El nailon (también conocido como poliamida PA) es un plástico de ingeniería resistente y un polímero ampliamente utilizado en la fabricación aditiva, conocido por su resistencia al calor, la abrasión, la fricción y los productos químicos. La microestructura semicristalina del nailon proporciona una excelente relación rigidez-flexibilidad y se puede combinar o mejorar con otros materiales para mejorar su rendimiento y características. Las piezas de nailon impresas en 3D se pueden utilizar en diversos campos, desde textiles hasta prótesis médicas y piezas aeroespaciales.
Nylon Apareció por primera vez en 1935 como nailon 6.6. Fue desarrollado por Wallace Carothers, quien luego trabajó en DuPont. El primer material de nailon se patentó en 1937 y se comercializó en 1938, y sigue siendo uno de los materiales plásticos más utilizados en la actualidad. El nailon se utiliza principalmente en la industria textil por su flexibilidad y durabilidad. Se utilizó por primera vez en la producción de medias de mujer en 1940. Una de las propiedades más interesantes de este material, incluso en la impresión 3D, es su flexibilidad. El nailon 6, en cambio, fue producido originalmente por Paul Schlack en el laboratorio IG Farben y patentado en 1941. Todas las demás formas de nailon llegaron más tarde.
Además de los ya mencionados, existen dos tipos de nailon muy utilizados en la industria: PA11 y PA12. Curiosamente, no sólo se distinguen por un único átomo de carbono, sino que también tienen orígenes muy diferentes. El PA11 se elabora a partir de aceite de ricino, un recurso natural renovable, mientras que el PA12 se elabora a partir de petróleo. Existe mucho debate sobre el origen del nailon y su impacto en el medio ambiente. Si estuviera disponible, los usuarios elegirían PA11 sobre PA12 debido a sus buenas propiedades para artículos en contacto con la piel. Pero hay que decir que ni siquiera el PA11 es totalmente respetuoso con el medio ambiente, ya que normalmente no hay dónde reciclarlo, por lo que se desecha como otros tipos de plástico. Cuando se trata de impresión 3D, es importante tener en cuenta que el nailon en polvo se puede reutilizar para múltiples impresiones. En particular, se sabe que el proceso HP Multi Jet Fusion utiliza poliamidas como PA12 y PA11 y tiene una tasa de uso más alta en comparación con la tecnología SLS.
Advantage
- resistente y parcialmente flexible
- alta resistencia al impacto
- Sin mal olor al imprimir
- Buena resistencia al desgaste
Defecto
- Fácil de deformar
- Necesita almacenamiento hermético para evitar la absorción de agua.
- El secado inadecuado de los consumibles puede provocar defectos de impresión
- No apto para ambientes húmedos.
¿Por qué utilizar nailon como material de impresión 3D?
Ideal para prototipos y piezas funcionales, como engranajes y herramientas, el nailon se puede reforzar con fibras de carbono o de vidrio para mayor resistencia, lo que da como resultado piezas livianas con excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, el nailon no es particularmente rígido en comparación con el ABS. Por lo tanto, si su pieza requiere rigidez, tendrá que considerar el uso de material adicional para fortalecerla.
El nailon tiene una alta relación rigidez-flexibilidad. Esto significa que al imprimir paredes delgadas su pieza será flexible y al imprimir paredes gruesas su pieza será rígida. Esto es ideal para producir componentes como bisagras vivas con partes rígidas y juntas flexibles.
Dado que las piezas impresas con nailon suelen tener un buen acabado superficial, se requiere menos posprocesamiento.
Combinado con tecnologías de lecho de polvo como SLS y Multi Jet Fusion, nailon impresión 3D Se puede utilizar para crear piezas móviles y entrelazadas. Esto elimina la necesidad de ensamblar componentes impresos individualmente y permite producir objetos altamente complejos mucho más rápido.
Material de nailon impreso en 3D
El nailon está disponible en forma de polvo o filamento, adecuado para tecnologías de impresión 3D como SLS, Multi Jet Fusion o FDM. El nailon se clasifica según su composición química, en particular el número de átomos de carbono que contiene; los más conocidos en el mercado de la impresión 3D son, sin duda, PA12 y PA11, y PA6 para FDM. El filamento de nailon normalmente requiere temperaturas de extrusión cercanas a los 250 °C; sin embargo, debido a su composición química, ciertas marcas de nailon permiten la impresión 3D a temperaturas tan bajas como 220 °C. Muchas impresoras 3D no contienen hotends que puedan alcanzar con seguridad los 250 ºC, por lo que estas versiones de temperatura más baja pueden ser útiles y puede que no sea necesario actualizar el hotend. Un gran desafío con los filamentos de nailon es que son higroscópicos, lo que significa que absorben fácilmente la humedad del entorno que los rodea. Después de que la impresión, el nailon absorbe la humedad, causará algunos problemas de calidad de impresión, por lo que el almacenamiento de los consumibles se vuelve muy importante y requiere atención especial.
Para el nailon en polvo, el nailon más utilizado es el PA12. Se prefiere por sus altísimas propiedades mecánicas y térmicas: es muy duro, fuerte incluso a temperaturas muy bajas, resistente a la tensión y tiene un bajo contenido de humedad. Además, es fácil de postprocesar (pinturas, tintes, etc.). PA11 también está disponible en forma de polvo y comparte muchas de las mismas propiedades que PA12, pero tiene algunas diferencias importantes. Tiene buena estabilidad térmica, resistencia a la luz y a los rayos UV, y buena elasticidad. Las piezas impresas con PA11 también son más duraderas, lo que lo convierte en un material ideal para producir prototipos funcionales o piezas finales con importantes propiedades mecánicas. Pero vale la pena señalar que PA11 absorbe más agua que PA12.
Aplicaciones del nailon en la impresión 3D
La flexibilidad y resistencia del nailon lo hacen ideal para piezas de automóviles, como la fabricación de piezas que resistan la fricción y la deformación. También se utiliza para fabricar engranajes, bisagras y como reemplazo de algunos plásticos utilizados en el moldeo por inyección. Además, es biocompatible, lo que significa que podría usarse para fabricar prótesis y otras piezas que entren en contacto con la piel. Las piezas de nailon también se pueden utilizar en aviones: por ejemplo, la empresa estadounidense Metro Aerospace presentó recientemente microcuchillas de nailon rellenas de vidrio impresas en 3D y diseñadas para reducir la resistencia. Con este proceso de impresión 3D, Metro Aerospace pudo garantizar la consistencia de sus componentes aptos para vuelo, lo que facilitó la obtención de la aprobación de la FAA. . También se puede pintar fácilmente para darle un aspecto aún más atractivo.
Los compuestos a base de nailon y poliamida son los más adecuados para su uso con técnicas de impresión 3D en lecho de polvo, como la sinterización selectiva por láser (SLS) y la fusión por chorro múltiple (MJF), y existen muchos tipos diferentes en el mercado. El material de nailon también está disponible en forma de filamento para su uso en impresoras 3D FDM. Sin embargo, utilizar filamentos de nailon en FDM puede resultar más difícil debido a las altas temperaturas de impresión y los problemas de deformación.
SLS
Los polvos de nailon se utilizan ampliamente en el proceso de impresión SLS, siendo la poliamida 11 (PA11) y la poliamida 12 (PA12) las dos poliamidas más utilizadas. PA11 tiene una excelente resistencia a los rayos UV y al impacto, mientras que PA12 tiene mayor resistencia y rigidez. También existen diversos materiales compuestos, como el vidrio, la fibra de carbono y las poliamidas reforzadas con aluminio, que pueden proporcionar propiedades mecánicas superiores. Actualmente, SLS es la tecnología más fiable para la impresión 3D de nailon, aunque la tecnología Multi Jet Fusion ofrece velocidades más altas y una mejor precisión dimensional.
Fusión de chorro múltiple
La tecnología Multi Jet Fusion de HP admite una gama de materiales de impresión 3D de nailon, a saber, PA11, PA12 y perlas de vidrio HP 3D de alta reutilización PA 12 (material de poliamida relleno al 40 % de perlas de vidrio). El polvo de nailon de MJF es altamente reutilizable, ya que el exceso de polvo (hasta un 70%) puede reciclarse y reintroducirse en el proceso de impresión sin comprometer las propiedades mecánicas de la pieza.
Modelado por deposición fundida
Si bien FDM se puede utilizar para imprimir nailon en 3D, el nailon requiere temperaturas de impresión más altas que las que pueden soportar muchas extrusoras FDM. En comparación con SLS y MJF, los filamentos de nailon FDM no se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales, pero todavía hay varias impresoras 3D FDM en el mercado que están optimizadas para este caso de uso. Por ejemplo, Markforged ofrece su material patentado Onyx. Se dice que Onyx, un compuesto de fibra de ilón y microcarbono que produce piezas duras y resistentes al calor adecuadas para aplicaciones finales, es 1.4 veces más fuerte y rígido que las piezas de ABS.
Precauciones para la impresión 3D de piezas de nailon
fusión de chorros múltiples
La tecnología HP Multi Jet Fusion (MJF) imprime rápidamente, captura detalles más complejos en los diseños y ofrece una alta precisión dimensional. Durante este proceso, la impresora MJF distribuye una capa de polvo sobre la plataforma de construcción. Luego se rocía un fundente químico sobre cada nueva capa de polvo para ayudar a que el polvo absorba la energía de la luz infrarroja de la impresora y forme la pieza final.
Hay varias consideraciones clave para la impresión 3D de nailon con MJF:
- Debes diseñar la pieza con un espesor de pared de al menos 1 mm. Sin embargo, si está diseñando una bisagra viva, el espesor mínimo de la pared debe ser de 0.3 mm.
- El espesor mínimo de la pared y la distancia mínima entre dos elementos (también conocida como espacio entre canales) debe ser de 0.762 mm.
- Siempre debes incluir orificios de escape en tu diseño para eliminar el polvo de nailon después de la impresión.
Además, cuando utilice nailon para procesos de fabricación aditiva en lecho de polvo, asegúrese de que su diseño incluya suficiente espacio entre las funciones y evite diseñar piezas grandes o planas. Si no lo hace, su parte final será propensa a deformarse.
Modelado por deposición fundida
Si bien el nailon y los compuestos a base de nailon son los más adecuados para procesos de fabricación aditiva como MJF y sinterización selectiva por láser (SLS), también se puede imprimir nailon en 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM). Con FDM, los filamentos de nailon se funden y el material fundido se extruye a través de una boquilla sobre una plataforma. Luego, la pieza se construye capa por capa.
Al imprimir filamentos de nailon en 3D, tenga en cuenta:
- A diferencia de MJF, es posible que deba incluir estructuras de soporte en su diseño.
- La deformación se puede minimizar precalentando la plataforma, apagando los ventiladores de enfriamiento de la impresora o usando una impresora con una cámara o gabinete calentado.
- Su impresora debe tener un hot end totalmente metálico que pueda soportar temperaturas superiores a 250 °C y una base que pueda alcanzar hasta 65 °C.
Además, el nailon absorbe mucha humedad del aire, lo que puede provocar una mala adhesión entre capas, superficies rugosas, agujeros microscópicos y burbujas de aire. Se deben tomar medidas especiales para mantener el material de nailon libre de humedad para evitar estos problemas.
Piezas de nailon impresas en 3D de AN-Prototype
Tener en cuenta estos consejos y consideraciones de diseño puede ayudarle a crear piezas funcionales de nailon impresas en 3D. Si planea utilizar nailon para su próximo proyecto de impresión 3D, considere trabajar con un fabricante experimentado para simplificar y acelerar el proceso y garantizar los mejores resultados posibles.
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