En la fabricación aditiva, los materiales poliméricos son importantes para la transparencia, pero la verdadera clave está en los parámetros de impresión y el posprocesamiento.
Un indicador de la creciente sofisticación de la fabricación aditiva (AM) de materiales y procesos poliméricos es la posibilidad de imprimir piezas transparentes en 3D. Hace unos años, los plásticos y resinas que pretendían ofrecer resultados «similares al vidrio» arrojaron resultados decepcionantes. Las piezas impresas en 3D a partir de estos materiales tienen un aspecto amarillo o “lechoso” (o ambos), pero hoy en día es posible imprimir piezas en 3D con claridad óptica, aunque con algo de esfuerzo.
Procesos de impresión 3D para piezas transparentes
Los tres procesos principales para la impresión 3D de polímeros transparentes son la producción de filamentos fundidos (FFF), también conocida como modelado por deposición fundida (FDM), fotopolimerización en tina (VP), también conocida como estereolitografía de etiquetas patentada (SLA), y chorro de material (MJ), también conocido como PolyJetet.
Sin entrar en detalles de marca, estos procesos se enumeran en orden ascendente aproximado de facilidad de uso y costo relativo. En el contexto de la transparencia como característica principal de interés, cada uno de ellos tiene sus propios problemas. Por ejemplo, las líneas de capa, que suelen ser más visibles en FDM, dan como resultado espacios que dispersan la luz y dan como resultado partes translúcidas en lugar de transparentes. Si bien las capas de SLA son más delgadas y, por lo tanto, menos propensas a dispersarse, las resinas pueden decolorarse debido a un secado excesivo o insuficiente.
También vale la pena señalar que existen otros procesos más experimentales que permiten imprimir en 3D piezas reales de vidrio en lugar de plástico, como el método de escritura directa con tinta desarrollado recientemente en el MIT. Sin embargo, aunque las tintas únicas que contienen soluciones de silicato son muy prometedoras para la producción de objetos de vidrio a temperaturas relativamente bajas, la pureza óptica de estos objetos sigue siendo un problema constante.
Materiales poliméricos transparentes.
Hoy en día, hay muchos materiales disponibles para imprimir en 3D piezas claras (o al menos transparentes) utilizando FFF, VP y MJ.
Los ejemplos de fibras FFF disponibles incluyen varios termoplásticos que se encuentran en aplicaciones de fabricación más tradicionales, como el polimetacrilato de metilo (PMMA), comúnmente conocido como acrílico; policarbonato (PC) y tereftalato de polietileno glicol (PETG). Aunque el comportamiento de estos polímeros es bien conocido en procesos convencionales como el moldeo por inyección, las propiedades de sus materiales difieren significativamente en el contexto de la impresión 3D. Por ejemplo, aunque es posible imprimir componentes de PMMA en 3D, la toxicidad de los vapores resultantes y su tendencia a deformarse presentan desafíos importantes.
Las resinas disponibles para SLA y PolyJet que brindan transparencia incluyen formulaciones patentadas como Accura ClearVue de 3D Systems y WaterClear Ultra 10122 de Stratasys.
En cualquier caso, ya sea impresión 3D FDM o SLA, termoplásticos o resinas, las piezas impresas no alcanzan el nivel de claridad óptica requerido para muchas aplicaciones. Esto requiere posprocesamiento.
Postprocesamiento e impresión 3D para mayor claridad óptica
Las opciones de posprocesamiento disponibles para lograr claridad óptica con piezas impresas en 3D son esencialmente las mismas que con muchos otros procesos basados en polímeros. Estos incluyen lijado y pulido a mano, revestimiento transparente y bruñido con vapor. Los regímenes también son similares.
El lijado, por ejemplo, requiere granos grandes para lograr una superficie brillante y lisa (normalmente alrededor de 3000 granos) y reflectividad (alrededor de 12 000 granos). Un recubrimiento de resina suele dar los mejores resultados en términos de transparencia, pero su eficacia se limita a superficies planas o casi planas.
En el otro extremo del proceso de impresión 3D, los parámetros de impresión marcan una diferencia significativa en la pieza final. Para FDM, los espesores de pared de 2 a 5 mm suelen funcionar mejor, con capas más gruesas, velocidades más bajas y temperaturas más altas. Sin embargo, las temperaturas más altas también pueden provocar microburbujas si el filamento no está lo suficientemente seco. En el caso de SLA, las capas más gruesas se adhieren más rápido, pero generalmente dan como resultado impresiones más oscuras. En ambos casos, la densidad de relleno del 100% ayuda con la claridad óptica, especialmente cuando el relleno es paralelo en lugar del clásico patrón de línea recta.
Quizás lo más importante es que la orientación tiene un impacto significativo en la claridad óptica final de la pieza, ya que la transparencia se logra más fácilmente a través del eje, aunque la presencia de soportes también puede ser un problema durante el tratamiento de la superficie.
En cualquier caso, es posible imprimir piezas ópticamente transparentes en 3D, siempre que se tenga el tiempo y la paciencia para experimentar, modificar la configuración de impresión y dedicar importantes recursos al posprocesamiento.
