Extrusión de material – Material Extrusion – MEX

Descripción

Una de las técnicas 3D más comúnmente utilizadas en la fabricación aditiva es la tecnología por extrusión, también conocida como modelado por deposición fundida o fabricación con filamento fundido. Se define como un proceso de fabricación aditiva en el que el material se dispensa selectivamente a través de una boquilla. Abreviado comúnmente como FFF o FDM, de su término en inglés, este método fue inventado y patentado en 1989 por el fundador de la empresa Stratasys.

El proceso de extrusión consiste en la utilización de un termoplástico que se introduce en la impresora 3D en forma de filamento. Este es conducido por un motor llamado extrusor hasta el hotend o fusor, que es el elemento encargado de hacer que el filamento alcance su punto de fusión para fundirlo y depositarlo en la bandeja de la impresora 3D a través de la boquilla. Estos materiales en forma de filamentos también se pueden sustituir por pellets, que son microplásticos con tamaños inferiores a 5mm, que se extruyen a través de una tolva. En ambos casos, una vez extruido el material, el plástico fundido se deposita en la bandeja de impresión capa a capa hasta conseguir un modelo físico en 3D dimensiones.

Materiales

En la tecnología FDM los materiales termoplásticos compatibles y sus propiedades variarán según su posición en la pirámide de polímeros. Allí podemos encontrar desde plásticos estándar (como PLA o ABS) hasta plásticos de ingeniería (POM, ASA, PET, PC) e incluso de alto rendimiento (PEEK, PEKK, ULTEM). También podemos encontrar filamentos compuestos y reforzados con fibras para obtener piezas realmente resistentes y con un peso mucho menor. Por otro lado, al reemplazar el extrusor de la impresora 3D con un sistema de jeringa o aguja, es posible crear piezas con cerámica, arcilla o materiales alimenticios (chocolate, café, etc.). Cuando la materia utilizada es un hidrogel cargado con células madre, estamos hablando de bioimpresión, una tecnología innovadora en el campo de la medicina.

Postratamientos

Una vez terminado el proceso de fabricación, las piezas obtenidas requieren de un postratamiento. En el caso del método FDM, estos pasos son bastante más sencillos que en otras tecnologías 3D, el paso más común es la eliminación de soportes. Por lo general, estos soportes pueden retirarse de forma manual si se ha utilizado el mismo material, aunque existen igualmente soportes solubles que solo requieren ser disueltos en agua o en otros componentes. Por otro lado, las piezas impresas en 3D por FFF pueden someterse a un postratamiento químico con el objetivo de obtener un acabado superficial de alta calidad. Con ello, se consigue un resultado liso en el que apenas se aprecian las capas, y permite reforzar las propiedades finales de las piezas.

Máquinas/ mercado - aplicaciones

Aunque la impresión 3D FFF suele seguir siempre los mismo pasos para fabricar, las impresoras pueden tener atributos muy diferentes para facilitar el proceso de impresión, hacer piezas más grandes o permitir el uso de materiales más exigentes. Esta variedad hace que el mercado de las impresoras 3D FDM sea muy amplio, con una gran oferta de soluciones que van desde las básicas de escritorio, con un coste tan bajo como unos cientos de euros, hasta las impresoras industriales que pueden costar cientos de miles. Entre algunos de los principales actores del mercado que ofrecen soluciones de extrusión podemos encontrar a Ultimaker, Stratasys, Markforged o la española BCN3D, entre otras muchas más.

Aplicaciones - Industrias

Gracias a esta variedad de impresoras 3D FDM, podemos fabricar una amplia gama de productos y objetos. Estas piezas requieren ciertos pasos de postratamiento para reforzar sus propiedades mecánicas finales. De lo contrario, pueden presentar gran anisotropía, reduciendo su utilización y rendimiento. Por esta razón, gran parte de las aplicaciones de la tecnología FDM son para prototipos y utillajes.

Recomendaciones

Como recomendación final a la hora de usar la impresión 3D por extrusión, es importante tener en cuenta ciertos parámetros de fabricación. Esto incluye las velocidades de impresión, las temperaturas, la refrigeración y las retracciones. También hay que tener cuidado con el llamado warping, un fenómeno en el cual los extremos de la pieza se contraen, se despegan de la bandeja y se deforman. En cuanto a la orientación de la impresión, la regla de los 45 grados nos indicará hasta qué punto los voladizos de la pieza puede ser impresos sin necesidad de soportes. Todos estos aspectos nos garantizarán la obtención de resultados óptimos.

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