Conozca las diferencias entre los termoplásticos amorfos y semicristalinos en la impresión 3D de gran formato, y cómo sus propiedades afectan al procesamiento, resistencia, acabado y aplicación.
La fabricación aditiva (AM) es una tecnología en rápida evolución que está transformando la industria manufacturera. La FA se refiere al proceso de creación de objetos en 3D mediante la superposición de capas de materiales, a diferencia de los procesos de fabricación sustractivos que eliminan material de un bloque sólido.
Elegir el material de impresión 3D adecuado es el primer paso para encontrar el mejor caso de uso para su aplicación. Las soluciones de impresión 3D de gran formato de CEAD utilizan principalmente termoplásticos reforzados con fibras cortas (SFRT). Cada SFRT consta de un material de matriz y una fibra. La matriz termoplástica del material sirve como «pegamento» que mantiene las fibras en su posición y tiene la mayor influencia en las propiedades mecánicas y térmicas finales y en la resistencia química del material. Por lo tanto, es importante conocer la diferencia entre los dos tipos de polímeros termoplásticos utilizados: amorfos y semicristalinos.
Materiales amorfos
En los materiales amorfos, la estructura molecular está desordenada y carece de un patrón regular repetitivo. Las moléculas están dispuestas al azar, sin orden ni periodicidad a largo plazo. Esta falta de orden a nivel molecular da lugar a las propiedades características de los materiales amorfos, como la transparencia, los puntos de fusión más bajos y un aspecto vítreo. La ausencia de una estructura regular repetitiva impide la formación de secciones cristalinas.
Ventajas:
1. Facilidad de procesamiento: los polímeros amorfos suelen tener puntos de fusión más bajos, lo que facilita su trabajo en impresoras 3D de gran formato.
2. Acabado de superficie liso: pueden producir piezas impresas en 3D con acabados de superficie más lisos y detalles más finos, lo cual es importante para algunas aplicaciones.
3. Transparencia: útil para aplicaciones de impresión 3D de gran formato en las que se requiere claridad óptica, como en dispositivos médicos o carcasas transparentes.
Desventajas:
1. Resistencia mecánica limitada: los polímeros amorfos tienden a tener una resistencia mecánica menor en comparación con sus homólogos semicristalinos, lo que los hace menos adecuados para aplicaciones de carga.
2. Materiales semicristalinos: los materiales cristalinos tienen una estructura molecular altamente ordenada y repetitiva. Los átomos o moléculas de un material cristalino están dispuestos en un patrón específico y repetitivo, que se extiende a lo largo del material a grandes distancias. Esta disposición ordenada es responsable de las propiedades características de los materiales cristalinos, como una mayor resistencia mecánica y puntos de fusión distintos. Los polímeros semicristalinos, como su nombre indica, tienen una estructura amorfa con secciones cristalinas, y por lo tanto, una combinación de los 2 tipos.
Ventajas:
1. Alta resistencia mecánica: Los polímeros semicristalinos suelen ofrecer mejores propiedades mecánicas, como mayor rigidez y resistencia.
2. Resistencia química: muchos polímeros semicristalinos son muy resistentes a los productos químicos y a los factores ambientales.
Desventajas:
1. Temperaturas de procesamiento más altas: estos polímeros requieren temperaturas de procesamiento más altas, lo que puede ser un desafío para los equipos de impresión 3D de gran formato.
2. Rango de temperatura óptimo más pequeño: un factor importante en la producción de piezas con impresión 3D de gran formato es la calidad de la unión entre las capas (resistencia entre capas). Para que esta fuerza de unión sea óptima, la capa anterior debe estar a una temperatura óptima, de modo que las moléculas puedan reorganizarse con las moléculas de la nueva capa, pero proporcionando suficiente resistencia para soportar el peso de la nueva capa sin deformarse. Esta ventana es más pequeña debido a las secciones cristalinas que la de los materiales amorfos y, por lo tanto, dificulta el control de calidad y el procesamiento.
3. Acabado de la superficie: Pueden producir piezas impresas en 3D con un acabado de superficie más rugoso y pueden requerir un postprocesamiento para mejorar la estética.
4. Transparencia limitada: Los polímeros semicristalinos son generalmente opacos, lo que limita su uso en aplicaciones que requieren claridad óptica.
5. Menor estabilidad dimensional: Debido a las regiones cristalinas, el material polimérico tiende a encogerse de forma no isotrópica, lo que conduce a una menor estabilidad dimensional durante la impresión.
La elección entre termoplásticos amorfos y semicristalinos
En conclusión, la elección entre termoplásticos amorfos y semicristalinos debe basarse en los requisitos específicos de la aplicación. Comprender las distintas ventajas y desventajas de estos materiales es crucial para lograr el rendimiento y la calidad deseados en piezas impresas en 3D de gran formato.