado liso y mate las hace ideales para maquetas conceptuales y prototipos visuales.
• Ingeniería ResinasDiseñado para imitar el comportamiento del ABS y el HDPE. Estas resinas resisten la compresión, la flexión y los impactos. Las carcasas, los gabinetes y los conectores son opciones estándar.
• Resinas rígidasRelleno de vidrio o cerámica para máxima rigidez. Se utiliza en plantillas y dispositivos de fijación, así como en componentes de alta temperatura para la circulación del aire.
• Flexible y Elástico Resinas: Imitan el comportamiento de la silicona o el caucho. Estas resinas se pueden doblar repetidamente sin romperse. Ideales para prototipos de dispositivos médicos.
• Alto–Trabajador Temporal ResinasConservan su forma al calentarse. Se utilizan para moldes e insertos, así como para piezas expuestas al calor.
• Biocompatibl a ResinasDiseñado para aplicaciones dentales y médicas donde se requiere seguridad de los materiales.

SLA tiene la mayor selección de materiales de cualquier método de impresión de plástico. La resina seleccionada se correlaciona directamente con Las exigencias mecánicas y termodinámicas de la aplicación. Son ideales para modelos conceptuales, prototipos visuales, carcasas, cerramientos y piezas mecánicas.

Materiales de impresión 3D SLS

Materiales SLS 

La tecnología SLS utiliza una variedad de materiales, incluyendo termoplásticos, nailon, polvos metálicos y otros. No se requieren estructuras de soporte porque el polvo sin fusionar sostiene la pieza durante la impresión. Ofrece Flexibilidad de diseño sin igual para geometrías complejas. El material estándar para SLS es el Nylon 12. Es resistente a los impactos, robusto y estable frente a la humedad, los rayos UV y los productos químicos. Es una excelente opción tanto para prototipos funcionales como para componentes de producción de uso final.

El nailon 11 es más rígido que el nailon 12, pero tiene mayor elasticidad. Es adecuado para aplicaciones donde la resistencia es más importante que la rigidez. Para aplicaciones que requieren rigidez estructural, se encuentran disponibles compuestos de nailon reforzados con fibra de vidrio o de carbono. El TPU para SLS crea componentes flexibles similares al caucho con excelente estabilidad a los rayos UV y capacidad de absorción de impactos. El rendimiento mecánico de las piezas fabricadas mediante SLS es similar al de los componentes moldeados por inyección. El acabado superficial se puede mejorar mediante procesos posteriores, como el pulido y el teñido.

Material de impresión 3D de metal

Metal para impresión 3D

La impresión de metales se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial, automotriz y médica. Los procesos DMLS y SLM fusionan el polvo metálico capa a capa, produciendo piezas resistentes que son difíciles de replicar con el mecanizado tradicional.

Entre los metales comunes para opciones de impresión 3D se incluyen:

• El titanio se utiliza para componentes ligeros, resistentes y resistentes al calor en piezas de implantes médicos y aeroespaciales.
• El acero inoxidable se utiliza para componentes industriales de alta resistencia y resistentes a la corrosión.
• Piezas estructurales ligeras de aluminio y componentes de gestión térmica
• Las aleaciones de níquel se utilizan en componentes de turbinas y motores de alta temperatura.
• Acero para herramientas destinado a matrices y moldes, así como herramientas de alta resistencia al desgaste.

La impresión sobre metal es más cara que la impresión sobre plástico. Si necesita propiedades similares a las del metal a un precio más bajo, considere la posibilidad de galvanoplastia o fundición de piezas de plástico a partir de patrones SLA.

¿Cómo seleccionar los mejores materiales para impresión 3D?

A continuación se detallan algunos pasos básicos a seguir para seleccionar los materiales adecuados para la impresión 3D. 

Paso 1: Determina tu nivel de rendimiento

Bajo rendimiento

• Sin requisitos mecánicos, solo modelos visuales o pruebas de ajuste.
• Materiales adecuados: resinas PLA o resinas SLA en general.
• Ejemplo práctico: Un diseñador imprime una maqueta de una funda para teléfono solo para comprobar su aspecto y cómo se adapta a la mano. No se requiere resistencia, por lo que basta con una resina SLA básica.

Rendimiento modesto

• Prototipos funcionales que deben comportarse como piezas de producción reales.
• Materiales adecuados: ABS, resinas SLA de ingeniería o nylons SLS.
• Ejemplo de caso de uso: Un ingeniero imprime un prototipo de carcasa de válvula que se probará bajo una ligera presión para confirmar el ajuste del montaje y el funcionamiento básico antes de que comience la producción en masa.

Alto Rendimiento

• Piezas sometidas a desgaste prolongado, calor, exposición química o carga cíclica.
• Materiales adecuados: compuestos de nailon SLS o resinas SLA de ingeniería.
• Ejemplo de caso de uso: Un fabricante imprime un soporte para un componente automotriz ubicado debajo del capó que debe soportar ciclos de calor, vibraciones y contacto ocasional con fluidos del motor.

Paso 2: Hacer coincidir las propiedades específicas del material.

Una vez que haya determinado su nivel de rendimiento, seleccione los materiales adecuados para la pieza.

• Resistencia al impacto: ABS en FDM o nylon, resinas resistentes en SLA o Nylon 11 o 12.
• Flexibilidad: TPU se puede utilizar con FDM, SLA o SLS.
• Resistencia al calor: Resinas SLA rígidas o de alta temperatura. Nylon 12 para SLS.
• Resistencia química: PETG para FDM, resinas rígidas para SLA, nailon para SLS.
• Rigidez: Resinas SLA rígidas, compuestos de nailon SLS, compuestos de fibra de carbono FDM

Paso 3: Considerar las ventajas y desventajas del proceso.

El material y el proceso son interdependientes. La estereolitografía (SLA) permite obtener tolerancias estrictas, acabados lisos y trabajar con una amplia gama de materiales. La sinterización láser pulsada (SLS) es el proceso preferido si la geometría interna es más importante. El nailon es el material principal.

Errores en la selección de materiales 

Primero, elija el material y luego defina la aplicación. Se da prioridad a los requisitos de rendimiento. El material se selecciona en función de la función que debe cumplir la pieza.

• Ignorar la anisotropía al diseñar piezas FDM. Las líneas de capa FDM crean debilidad direccional. Antes de la producción, las piezas FDM que soportan cargas deben orientarse.
• Error de cálculo de la temperatura de funcionamiento. El PLA se ablanda al calentarse a temperaturas que suelen superarse en interiores de automóviles, entornos industriales y otras aplicaciones. Compruebe siempre la temperatura de deflexión térmica comparándola con las condiciones reales de funcionamiento.
• Cuando la fundición es suficiente, se debe optar por la impresión de metales. Los patrones de fundición a la cera perdida mediante estereolitografía (SLA) permiten producir piezas metálicas a menor coste y con mayor rapidez para numerosas aplicaciones.

Conclusión 

La parte más importante de cualquier proyecto de impresión 3D es elegir el material adecuado. La capacidad de hacer coincidir los requisitos de rendimiento con las propiedades de los plásticos FDM, las resinas SLA o los nylons SLS, así como los metales, determina el éxito o el fracaso de las piezas en su uso real.

El equipo de Boda tiene experiencia en todos los procesos y tipos de materiales principales. Pueden ayudarle a elegir la mejor opción y ahorrar dinero evitando costosas reimpresiones. Por favor, Contactar con nosotros para analizar la selección de materiales para su próximo proyecto.

FAQ’s

¿Qué materiales son adecuados para la impresión 3D de piezas funcionales? 

Las principales opciones son el nylon 12 SLS, las resinas de ingeniería y las resinas SLA rígidas. La elección depende de los requisitos mecánicos, térmicos y químicos de la aplicación.

¿Cuáles son las diferencias entre los plásticos FDM y SLA? 

Los filamentos FDM son termoplásticos que se funden y luego se solidifican. Las resinas SLA son termoestables, que se curan permanentemente al exponerse a la luz ultravioleta. Las piezas SLA tienen una superficie más lisa y son más isotrópicas. Las piezas FDM pueden ser anisotrópicas y son más económicas para usos básicos.

¿Qué proceso ofrece la mejor comparación de materiales de impresión 3D para prototipos funcionales? 

Tanto las resinas de ingeniería SLA como el nailon SLS producen prototipos funcionales que son resistentes. SLS ofrece una mayor libertad de diseño para geometrías complejas. SLA proporciona una mayor calidad de superficie, así como una gama más amplia de Propiedades del material.

¿Qué material es el mejor para crear piezas de automoción mediante impresión 3D?

Para piezas de automoción, el nylon 12 SLS es una opción común debido a su buena resistencia al calor, las vibraciones y las tensiones mecánicas. Se utiliza para conductos de aire, clips, soportes y componentes del compartimento del motor. Para piezas de exhibición o con fines visuales, la resina SLA proporciona un acabado más liso.

¿Qué material de impresión 3D funciona mejor para dispositivos médicos?

Las resinas de ingeniería SLA se utilizan ampliamente en aplicaciones médicas debido a que producen piezas lisas y precisas. Existen resinas biocompatibles para artículos como guías quirúrgicas y modelos dentales. El nailon SLS también se utiliza para componentes protésicos gracias a su resistencia y flexibilidad.