Extrusión de materiales

Material La tecnología de impresión 3D por extrusión utiliza un filamento continuo de material termoplástico como material base. El filamento se alimenta desde una bobina a través de un cabezal de extrusión de la impresora que se calienta y se mueve, abreviado como extrusor. El material fundido sale por la boquilla del extrusor y se deposita primero en una plataforma de impresión 3D, que se calienta para lograr una mayor adherencia. Una vez completada la primera capa, el siguiente paso es separarse del extrusor y de la plataforma, y el siguiente paso es depositar la segunda capa sobre la pieza en crecimiento directamente. El cabezal de la extrusora se mueve gracias al control por ordenador. Se necesitan al menos tres ejes para que el extrusor se mueva en arquitecturas cartesianas, pero los sistemas polares y delta son cada vez más populares. Una capa se deposita sobre otra anterior hasta completar la fabricación del objeto.

La extrusión de material se conoce como fabricación de filamento fundido (FFF) y es uno de los procesos más populares para la impresión 3D de grado aficionado. Stratasys comenzó a comercializar en 1990 el término propietario Fused Deposition Modeling (FDM), creado por S. Scott Crump a finales de los años ochenta. Con la expiración de la patente de esta tecnología, ahora existe una gran comunidad de desarrollo de código abierto llamada RepRap, así como variantes comerciales y de bricolaje, que utilizan este tipo de tecnología de impresión 3D. Esto ha provocado un descenso apreciable de los precios. Sin embargo, la técnica de extrusión de materiales tiene limitaciones de precisión dimensional y es muy anisotrópica.

Extrusión de materiales y materiales

La extrusión podría aplicarse a una amplia variedad de materiales, siendo los más populares los termoplásticos, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el ácido poliláctico (PLA), el poliestireno de alto impacto (HIPS), el poliuretano termoplástico (TPU), las poliamidas alifáticas (PA, también conocidas como nailon) y, más recientemente, los plásticos de alto rendimiento, como el éter cetona PEEK o la polieterimida PEI. Además, la impresión 3D podía extruir materiales pastosos como la cerámica, el hormigón y el chocolate.

La fabricación de composites empezó a estar disponible a medida que era posible equipar una impresora 3D con múltiples extrusores para acelerar el proceso de fabricación o abrir capacidades multimateriales. La fabricación con filamentos compuestos (CFF) es una de ellas. Este término, creado por la empresa Markforged, utiliza dos boquillas de impresión. Una de las boquillas funciona siguiendo el típico proceso de extrusión de material; deposita un filamento de plástico que forma la cubierta exterior y la matriz interna de la pieza. En cada capa, la segunda boquilla deposita una hebra continua de fibra composite (hecha con carbono, fibra de vidrio o Kevlar). Estos hilos continuos de fibras composite en el interior de las piezas impresas en 3D añaden una resistencia al objeto construido comparable a la de los componentes hechos de metal. Además de utilizar materiales compuestos para las piezas sólidas, la estrategia utilizada para colocar las capas puede afectar a la resistencia de la pieza. Markforged distingue dos métodos: fiberfill isotrópico o fiberfill concéntrico.

Los composites pueden imprimirse en 3D con la técnica de extrusión de material en máquinas equipadas con un solo extrusor. La única condición es que el material de base (un termoplástico) esté presente en cantidades suficientes para garantizar la fusión entre capas. Por lo tanto, la mezcla de dos materiales dentro de un mismo filamento permite la impresión 3D de madera (partículas de madera incrustadas en PLA), la impresión 3D de metal (partículas de metal incrustadas en termoplástico) e incluso la impresión 3D de carbono (fibras de carbono incrustadas en termoplástico).