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En el debate sobre el uso de PLA o ABS, la respuesta suele depender de la impresión que se vaya a realizar. Una de las consideraciones más habituales es la robustez de la impresión final. Aunque las impresiones de ABS son más resistentes, también pueden ser bastante frágiles y no soportan mucha tensión antes de romperse. El PLA, al ser más flexible, cede a la tensión y puede absorber bastante antes de llegar al punto de rotura. Sin embargo, hay un material que reina supremo en el concurso de la rigidez: los filamentos de fibra de carbono.
En este artículo abordamos qué son exactamente los filamentos de fibra de carbono, los diferentes tipos disponibles, cómo puedes usarlos en la impresión 3D y las mejores marcas que hay actualmente disponibles.
¿Qué es el filamento de fibra de carbono?
Los filamentos de fibra de carbono son una clase de filamentos fabricados a partir de diferentes materiales base que contienen pequeñas fibras de carbono. El material base puede ser cualquiera de los materiales de filamento más comunes que se utilizan en la actualidad: PLA, ABS, PETG, nailon y más. Las fibras de carbono sirven para aumentar la durabilidad del producto impreso a partir del filamento en términos de rigidez y resistencia a la tracción.
Las fibras de carbono son fibras delgadas (de entre 5 y 10 micrómetros de diámetro) compuestas de átomos de carbono unidos entre sí en una formación cristalina. Las capas de estos átomos de carbono se arrugan al azar, creando enlaces y brindando una resistencia a la tracción muy alta al producto. La alineación de los cristales le da a la fibra una excelente relación resistencia-volumen, lo que permite que la fibra de carbono se pueda tejer en una variedad de aplicaciones.
La fibra de carbono es uno de los aditivos más utilizados para reforzar la resistencia de los materiales compuestos. Esto es especialmente cierto en aplicaciones en las que el peso es un factor crítico, ya que la fibra de carbono tiene una relación resistencia-peso muy alta. Los polímeros reforzados con fibra de carbono se han utilizado ampliamente en la industria aeroespacial (largueros de alas, cascos de aviones), automotriz (ruedas, chasis) y de artículos deportivos (raquetas de tenis, cuadros de bicicletas).
¿Cuáles son los beneficios de utilizar fibra de carbono?
Las principales ventajas de la fibra de carbono residen en su excelente relación resistencia-volumen y su muy alta relación resistencia-peso. Así, confiere una excelente rigidez y durabilidad a los materiales, siendo al mismo tiempo mucho más ligera en comparación con materiales duraderos más tradicionales como la madera, el acero o el aluminio. También presenta una muy buena resistencia a la corrosión y a la degradación química. A diferencia del acero, no tiene una gran tendencia a expandirse o contraerse según los cambios de temperatura. Las fibras de carbono tienen la capacidad de conducir cantidades muy pequeñas de corriente, lo que puede resultar útil en aplicaciones específicas.
Su excelente resistencia y sus propiedades de ligereza también se traducen en ventajas en el uso de filamentos de fibra de carbono en la impresión 3D. La resistencia de las fibras de carbono proporciona una mejor estabilidad dimensional al filamento, lo que reduce las posibilidades de deformación o encogimiento. La presencia de fibra de carbono infundida no afecta significativamente las propiedades del material del filamento base, por lo que la configuración de la impresora que funciona con su material base debería funcionar perfectamente con su equivalente infundido con fibra de carbono.
¿Cómo se trabaja con el filamento de fibra de carbono?
Al trabajar con filamentos de fibra de carbono, tenga en cuenta que la configuración de la impresora variará según el material de base. Si está imprimiendo con ABS con infusión de fibra de carbono, puede utilizar la configuración óptima para ABS. Esto también se aplica a la configuración de la temperatura de la cama caliente, la adhesión, la velocidad de impresión y la configuración del ventilador de refrigeración. Para obtener ayuda para obtener la mejor configuración de la impresora, puede consultar cualquiera de las guías de filamentos que hemos publicado en nuestro sitio.
Otra cosa que hay que recordar al imprimir con filamentos de fibra de carbono es que las fibras de carbono infundidas en el filamento son bastante duras y pueden desgastarse en la boquilla del extremo calentado después de un uso repetido. Las boquillas de latón, que se pueden encontrar en la mayoría de las impresoras 3D actuales, son blandas y especialmente vulnerables al desgaste por la fibra de carbono. Una boquilla desgastada cambiará drásticamente la forma en que el filamento fundido fluye hacia la base de impresión, lo que dará como resultado impresiones de muy mala calidad.
Para garantizar que las boquillas se mantengan en buen estado, recomendamos utilizar una boquilla hecha 100 % de acero tratado térmicamente cuando imprima con filamentos de fibra de carbono. Son lo suficientemente resistentes como para soportar las propiedades abrasivas de la fibra de carbono, pero también se sabe que son menos conductivas térmicamente que el latón. Esto significa que es posible que deba configurar la temperatura de impresión entre 20 y 40 °C más alta de lo habitual para evitar que se obstruya el extrusor debido al enfriamiento del filamento.
Tenga en cuenta que la fibra de carbono infundida en el filamento no se derrite junto con el material plástico base. Esto presenta otro desafío al usar filamentos de fibra de carbono, ya que las fibras pueden obstruir fácilmente la boquilla del extrusor, especialmente durante las retracciones. Recomendamos desactivar las retracciones por completo cuando se usan filamentos de fibra de carbono. Si no se puede evitar, recomendamos usar un diseño que minimice las distancias de retracción.
Algunos usuarios han informado de mejores resultados al utilizar boquillas con orificios más grandes, lo que reduce las posibilidades de formación de obstrucciones. Se recomiendan boquillas con orificios de entre 0,6 mm y 0,8 mm, aunque se pueden utilizar boquillas de entre 0,4 mm y 0,5 mm con cierta dificultad.
Imprimir a baja velocidad también genera menos tensión en el extrusor, lo que reduce las posibilidades de que se obstruya la boquilla. Recomendamos imprimir a una velocidad que sea un 50 % menor que la velocidad de impresión normal para el material de su elección y luego ir aumentando hasta ver qué funciona mejor. En el mejor de los casos, una reducción de la velocidad de impresión de alrededor del 25 % sigue siendo la configuración recomendada.
¿Cuáles son las desventajas de utilizar fibra de carbono?
Como se mencionó, los filamentos de fibra de carbono pueden ser inusualmente abrasivos, lo que provoca el desgaste de los componentes del extrusor. Es posible que deba experimentar con las piezas y configuraciones de su extrusor para obtener los mejores resultados con el uso de filamentos de fibra de carbono. Además del desgaste del extrusor, los problemas comunes relacionados con el extrusor incluyen:
- El filamento de fibra de carbono es demasiado duro para que el conjunto de pellizco de engranaje y polea loca lo transporte, lo que da como resultado una entrega lenta al extremo caliente.
- Obstrucción de la fibra de carbono en la boquilla del extremo caliente
- Rotura del filamento de fibra de carbono dentro del conjunto del extrusor
Una desventaja de la característica extremadamente rígida de los filamentos de fibra de carbono es que pueden ser demasiado frágiles para sortear curvas cerradas en el recorrido del filamento de algunas extrusoras. Esto ayudará a garantizar que el recorrido del filamento, desde la bobina hasta la boquilla, consista únicamente en curvas suaves en las que el filamento no tienda a romperse.
Por último, otra de las desventajas de usar filamento de fibra de carbono es que literalmente pagas por la durabilidad que le brinda a tu impresión. En comparación con una bobina comparable de PLA o ABS estándar, sus contrapartes con fibra de carbono son generalmente mucho más caras. Dicho esto, los filamentos de fibra de carbono satisfacen requisitos muy particulares para las impresiones 3D.
¿Cuáles son las mejores marcas de fibra de carbono disponibles en este momento?
Existe una selección sorprendentemente amplia de productos de filamentos de fibra de carbono disponibles en la actualidad, y la mayoría de los fabricantes lanzan diversas variaciones hechas de diferentes materiales base.
La línea de productos XT-CF20 de ColorFabb es, con diferencia, la más popular del mercado en cuanto a filamentos de fibra de carbono. Se trata de un filamento a base de PETG con un 20 % de fibra de carbono. La alta propiedad de fusión del PETG hace que las impresiones realizadas con XT-CF20 sean especialmente resistentes y tengan una gran precisión dimensional. Las impresiones realizadas con XT-CF20 tienen un acabado negro mate, lo que las convierte en un producto visualmente muy interesante. El filamento de fibra de carbono XT-CF20 está disponible en un tamaño de 1,75 mm y se vende en bobinas de 0,75 kg.
El filamento de fibra de carbono ZIRO utiliza una base de PLA, lo que da como resultado una mezcla de 70 % de PLA y 30 % de fibra de carbono. El filamento se imprime a temperaturas ligeramente más bajas, pero requerirá una boquilla de gran diámetro para evitar obstrucciones. Sin embargo, la durabilidad y la robustez de las impresiones realizadas con el filamento de fibra de carbono ZIRO siguen siendo incuestionables. ZIRO vende su filamento de fibra de carbono en un tamaño de 1,75 mm y en bobinas de 0,8 kg.
YOYI vende un filamento de fibra de carbono similar basado en PLA que se puede imprimir a 200 °C y permite obtener impresiones de alta durabilidad, resistentes al desgaste y con un acabado nítido. Se trata de una opción relativamente más económica, perfecta si recién estás probando la impresión con filamentos de fibra de carbono. YOYI vende sus filamentos de fibra de carbono de 1,75 mm en bobinas de 0,8 kg o 1 kg.
Proto-pasta cuenta con una línea de productos de filamentos de fibra de carbono basados en PLA, cada uno diseñado para satisfacer una necesidad específica. El filamento de fibra de carbono CFP11705 tiene el honor único de ser el filamento de fibra de carbono basado en PLA original. Desde su desarrollo, el CFP11705 se ha vuelto mucho más asequible y al mismo tiempo conserva sus excelentes propiedades físicas.
Tanto el HTP21705-CF como el HTP22805-CF son filamentos de fibra de carbono de Proto-pasta que se fabricaron para imprimirse a temperaturas más altas. Esto hace que el proceso de impresión sea más fácil y fluido, y da como resultado impresiones más resistentes. Todos los productos de filamentos de fibra de carbono de Proto-pasta se venden en bobinas de 500 g y están disponibles en tamaños de 1,75 mm y 2,85 mm.
El resumen
| Material | Filamento de fibra de carbono |
| Aplicaciones | – Largueros de ala – Ruedas de automóvil – Chasis de automóvil – Raquetas de tenis y bádminton – Cuadros de bicicletas |
| Propiedades | – Muy fuerte – Ligero – Buena resistencia a la corrosión. – Resistente a productos químicos |
| Temperatura de impresión recomendada | De 20 a 40 °C más alta que la temperatura de impresión del material base, especialmente cuando se utiliza una boquilla extrusora de acero |
| Temperatura recomendada de la cama | La cama caliente es opcional, pero una cama caliente a 45 a 60 °C será óptima. |
| Velocidad de impresión | Comience con un 50 % más lento que la velocidad de impresión estándar del material base y luego vaya aumentando. |
| Adhesión | Depende del material base |
| Enfriamiento | Sin ventilador de refrigeración |
| Otros accesorios necesarios | Boquilla de extrusión de acero endurecido |
Los filamentos de fibra de carbono son uno de los materiales favoritos de los aficionados a la impresión 3D. La durabilidad superior y el interesante acabado negro mate de las impresiones realizadas con filamentos de fibra de carbono son atributos verdaderamente únicos. Los filamentos de fibra de carbono no son el material más fácil de trabajar y es posible que tengas que modificar un poco tu impresora 3D para obtener buenos resultados, pero los productos tienen el potencial de ser muy útiles. Con una amplia variedad de productos de filamentos de fibra de carbono disponibles en el mercado, deberías poder encontrar uno que funcione para ti y tu modelo de impresora.
Advertencia: las impresoras 3D nunca deben dejarse sin supervisión, ya que pueden suponer un riesgo de incendio.