CONCEPTOS AVANZADOS DE FDM

Dic 22, 2017 | Materiales, Tecnologías

En una entrada anterior de Blog Ingenius describíamos el proceso de fabricación aditiva más popular por su bajo coste y facilidad de empleo, el FDM o FFF. En esta entrada vamos a ampliar un poco la información, con nuevos datos, materiales y aplicaciones que ofrece la tecnología.

El material más extendido en esta tecnología es sin duda el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) gracias a sus buenas propiedades resistentes y duraderas en el tiempo; sin embargo no está exento de problemas a la hora de fabricarse ya que, si no se toman medidas, tiende a deformarse debido al calor produciendo un efecto denominado warping que provoca que las piezas finales no sirvan; además es conveniente utilizar una cama calefactada para que se produzca una buena adhesión en la primeras capas así como lacas o pegamentos y se fabrica a temperaturas en torno a 260 ºC dependiendo del fabricante.

El material más extendido en esta tecnología es sin duda el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) gracias a sus buenas propiedades resistentes y duraderas en el tiempo

| Efecto warping debido al calor. Fotos de EDDM Solutions. 2017

Debido a estos problemas cada vez más se está yendo a la utilización del PLA (acido poliláctico). El PLA, además de ser más ecológico que el ABS ya que se obtiene a partir de almidón y es biodegradable, carece de problemas de warping, se fabrica a temperaturas más bajas, 210 ºC, y es muy fácil de extruir.

A parte de estos dos materiales populares existe una gama muy amplia de otros materiales que por lo general son más difíciles de trabajar y que presentan propiedades particulares como el ULTEM 9085, material certificado para vuelo, el PEEK, plástico con características resistentes muy buenas o la poliamida o nylon, material que es muy resistente a agentes químicos con características resistentes adecuadas para piezas finales; materiales a los que dedicaremos una entrada en Ingenius.

El PLA, además de ser más ecológico que el ABS ya que se obtiene a partir de almidón y es biodegradable, carece de problemas de warping, se fabrica a temperaturas más bajas, 210 ºC, y es muy fácil de extruir.

A la hora de diseñar piezas para FDM debemos tener en cuenta unos cuantos factores que van a determinar la forma final de las mismas. Para empezar debemos tener claro de antemano en qué posición vamos a fabricar nuestra pieza ya que esto va a determinar las características de la misma en los siguientes aspectos:

Estructuras de soporte

Como comentábamos en nuestra primera sobre FDM/FFF, la orientación de las piezas hará que en algunas partes se necesiten estructuras de soporte para fabricarlas. Hay que tener en cuenta que las zonas en contacto con estas estructuras tienen un acabado superficial de peor calidad, y que además habrá que eliminar posteriormente mediante métodos mecánicos, por lo que habrá que tener en cuenta accesos o mediante disolventes, agua etc para materiales solubles.

| Soporte de piezas en FDM/FFF. Imagen propiedad de EDDM.

Resistencia de la pieza

La fuerza necesaria para despegar las capas de una pieza de FDM es mucho menor que la fuerza necesaria para romper las fibras en la orientación XY (dentro de cada capa) por lo que la resistencia final de las piezas va  a verse directamente determinada por la orientación de fabricación.

| Resistencia de probetas fabricadas mediante impresión 3D en función del ángulo de fabricación. EDDM Solutions 2017

Tipo y porcentaje del relleno

Unas de las características de la fabricación aditiva mediante FDM es la posibilidad de fabricar con distintos rellenos, aligerando el interior de la pieza y maximizando el ratio resistencia / peso. La mayoría de slicers del mercado incluyen numerosos rellenos predefinidos que se orientan según los ejes XYZ. La posición, forma y porcentaje sobre el volumen total de estos rellenos determinará directamente la resistencia de la pieza.

| Rotura de probetas con distintos rellenos. EDDM Solutions 2017

La posición, forma y porcentaje sobre el volumen total de estos rellenos determinará directamente la resistencia de la pieza.

Para incluir piezas finales de FDM en la cadena de suministro como se hace con cualquier otra pieza de otras tecnologías convencionales se deben realizar análisis por elementos finitos o ensayos que aseguren su correcto funcionamiento. Actualmente no existen códigos de elementos finitos que implementen soluciones orientadas a FDM debido a la complejidad del despegado de capa y del diseño de cada trazado de cada capa, que se debe tener en cuenta también a la hora de analizar estas piezas por lo que debemos recurrir a datos de ensayos para obtener admisibles que nos permitan realizar unas simulaciones aproximadas y que nos aporten unos datos de resistencia fiables.

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