¿Qué resistencia pueden tener las piezas 3D?

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva que consiste en crear objetos sólidos tridimensionales a partir de un dibujo digital en 3D, y se colocan capas sucesivas de material para dar forma al producto. Esta tecnología se utiliza en una gran variedad de sectores en los que la resistencia del producto es fundamental, como la automoción, la industria aeroespacial, la medicina y los productos de consumo. La fuerza de adhesión de las capas sucesivas es crucial para la resistencia general de los productos, al igual que el material, la orientación de la impresora y la estructura interna.

En este artículo se analiza la resistencia de las piezas impresas en 3D y lo que mejora la resistencia del producto. El artículo repasa los últimos materiales y otros factores que contribuyen a la resistencia general de los productos impresos en 3D. También se tienen en cuenta varios factores para evaluar la resistencia de los productos.

La resistencia de las piezas impresas en 3D depende de varios factores, como el material utilizado, el diseño estructural, la orientación de la pieza y el proceso de impresión. La resistencia puede variar significativamente con los materiales 3D y el proceso de impresión. Por ejemplo, el plástico ABS es un material de impresión 3D estándar que es fuerte y resistente a los impactos, pero no tan fuerte como metales como el aluminio o el acero.

Mientras que el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y el ácido poliláctico (PLA) se encuentran entre los termoplásticos más comunes utilizados en la impresión 3D, las piezas más resistentes utilizan termoplásticos de calidad industrial como el policarbonato, el ABS o el nailon. Estos materiales suelen ser más resistentes que el PLA y otros filamentos de plástico utilizados en las impresoras 3D de consumo. Los termoplásticos industriales son extremadamente resistentes al calor y pueden producir piezas con gran detalle y durabilidad.

Otros factores son la configuración de la impresora 3D y los métodos de posprocesamiento. Estos pueden incluir:

• Porcentaje de relleno: es el porcentaje de sólido de una pieza impresa. Una pieza impresa con un 0% de relleno sería completamente hueca, mientras que una con un 100% de relleno sería completamente sólida.
• Altura de capa - La altura de capa es el grosor de cada capa impresa. Este grosor afecta directamente a la resistencia del producto, ya que las capas más finas producirán un producto más robusto, mientras que las capas más gruesas tienden a producir un producto más débil.
• Orientación de la pieza - Sorprendentemente, la orientación de la pieza es un factor más importante de lo que cabría suponer. La unión entre las capas es vital para la resistencia general del producto, por lo que hay que tener en cuenta las tensiones específicas del producto y los requisitos de rendimiento para optimizar la orientación y la resistencia del producto.
• Postprocesado - Técnicas como el lijado, la pintura y el revestimiento suelen mejorar la resistencia del objeto impreso en 3D. Estas operaciones rellenan las irregularidades de la superficie del producto.
• Velocidad de impresión - Las velocidades de impresión más lentas producen productos más resistentes, permitiendo un calentamiento y curado óptimos.
• Grosor de la carcasa - La pieza típica impresa en 3D tiene un grosor de carcasa de sólo 1,0 - 1,5 mm. Aumentar el grosor puede mejorar significativamente la resistencia a la tracción y al impacto de una pieza.

La composición del material es vital para la resistencia del producto. Los materiales más utilizados para la impresión 3D son el plástico, el metal y la cerámica. Por lo general, los materiales plásticos utilizados en la impresión 3D no son tan resistentes como los metales y la cerámica, pero son lo suficientemente fuertes para una gran variedad de aplicaciones.

En general, se considera que el policarbonato es el filamento impreso en 3D más resistente, pero existen varios métodos para determinar la resistencia del producto. Las numerosas mediciones de resistencia deben tenerse en cuenta para optimizar la producción de piezas.

Entre ellas se incluyen:

Resistencia a la tracción: este término hace referencia a la rigidez del material y a la tensión máxima necesaria antes de que la pieza se rompa o deforme.
Los materiales más resistentes a la tracción son:

Policarbonato
PVA (Alcohol polivinílico) 
PETT (Polietileno Tereftalato Glicol)
PEEK (Polieter Etercetona)
Fibra de carbono
Alargamiento (Ductilidad) - El alargamiento es el grado en que un material puede deformarse plásticamente. Este término también se denomina ductilidad y se mide con equipos similares a los utilizados para evaluar la resistencia a la tracción. Un nivel alto de ductilidad se refiere a un material que puede estirarse o alargarse en forma de alambre fino sin romperse. Una ductilidad baja indica que el material se fracturará si se deforma bajo una carga pesada.
Los materiales con mayores niveles de elongación son:

TPE flexible (elastómero termoplástico)
TPU flexible (Poliuretano termoplástico)
Dureza - La dureza se separa generalmente en nueve categorías que van de la A a la K en la escala Rockwell, un método comúnmente utilizado para medir la dureza de los materiales utilizados en el mecanizado.
Los materiales con los niveles más altos de dureza incluyen:

Fibra de carbono
Nylon
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
Resistencia al impacto - La resistencia al impacto mide la resistencia a la deformación o rotura cuando se somete a una fuerza o impacto repentino.
Entre los materiales con mejor resistencia al impacto se incluyen:

Policarbonato
Nylon
PETG (Polietileno Tereftalato Glicol)
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
TPU (Poliuretano Termoplástico)
Resistencia química - La resistencia química es la capacidad de un material para contrarrestar la degradación o el daño cuando se expone a determinadas sustancias químicas o entornos químicos. Esta medida varía en función de la sustancia química, el entorno específico, la temperatura ambiente y los distintos tipos de tensiones. 
Los materiales con mejor resistencia química son

PP (Polipropileno)
PA (Poliamida, nailon)
PE (Polietileno)
PEEK (Polieteretercetona)
PTFE (Politetrafluoroetileno, Teflón)
PVC (Cloruro de polivinilo)
PVDF (Fluoruro de polivinilideno).
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
Comparación de la flexibilidad - La flexibilidad se define por la capacidad de un material de cambiar su forma original sin perder la integridad estructural y con la capacidad de volver a su forma original. 
Los materiales más flexibles son:

TPE flexible (elastómero termoplástico)
TPU flexible (poliuretano termoplástico)
Nylon
Policarbonato
Resistencia al calor - La resistencia al calor de un material mide su capacidad para soportar altas temperaturas sin dañarse ni degradarse. Es una propiedad crucial para los materiales utilizados en aplicaciones de alta temperatura como la aeroespacial, la automoción y la generación de energía. La resistencia al calor suele medirse en función del punto de fusión, la conductividad térmica y el coeficiente de expansión térmica del material.
PAHT CF15 (poliamida reforzada con fibra de carbono para altas temperaturas) 
PET-G (Tereftalato de polietileno modificado con glicol)
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
PP (Polipropileno)
PP GF30 (Polipropileno 30% fibra de vidrio) 
PA (poliamida)

El uso de la impresión 3D para fabricar objetos resistentes es lógico porque se trata de un método de fabricación rentable y eficiente que ha demostrado alcanzar o superar la resistencia de los productos fabricados convencionalmente. La impresión 3D puede crear geometrías complejas con gran precisión y detalle, lo que permite obtener detalles intrincados que serían imposibles de conseguir con los métodos de fabricación tradicionales. Además, la impresión 3D puede producir piezas de calidad y resistencia constantes.