La impermeabilidad de una pieza 3D viene determinada por su capacidad de almacenar fluidos (líquidos y gases). También nos solemos referir a la estanqueidad de un objeto 3D y es inversamente proporcional a su porosidad. Si quieres saber como conseguir imprimir piezas impermeables en FDM, te traemos unos trucos para reducir la porosidad de la impresión 3D e impermeabilizar una pieza.
Impermeabilidad de una pieza en impresión 3D
Cuando una pieza tiene muchos poros o son de gran tamaño, hay más huecos por donde puede salir el fluido. Por lo tanto, una pieza de impresión 3D con una buena estanqueidad o con una porosidad mínima no posee ningún tipo de fuga.
En lo que a nosotros nos concierne, hay materiales y procesos de impresión 3D con los que se pueden conseguir elementos mayor o menor estanqueidad.
SLA
Un modelo cerrado en resina por SLA resulta una pieza creada por impresión 3D de totalmente impermeable. En la impresión por estereolitografía se va creando la pieza por la fotopolimerización con láser de resinas foto sensible. Al contrario que la impresión por FDM quedan piezas macizas, por lo que se puede asegurar su mayor impermeabilidad en impresión 3D.
FDM
En la fabricación por FDM cada pieza es creada capa por capa y cada una de estas, está compuesta por unos perímetros y relleno. Esto resulta en piezas con huecos por dentro. Cada capa se funde uniéndose a la anterior, pero lo normal es que queden poros entre ellas. El material de impresión 3D por FDM con mayor porosidad es el PLA, por eso se han estudiado varias maneras de impermeabilizar una pieza.
¿Por qué nos interesa tener piezas impermeables?
Imprimir piezas impermeables viene bien cuando se quiere que no salga o entre un fluido. Últimamente, se ha estado estudiando por la necesidad de crear mascarillas que permitan filtrar la respiración para no propagar el virus de la COVID-19. Como punto a favor, una superficie poco porosa es más fácil de limpiar, ya que no queda suciedad incrustada.
Además, una estructura poco porosa es más resistente mecánicamente, ya que tiene una microestructura con mejor calidad. Quedaría una pieza con las mejores condiciones de resistencia que se pueden conseguir con el material y forma escogidos.
A parte de mascarillas, se pueden impermeabilizar piezas como jarrones, cajas para objetos sensibles a la humedad (como tus filamentos de impresión) o juguetes personalizados que floten en la bañera para los más peques.
¿Cómo conseguimos imprimir una pieza impermeable en 3D por FDM?
Ahora bien, con una configuración estándar de la impresión no se consigue una buena impermeabilidad de las piezas 3D. Según el estudio sobre la mejora de la calidad de objetos impresos por FDM mediante la eliminación de errores en la microestructura de Gordeev E. et al., en la revista científica PLOS ONE, el factor más importante para reducir la porosidad en impresión 3D es el multiplicador de extrusión.
El multiplicador de extrusión es un parámetro que se configura en el laminador e indica la cantidad de plástico que tiene que salir por el extrusor (en forma de porcentaje). Es decir, para un valor de 1, saldrá el 100% de material (depende de la altura de capa y el ancho de impresión que se quiera). Para ahorrar material en piezas poco técnicas se puede bajar el valor hasta a 0,85 e imprimirá bien (con los demás parámetros correctos), puede que con algún problema de calidad superficial.
En las pruebas del experimento de Gordeev E. et al., se imprimieron piezas de diferentes geometrías básicas, se les introdujo aire a poca presión y se sumergieron en agua. De esta manera, alrededor de las piezas más porosas se veía la cantidad y distribución de burbujas que eran capaces de salir.
Resumiendo los resultados de las pruebas, para crear una pieza impermeable 3D se recomienda la siguiente configuración.
Imprimir piezas impermeables configurando el multiplicador de extrusión a valores cercanos a 1
Como podéis ver en la imagen, con un valor del multiplicador de extrusión cercano a 1, se obtienen piezas más impermeables porque se juntan más sus capas.
Imagen procedente del artículo de Gordeev E. et al.
No se puede subir excesivamente porque valores más elevados que 1,1 puede resultar en defectos estéticos en la superficie. Por ello, la porosidad en impresión 3D es clave para la impermeabilización.
Imprimir piezas impermeables usando geometrías adecuadas
La distribución de las burbujas del experimento es diferente en cada geometría. El análisis de las siguientes fotos determina las zonas en las que se crean más fugas (el color rojo determina las zonas de menor impermeabilidad de la impresión 3D).
Imagen procedente del artículo de Gordeev E. et al.
En el caso de que se diseñe la pieza impermeable, y se pueda elegir la geometría que se quiera, conviene que sea con:
- Pocas esquinas
- Pocos cambios de dirección
- Con superficies con poco ángulo de impresión.
Paredes sin poros: grosor mayor de 1mm, un par de perímetros y comienzos de extrusión aleatorios
Con paredes medias (1.1mm) y gruesas (2mm) se consigue que cada capa este formada por un par de perímetros y cierto relleno homogéneo.
Si existe una pared muy fina habrá un hueco en la unión del inicio y fin de extrusión. Si se configura el comienzo de extrusión aleatorio estos huecos no coincidirán entre una capa y otra, pero sí e la misma capa.
Al aumentar un poco el grosor se crea un relleno. Se asegura un relleno capaz de tapar los agujeros del inicio y final de perímetro.
Imagen procedente del artículo de Gordeev E. et al.
Imprimir piezas impermeables a una temperatura de extrusión adecuada al material usado
Si ya se ha probado todo lo anterior y se sigue sin poder imprimir una pieza, por ejemplo de PLA impermeable, puede que la temperatura de impresión no sea correcta para el material que se está usando. Una buena temperatura de impresión permitirá que el material se funda adecuadamente y se peguen bien las capas.
Aumentar porcentaje de relleno
Si tienes alguna pieza 3D con relleno que quiera que quede con buena estanqueidad, puedes aumentar el porcentaje de éste para que haya más material y menos huecos.
Aumentar el diámetro de la boquilla
Boquillas más anchas te permitirán alturas y anchos de impresión con valores más altos. Si las capas son más altas, habrá menos, por lo tanto, menos posibilidad de crear poros. Si el ancho de impresión es mayor las paredes tendrán más material.
Impermeabilizar una pieza con postprocesados
Si no se quiere imprimir una pieza impermeable, sino darle una capa de un material impermeable después de crearla, hay muchas maneras de postprocesarla.
Con disolvente
Las piezas de ASA y ABS se pueden alisar químicamente con vapores de acetona, dejando una superficie continua sin poros. Existen muchísimas estaciones profesionales de alisado y también algunas maneras de crearse una en casa. Hay que tener cuidado al hacerlo de manera manual ya que los gases son irritantes y sólo se deben usar en espacios ventilados.
Con una capa impermeabilizante: aerosol, epoxi o cera.
La manera más rápida y sencilla, pero más cara, de cubrir la pieza con una capa impermeable es con un aerosol especialmente diseñado para esto como PLASTIMPERM F10 de Nanoiva. O, de manera más barata, con un spray de pintura anti-goteras como el de MTN.
La resina epoxi es muy densa y viscosa, si se cubre toda la pieza con una capa homogénea de resina, se cubrirán todos los poros. Además, queda una pieza muy estética con un acabado brillante. Podéis conocer más sobre esta técnica de postprocesado en nuestra entrada de blog sobre ello.
Otra opción aún más barata para impermeabilizar una pieza es cubrirla con cera derretida. Poniendo la cera con un pincel sobre toda la superficie creamos una capa impermeable. Aunque este proceso es barato y fácil, no es permanente. Para ver el proceso para conseguir impermeabilizar una pieza en más detalle, podéis acceder el Instructable sobre este tema.
En conclusión, hay muchísimas maneras de conseguir imprimir una pieza impermeable, puedes elegir la que mejor se adapte a tu idea.
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