Los filamentos más resistentes para impresión 3D
¿Necesita materiales que ofrezcan un rendimiento real? Le explicamos cómo elegir filamentos con la resistencia que exigen sus aplicaciones.
La resistencia de los materiales puede llevar al éxito o a la quiebra de sus piezas impresas en 3D, literalmente. Ya esté creando un prototipo de un componente para drones que debe superar pruebas de choque o fabricando soportes listos para la producción para aplicaciones de automoción, la elección del filamento adecuado determinará si sus piezas funcionan a la perfección o fracasan estrepitosamente.
La resistencia en la impresión 3D no es igual para todas las aplicaciones. Un filamento puede destacar por su resistencia a la tracción, pero no soportar los impactos, u ofrecer un buen rendimiento a altas temperaturas, pero carecer de rigidez. Comprender estas ventajas e inconvenientes le ayudará a seleccionar los materiales que mejor se adapten a sus necesidades.
Comprender los materiales de impresión 3D
El mundo de los materiales de impresión 3D se divide en tres categorías principales: filamentos (para impresión FDM), polvos (para SLS y MJF) y resinas (para SLA).
Los filamentos son hilos termoplásticos que se introducen a través de boquillas calentadas para construir piezas capa por capa, lo que los convierte en la opción ideal para la impresión FDM de sobremesa e industrial, disponible a través de Protolabs Network.
Diferentes tipos de resistencia de los materiales
Cuando hablamos de filamentos «resistentes», en realidad nos referimos a varias propiedades diferentes.
- Resistencia a la tracción: mide la resistencia a las fuerzas de tracción, que son fundamentales para los componentes estructurales, soportes y piezas que soportan carga. Los compuestos de fibra de carbono y los materiales ULTEM (como ULTEM 1010 y 9085) destacan en este aspecto, con valores que oscilan entre 70 y 103 MPa.
- Resistencia a los impactos: determina la resistencia a los impactos y la capacidad de los materiales para absorber golpes repentinos sin fracturarse. Medida en julios por metro (J/m), los ingenieros examinan generalmente esta cualidad en piezas que se enfrentan a caídas, vibraciones o colisiones. Markforged Onyx encabeza la lista con hasta 330 J/m, mientras que los materiales estándar como el PLA alcanzan normalmente solo entre 25 y 30 J/m.
- Resistencia térmica: comprende el rendimiento a temperaturas elevadas. La capacidad del ULTEM 1010 para mantener sus propiedades a 217 °C lo convierte en la mejor opción para componentes automovilísticos del compartimento del motor, mientras que el ABS falla a unos 80 °C.
- Resistencia química: es importante si sus piezas se expondrán a productos químicos agresivos, combustibles o entornos corrosivos. Los filamentos a base de nailon afrontan mucho mejor estos desafíos que el PLA o el ABS.
Ventajas de nuestros servicios de impresión 3D
Protolabs combina su especialización en impresión con filamentos de alta resistencia con el acceso a capacidades de FDM tanto de sobremesa como industriales a través de nuestra red. Nos especializamos en materiales avanzados, desde compuestos de fibra de carbono que requieren boquillas endurecidas hasta polímeros resistentes a altas temperaturas que necesitan un control térmico preciso.
A través de Protolabs Network, tendrá acceso a:
- Filamentos de uso industrial como ULTEM y compuestos de fibra de carbono, frecuentemente utilizados en aplicaciones aeroespaciales.
- Equipos especializados, como boquillas endurecidas y cámaras calefactadas, esenciales para imprimir materiales exigentes.
- Especialización en procesos para gestionar el alabeo, la adhesión de capas y otros desafíos habituales de los filamentos de alta resistencia.
- Garantía de calidad con inspección dimensional e informes estandarizados en toda nuestra red.
Las opciones de filamentos más resistentes para impresión 3D
A continuación, se muestra una tabla comparativa de los filamentos para FDM más resistentes.
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Tipo de filamento |
Resistencia a la tracción (MPa) |
Resistencia térmica (°C) |
Resistencia a los impactos (J/m) |
Coste |
Principales ventajas |
|
89 |
186 |
88-120 |
€€€€ |
Excelente relación resistencia-peso, pirorretardante |
|
|
103 |
217 |
80-95 |
€€€€ |
Resistencia térmica superior, resistencia a los productos químicos |
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70-90 |
150-180 |
124 |
€€€ |
Alta rigidez, ligereza, estabilidad dimensional |
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36-71 |
145 |
330 |
€€ |
Excepcional resistencia a los impactos, excelente acabado superficial |
|
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60-70 |
120-150 |
140-155 |
€€ |
Resistencia superior a los impactos, resistencia a los productos químicos |
Nota: Los valores representan el rendimiento de la impresión FDM y varían en función de la configuración de impresión, la orientación de las capas y las formulaciones específicas. Los plazos de entrega son a partir de 3 días hábiles. Existen materiales especiales adicionales disponibles bajo pedido a través de Protolabs Network.
Consideraciones para la selección de filamentos
Elegir filamentos de alta resistencia es un ejercicio de malabarismo en el que deben considerarse numerosos factores que van mucho más allá de los simples valores numéricos de resistencia. Comprender las capacidades de los materiales le ayuda a seleccionar la opción adecuada para su aplicación, al tiempo que garantiza que su proyecto se ajuste a las especificaciones y al presupuesto.
- ¿Dónde se utilizará? Temperaturas de funcionamiento, exposición a productos químicos y condiciones de radiación UV a las que se verá sometida su pieza.
- ¿Qué tendrá que soportar? Si necesitará resistencia a la tracción, resistencia a los impactos o rendimiento térmico.
- ¿Cuál es su presupuesto? Los materiales ULTEM cuestan entre tres y cinco veces más que el nailon estándar, lo que puede merecer la pena para algunas aplicaciones, pero resultar excesivo para otras.
- ¿Qué complejidad tiene su diseño? El uso de geometrías intrincadas y características finas limita sus opciones de materiales.
- ¿Cómo de rápido lo necesita? Los materiales industriales añaden aproximadamente 1 día hábil en comparación con las opciones de prototipado.
- ¿Qué cantidad necesita? Los pedidos de grandes cantidades pueden justificar los costes de materiales de primera calidad, los cuales no serían razonables para piezas únicas.
Tabla de selección rápida
|
Si necesita... |
Considere... |
Consideraciones de diseño |
Coste habitual |
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Máxima resistencia + calor |
ULTEM 1010 |
Diseño para dilatación térmica, considerar espesor de pared |
€€€€ |
|
Rendimiento equilibrado |
Nailon de fibra de carbono |
Tener en cuenta propiedades anisotrópicas, evitar características finas |
€€€ |
|
Resistencia a los impactos |
Markforged Onyx |
Excelente para encajes a presión, absorción de golpes |
€€ |
|
Resistencia asequible |
Standard nylon |
Good for most applications, watch moisture sensitivity |
€€ |
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Prototipado rápido |
PETG |
Funciona para validación del concepto, rango de temperatura limitado |
€ |
Prototipos frente a productos finales
La estrategia de elección de materiales difiere significativamente entre las aplicaciones de prototipado y producción , ya que cada una requiere características de materiales y prioridades de rendimiento diferentes. Los sistemas de FDM de sobremesa e industriales ofrecen distintas ventajas para cada caso práctico.
Filamentos para el prototipado
En el caso de los prototipos, normalmente se validarán la forma, el ajuste y la función, más que la durabilidad a largo plazo. Esto abre la puerta a opciones asequibles como el PETG o el ABS, que proporcionan la resistencia adecuada para las pruebas y siguen siendo económicos para la iteración del diseño.
Consideraciones sobre los prototipos
- La rentabilidad es fundamental, ya que los materiales de menor precio permiten una rápida iteración del diseño.
- Énfasis en la forma, el ajuste y la funcionalidad, más que en la durabilidad a largo plazo.
- Los ciclos rápidos de retroalimentación son más importantes que la resistencia absoluta.
Materiales disponibles
Filamentos industriales para la producción
Los materiales industriales se diseñan para ofrecer un rendimiento constante, trazabilidad y fiabilidad a largo plazo en entornos de producción. Estos materiales de marca (Stratasys, Markforged) representan formulaciones cuidadosamente controladas con propiedades documentadas, cadenas de suministro certificadas y trazabilidad de lotes, esenciales para las piezas de producción.
Consideraciones sobre las piezas de producción
- Fiabilidad probada a largo plazo en condiciones reales.
- Propiedades mecánicas uniformes entre lotes.
- Resistencia ambiental acorde con las exigencias de la aplicación.
- El coste por pieza se vuelve crítico para grandes volúmenes.
Materiales disponibles
- Nailon: Markforged Onyx
- PEI: ULTEM 9085, ULTEM 1010
- ASA: Stratasys ASA
- ABS: ABS M30
Al pasar del prototipo a la producción, también puede considerar tecnologías basadas en polvo como SLS y MJF, o incluso la impresión 3D en metal, para acceder a una gama aún más amplia de propiedades de resistencia para las piezas de uso final.
Aplicaciones por industria
Las diferentes industrias llevan los materiales al límite de sus posibilidades de maneras distintas. Así actúan los filamentos más resistentes en sectores clave:
Aeroespacial: cuando las piezas se elevan hacia el cielo, el equilibrio entre resistencia y peso es fundamental. Los filamentos ULTEM se usan ampliamente en interiores de aeronaves, conductos y componentes estructurales no críticos, donde sus propiedades pirorretardantes y su relación resistencia-peso son esenciales.
Sanidad: cuando hay vidas que dependen del perfecto funcionamiento de sus prototipos, la biocompatibilidad y la resistencia química de ULTEM le dan una ventaja competitiva. Desde prototipos de instrumentos quirúrgicos hasta carcasas de equipos de diagnóstico, estos filamentos de alto rendimiento soportan ciclos de esterilización y entornos exigentes que destruirían materiales de menor calidad.
Automoción: no hay cabida para materiales débiles bajo el capó. El nailon con fibra de carbono se adapta perfectamente a estas condiciones adversas, desde carcasas de motor sometidas a ciclos térmicos constantes hasta soportes personalizados que deben resistir años de vibraciones. La estabilidad térmica de este material permite que las piezas sigan funcionando cuando otras se deformarían o agrietarían.
Electrónica de consumo: si necesita que su producto tenga un aspecto atractivo y un funcionamiento fiable, Markforged Onyx le ofrece rendimiento y estética. Gracias a su excelente acabado superficial y su resistencia a los impactos, es el aliado perfecto para prototipos de carcasas que deben soportar las inevitables caídas y golpes del uso diario.
Diseño con filamentos resistentes
Los filamentos de alta resistencia se comportan de manera diferente a los plásticos estándar. Conocer sus particularidades le ayudará a diseñar piezas que proporcionen el rendimiento que espera.
- Sensibilidad a la humedad: los materiales a base de nailon absorben fácilmente la humedad. Las secciones gruesas pueden retener humedad y debilitarse con el tiempo. Utilice características huecas o vías de drenaje para reducir el riesgo.
- Orientación de impresión y anisotropía: las piezas impresas con capas perpendiculares a la tensión pueden ser entre un 20 y un 40 % más débiles que las alineadas con la carga. Los filamentos de fibra de carbono son especialmente resistentes en la dirección de la capa, pero débiles entre capas. Diseñe siempre las trayectorias de carga de manera que sigan la dirección del grano de impresión.
- Dilatación térmica: el ULTEM se expande y contrae más que los plásticos estándar. Tenga en cuenta este movimiento ajustando las tolerancias y los diseños de las uniones.
- Adhesión de capas: las transiciones suaves y las esquinas redondeadas reducen las concentraciones de tensión en las interfaces entre capas y mejoran la resistencia general.
Garantía de calidad en impresión 3D
La alta calidad es nuestra máxima prioridad, especialmente con filamentos resistentes, donde el rendimiento es fundamental. Cada pedido pasa por procesos de garantía estructurados diseñados para dar confianza a los ingenieros:
- Análisis de DFM: cada presupuesto incluye comprobaciones automáticas para señalar problemas potenciales, como paredes finas, superficies inaccesibles o problemas de resolución de texto, antes de comenzar la impresión.
- Controles de calidad durante el proceso: los técnicos cualificados de fabricación aditiva realizan controles de calidad en cada geometría única a medida que avanza la producción.
- Inspección visual: las piezas se someten a una inspección visual para garantizar la coherencia con su modelo 3D.
- Muestreo dimensional: se toman muestras de las dimensiones clave para verificar que las dimensiones básicas cumplen con las tolerancias presupuestadas.
- Opciones de informes certificados: para los procesos con certificación AS9100 (SLS, MJF y DMLS), ofrecemos un muestreo NCA de Nivel II con varias opciones de informes, entre los que se encuentran la inspección del primer artículo (FAI) AS9102, informes de construcción, informes de inspección dimensional (DIR) e informes de referencia, lo que proporciona flexibilidad a los ingenieros para seleccionar el nivel de documentación que se adapte a los requisitos de su proyecto.
El control de calidad también se aplica de forma rigurosa en Protolabs Network, que cuenta con la certificación AS9100D/ISO 9001: 2015, con certificaciones adicionales disponibles a través de nuestros fabricantes colaboradores.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el filamento más resistente para impresión 3D?
expand_less expand_moreEl filamento más resistente viene determinado por su aplicación. ULTEM 1010 ofrece una resistencia a la tracción de 103 MPa, mientras que Markforged Onyx lidera la resistencia a los impactos con 330 J/m.
¿La resistencia es lo mismo que la rigidez?
expand_less expand_moreNo. La rigidez es la resistencia a la deformación, mientras que la resistencia es la capacidad de soportar fuerzas.
¿Se pueden utilizar filamentos resistentes para prototipos funcionales?
expand_less expand_moreSí, y a menudo reducen el desfase entre el prototipado y la producción.
¿Cuál es la diferencia de precio entre los filamentos resistentes?
expand_less expand_moreSu coste inicial es mayor, pero suponen un ahorro al prolongar la vida útil de las piezas y reducir las roturas.
¿Los filamentos de fibra de carbono son siempre más resistentes?
expand_less expand_moreNo siempre. Aumentan la rigidez, pero pueden reducir la resistencia a los impactos. Onyx supera al nailon de fibra de carbono en cuanto a absorción de golpes.
¿Cuándo se deben usar materiales en polvo en su lugar?
expand_less expand_moreCuando los filamentos no pueden satisfacer sus requisitos de resistencia. SLS y MJF suelen ofrecer un rendimiento superior.
¿Debo tener en cuenta alguna consideración especial de CAD para filamentos resistentes?
expand_less expand_moreSí, hay varios factores que tienen mayor relevancia en el caso de los materiales de alta resistencia. Diseñe paredes más gruesas (mínimo 1,5 mm), evite esquinas internas afiladas que crean concentraciones de tensión y considere cómo se orientará la pieza durante la impresión. Nuestro análisis de DFM señala de forma automática los problemas potenciales durante la elaboración del presupuesto.
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