En el segundo artículo de nuestra serie de cuatro partes, nuestro químico Jean Paul Formosa explora cómo evitar el alabeo en la impresión 3D analizando sus causas. Si se perdió la primera parte, puede encontrarla aquí.
Prevención del alabeo
La clave para evitar el alabeo es garantizar que la adhesión entre la primera capa del objeto impreso y la placa de impresión sea mayor que las tensiones térmicas de la primera capa. La deformación de una impresión puede mitigarse controlando la adhesión a la placa de impresión y el gradiente térmico. La adhesión de la primera capa depende de varios factores, entre ellos
- Material de la placa de impresión
- Adhesivo utilizado
- Tipo de material impreso
- Temperatura de la placa de impresión
- Temperatura de la boquilla
- Velocidad de impresión de la primera capa
- Flujo de la primera capa
- Nivelación de la placa de impresión
La adherencia de la primera capa suele ser mayor cuando la temperatura de la placa de impresión, la temperatura de la boquilla y el flujo de la primera capa son altos y la velocidad de impresión de la primera capa es baja. Sin embargo, estos ajustes dependen en gran medida de la combinación de impresora, material y entorno.
Control del gradiente térmico
Un buen control del gradiente térmico durante la impresión FDM puede ayudar a reducir el alabeo al disminuir las tensiones térmicas. Esto se consigue generalmente manteniendo la temperatura interna de la impresora ligeramente (10° - 20°C) por debajo de la temperatura de transición vítrea del material impreso. La temperatura de transición vítrea es el intervalo de temperatura por encima del cual un material termoplástico empieza a comportarse como una goma. Por debajo de esta temperatura, el material se encuentra en un estado rígido y vítreo, mientras que por encima de esta temperatura es más blando y menos rígido.
Para muchos materiales de filamento FDM, la temperatura dentro de una impresora sin una cámara cerrada y calentada activamente no es suficiente para acercarse al punto vítreo del material. Sin embargo, mantener una temperatura de fabricación constante es crucial para evitar problemas de impresión. Siempre es aconsejable evitar las corrientes de aire y los cambios bruscos de temperatura durante la impresión.
Algunos materiales de ingeniería, como el nailon y el ABS, pueden imprimirse fácilmente en impresoras cerradas con lechos calefactados. El lecho calefactado es suficiente para mantener la temperatura interna de la impresora lo suficientemente alta como para mitigar el alabeo, si se utiliza un adhesivo de platina lo suficientemente fuerte. Por otro lado, es probable que los materiales de alta temperatura, como el PC virgen, el PEEK, el Ultem y el PPSU, requieran una cámara calefactada para reducir las tensiones térmicas durante la impresión, que a menudo provocan alabeos y otros artefactos. Otros factores que pueden influir en las tensiones térmicas son la altura de la capa, la velocidad de impresión, el grosor del revestimiento y el porcentaje de relleno, ya que los valores más altos suelen provocar una mayor tendencia al alabeo.
Temperatura de la placa de impresión y sus consecuencias
A la vista de esta información, cabría pensar que aumentar al máximo la temperatura de la placa de impresión evitaría el alabeo. Desafortunadamente, este no es el caso para la mayoría de los materiales FDM.
Aumentar demasiado la temperatura de la placa de impresión puede causar tres problemas principales:
- Pérdida de calidad de impresión: el polímero impreso en la placa de impresión se vuelve demasiado blando, lo que provoca curvaturas en las esquinas afiladas y deformaciones de la pieza.
Figura: Impresión en banco utilizando PLA, las imágenes de la izquierda muestran una impresión en banco con la cama calefactada a 60°C, mientras que las imágenes de la derecha muestran una impresión en banco a 80°C. De cerca se puede ver que el benchy de la derecha se ha deformado y también muestra artefactos debido a la curvatura de las capas debido al calor excesivo.
- Estabilidad de la base de la impresión: A medida que aumenta la altura de la impresión, la masa de material de la base debe ser lo suficientemente rígida para resistir las tensiones térmicas de las capas recién depositadas. Si la temperatura de la plancha es demasiado alta, la base será demasiado blanda para resistir estas tensiones.
Figura: Impresión con un material rígido frente a un material flexible.
El material rígido podrá resistir las tensiones de deformación, ya que el material más frío de la parte inferior de la impresión tiene suficiente fuerza (tensión interna) para resistir más deformaciones. Un material flexible o blando no será lo suficientemente fuerte como para resistir la tensión de deformación inducida por la contracción de las capas superiores de la impresión.
Un material rígido puede resistir las tensiones de deformación, mientras que un material flexible no es lo suficientemente fuerte como para resistir las tensiones inducidas por la contracción de las capas superiores.
- Adherencia de la plancha: Aunque a temperaturas más altas la adherencia entre el plástico y el adhesivo suele ser mayor, la resistencia efectiva de la capa adhesiva empieza a disminuir. La mayoría de los adhesivos y las superficies de las placas de construcción están hechas de polímeros que se ablandan al aumentar la temperatura. En consecuencia, existe un intervalo de temperatura para cada material en el que la deformación de la pieza moldeada es mínima, con un compromiso en el que se maximizan la adhesión de la primera capa y la resistencia de la capa adhesiva y se minimizan las tensiones térmicas y de deformación.
MagigooPor estas razones, determinar la mejor temperatura de impresión en su sistema de impresión 3D es importante para evitar la deformación con ® adhesivos.
En la Parte 3, trataremos en detalle cómo determinar este rango óptimo de temperatura y compartiremos con usted algunas herramientas y consejos para facilitar este proceso.
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