Cualidades del filamento PLA

¿Cuáles son las propiedades del filamento de ácido poliláctico (PLA) y cómo afectan a tu experiencia de impresión 3D? En este artículo, nos proponemos abordar esta cuestión. Repasaremos todas las propiedades mecánicas y termofísicas relevantes del filamento PLA y te informaremos de cómo se compara con otros termoplásticos como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y el polietilenglicol tereftalato (PETG) y por qué es importante. ¡Abróchate el cinturón para disfrutar de una experiencia de ciencia de materiales aplicada que no encontrarás en ningún otro lugar!

• Temperatura de impresión: La temperatura de impresión del filamento PLA debe ser superior al punto en el que comienza a actuar como un líquido, porque el filamento PLA puede ser amorfo, no tiene un punto de fusión como la mayoría de los otros materiales, pero comienza a fluir bien alrededor de los 160 ⁰C. El PETG comienza a fluir alrededor de los 230 ⁰C y el ABS está alrededor de los 240 ⁰C. Una temperatura de impresión más alta también significa que el plástico disminuye más su temperatura para llegar a la temperatura ambiente, por lo que los puntos de fusión más altos resultan indirectamente en más deformaciones y ondulaciones (todo lo demás igual). ¿Qué más importa para la deformación y la ondulación? El coeficiente de expansión térmica, del que hablaremos a continuación.
• Expansión térmica: el coeficiente de expansión térmica (CTE) describe cuánto crece o se encoge un material a medida que cambia su temperatura. Un CTE alto significa que las dimensiones del material son más sensibles a un cambio de temperatura determinado. El filamento PLA tiene un coeficiente de expansión térmica de 68e-6/⁰C, mientras que el ABS tiene un CTE de 90e-6/⁰C y el PETG tiene un CTE de 68,4e-6/⁰C. Puedes ver que el ABS tiene un CTE significativamente más alto que los filamentos PETG y PLA, y esta es en parte la razón por la que el ABS es tan propenso a deformarse y curvarse.
• Temperatura de deflexión térmica: La temperatura de deflexión térmica de un material es la temperatura a la que el plástico comienza a ablandarse y doblarse fácilmente bajo una carga. Una temperatura de deflexión térmica alta es lo que la gente suele denominar "resistencia al calor". El filamento PLA tiene una temperatura de deflexión térmica de 55 ⁰C, mientras que el ABS está a 100 ⁰C y el PETG a 71 ⁰C. Puedes ver que el ABS tiene la mayor resistencia a la temperatura, luego el PETG y, por último, el PLA tiene la menor.
• Resistencia: La resistencia es un tema confuso para muchos, porque depende del proceso de fabricación, puede referirse a la resistencia bajo varios tipos diferentes de cargas y a menudo se confunde con la tenacidad (próximo tema). Por lo general, en los plásticos, la resistencia se refiere a la resistencia a la tracción del material a granel (esto ignora la resistencia adhesiva entre capas). Para saber cómo hacer las piezas impresas en 3D más resistentes posibles, consulte este artículo . La resistencia a la tracción es la tensión que puede soportar el material antes de deformarse permanentemente, de modo que cuando se retira la carga, el plástico no vuelve a su forma original. La resistencia a la tracción de los filamentos PLA, ABS y PETG son respectivamente: 60, 40 y 50 MPa. Puede ver que el PLA es en realidad el más fuerte, pero sabemos que no lo hace bien bajo cargas o impactos repetidos. Esto nos lleva al siguiente tema: ¡la tenacidad!
• Dureza: La dureza es muy parecida a la fuerza, pero un poco diferente. Técnicamente es la integral de la curva de tensión y deformación capturada durante la prueba de resistencia, pero comprenderla no tiene por qué ser tan complicado. El caucho es resistente, pero débil. Puedes golpearlo con un martillo y no se rompe, pero si lo agarras y tiras, puedes partirlo por la mitad fácilmente. La cerámica (como los platos de cocina) no es resistente, pero es fuerte. Si los golpeas con un martillo se romperán, pero no podrás separarlos fácilmente. Cuanto más resistente es un material, mayor es su elongación máxima antes de romperse y más fuerte es contra los impactos. Los filamentos PLA, ABS y PETG tienen resistencias al impacto de 16, 200 y 101 respectivamente. Puedes ver que el PLA no es muy resistente, el ABS es muy resistente y el PETG está en el medio.
• Rigidez: La rigidez describe cuánto se dobla un material bajo una carga determinada. El acero es rígido, mientras que el caucho no lo es. Esta propiedad suele caracterizarse por el módulo de Young (también llamado módulo de elasticidad). Los valores de los filamentos PLA, ABS y PETG son los siguientes: 3,6, 2,0 y 2,1 GPa. Se puede ver que el PLA es, con diferencia, el más rígido de los tres materiales. A menudo, la alta resistencia y rigidez se combinan con una baja tenacidad (como en el caso de la cerámica), y también ocurre lo contrario (como en el caso del caucho).
• Conductividad térmica: la conductividad térmica afecta la facilidad con la que se puede imprimir el plástico. Una conductividad térmica más alta significa que el calor se conduce más rápidamente desde la superficie del filamento hasta el centro del filamento. Un plástico con una conductividad térmica más alta será más fácil de extruir y se enfriará más rápido (si la densidad y el calor específico son iguales) que los materiales con una conductividad térmica más baja. Los filamentos PLA, ABS y PETG tienen las siguientes conductividades térmicas: 0,16, 0,1 y 0,2 W/(m*K).
• Calor latente de fusión: El calor latente de fusión describe cuánta energía se requiere para fundir una sustancia. Piense en el agua helada. ¿Qué hace el hielo? Mantiene el agua en su punto de fusión (32 ⁰F = 0 ⁰C) hasta que todo el hielo se derrite. A medida que el hielo se derrite, la energía se almacena en él. Del mismo modo, se necesita energía para fundir el PLA. De hecho, se necesitan aproximadamente 93,6 kJ por kg de PLA (dependiendo un poco de la cristalinidad de su PLA en particular) para fundir el filamento de PLA. Esto se compara con 110 kJ/kg de ABS. En otras palabras, el calentador de su hotend tiene que trabajar un 15% más duro solo para fundir el ABS y, por supuesto, tiene que trabajar aún más duro para mantener la boquilla a las temperaturas de impresión elevadas para el ABS. Esta es en parte la razón por la que es más fácil imprimir en 3D con PLA que con ABS.

Ahora comprende la mayoría de las propiedades de los materiales que afectan la calidad de sus impresiones 3D y la facilidad con la que puede imprimir cosas en 3D. Esperamos que esto le ayude a comprender mucho mejor el proceso de impresión 3D. Si tiene alguna pregunta, comentario, sugerencia o trolling de alta calidad, déjelo en la sección de comentarios. ¡Gracias a todos!