¿Cuál es la diferencia entre dureza, tenacidad y resistencia?

imprint3d cuenta con publicidad y gana dinero con clics, comisiones por ventas y otras formas.

Cuando se habla de cualquier material, ya sea plástico, metal o un compuesto, a menudo se hace una distinción entre dureza, tenacidad y resistencia. Estos términos también se encuentran con mucha frecuencia al comprar filamentos para impresión 3D. Para el consumidor común, estos términos suenan muy similares. Después de todo, ¿un objeto fuerte y resistente no debería ser también duro? Sin embargo, en el campo de la ingeniería y la ciencia de los materiales, la dureza, la tenacidad y la resistencia son propiedades diferentes, aunque relacionadas.

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre dureza, tenacidad y resistencia? ¿Cuál debo priorizar a la hora de comprar un filamento para impresión 3D? Siga leyendo mientras desmitificamos este asunto aparentemente complejo.

Una breve descripción del estrés versus la tensión

Cuando se analizan las propiedades de los materiales, es importante diferenciar entre tensión y deformación. La mayoría de las propiedades de los materiales pueden definirse por cómo reacciona el material a diferentes combinaciones de tensión y deformación.

1. Estrés

El estrés es una medida de la fuerza que actúa sobre un objeto. Los diferentes tipos de tensión se distinguen por la dirección en la que actúan las fuerzas en relación con el objeto: una tensión puede ser de compresión, de tracción o de corte. Como su nombre lo indica, la tensión de compresión se refiere a la tensión que actúa en las direcciones longitudinales para comprimir el objeto. La resistencia a la tracción es exactamente lo contrario y actúa para expandir el objeto. La tensión de torsión es única y es el resultado de fuerzas que actúan en direcciones opuestas y sirven para torcer o proporcionar una carga de torsión.

2. Cepa

Como se puede imaginar, un objeto sometido a tensión desde cualquier dirección está obligado a responder deformándose o fallando por completo. La deformación de un objeto es una medida del grado en que se ha deformado con respecto a sus dimensiones originales.

Al analizar la relación entre tensión y deformación, los científicos e ingenieros han podido predecir cómo reaccionarán los materiales cuando se los someta a fuerzas en diferentes niveles. Esto también ha permitido la clasificación de materiales en función de sus propiedades materiales, lo que lleva a calificativos como frágiles, dúctiles, elásticos, duros, tenacidad y resistencia.

¿Qué es la dureza?

En pocas palabras, la dureza de un material es una medida de su resistencia a la deformación localizada. En la mayoría de los casos, esta deformación se produce por abrasión (debido a fuerzas de fricción) o indentación (debido a una fuerza mecánica lateral constante). A nivel subatómico, la dureza está determinada por la fuerza de los enlaces intermoleculares, aunque también entran en juego un par de detalles menores.

La característica única de la dureza la muestra elegantemente el diamante, una sustancia conocida por ser una de las más duras del planeta. Debido a la dureza del diamante, es prácticamente resistente a los rayones. En el mundo de la infraestructura, no es raro encontrar diamantes utilizados en algunas aplicaciones importantes que requieren dureza. Las brocas con punta de diamante son increíblemente comunes, ya sea para taladros manuales o taladros de tamaño industrial para perforar en roca sólida.

Sin embargo, la dureza no determina cómo reaccionará un material ante la aplicación repentina de una gran cantidad de fuerza. Por ejemplo, el diamante se puede romper fácilmente con un solo golpe de un mazo, a pesar de ser uno de los materiales más duros. Esto se relaciona directamente con la siguiente propiedad del material: la dureza.

¿Qué es la dureza?

La tenacidad es una medida de la cantidad de fuerza que un material puede absorber sin fracturarse. Tenga en cuenta que la palabra clave aquí es fractura, que constituye un fallo total del material. Esto significa que un material puede sufrir una deformación elástica, o una deformación que le permita volver a su forma original, sin fracturarse.

La condición que permite que un material se deforme antes de fracturarse significa que los materiales dúctiles también pueden considerarse resistentes. Por tanto, la tenacidad de un material depende tanto de su resistencia (a la que llegaremos en breve) como de su ductilidad.

Para entender esto en términos más prácticos, los metales y las espumas son casi iguales en términos de dureza. En términos de tensión y deformación, estos dos materiales exhiben comportamientos muy diferentes pero tienen límites de fluencia similares. Los metales sólo pueden soportar una cantidad muy pequeña de deformación antes de fracturarse, pero incluso lograr que se deforme requerirá una gran cantidad de fuerza. Por otro lado, las espumas se deforman con una cantidad mínima de fuerza de compresión, pero solo fallarán con casi la misma cantidad de fuerza que los metales.

El caucho reina en términos de dureza. Tiene suficiente fuerza para soportar una buena cantidad de fuerza antes de deformarse, pero no falla inmediatamente al deformarse. Es esta combinación de resistencia y ductilidad la que hace del caucho un material excepcionalmente resistente.

¿Qué es la fuerza?

De las tres propiedades de los materiales que hemos analizado aquí, la resistencia es probablemente la más compleja. La resistencia es una medida de la cantidad de fuerza que un objeto puede soportar antes de sufrir una deformación plástica o el tipo de deformación que no es reversible. También conocida como deformación irrecuperable, un objeto que ha sufrido una deformación plástica ya no volverá a su forma original incluso después de que se haya eliminado la tensión.

Tome nota de la distinción entre resistencia y tenacidad: mientras que la tenacidad mide la fuerza necesaria para la falla completa del material, la resistencia es solo una medida de la fuerza que se necesita para alcanzar la deformación plástica. En algunos casos, como en el caso de materiales muy frágiles como la cerámica, la resistencia y la tenacidad prácticamente se superponen.

Existen diferentes tipos de resistencia del material, lo que se relaciona directamente con los tipos de tensión que puede experimentar un objeto. Por lo tanto, un material puede tener valores únicos de resistencia a la compresión y resistencia a la tracción, dependiendo de si mide la capacidad del material para resistir esfuerzos de compresión o de tracción. Todos los materiales también tienen una resistencia al corte, que mide su capacidad para resistir el esfuerzo cortante antes de sufrir una falla por deslizamiento.

¿Qué característica debo priorizar?

Ahora que hemos aclarado las definiciones, es hora de utilizar este conocimiento para tomar decisiones más inteligentes al comprar productos. ¿Cuándo es importante la dureza? ¿En qué productos debo priorizar la resistencia a la tracción o la tenacidad?

1. Priorizar la dureza para impresiones rígidas

Las impresiones rígidas, o las impresiones diseñadas para ser duraderas, se beneficiarán de tener una alta dureza. Estos pueden incluir piezas de repuesto de maquinaria, juguetes, bisagras o señales exteriores. Una alta tenacidad significa que estas piezas pueden soportar una gran tensión antes de fallar por completo. Tenga en cuenta que un objeto puede sufrir deformación plástica antes de fallar, lo que debe tomar como una señal para crear otra pieza de repuesto. Aún así, tener una amplia ventana de deformación plástica le brinda un amplio margen antes de que el objeto se rompa o se fracture.

2. Priorizar la resistencia a la tracción o la compresión para artículos flexibles

Si desea imprimir utilizando un filamento flexible, como TPE, entonces es mejor elegir un filamento con una alta resistencia a la tracción o a la compresión. Esto significa que el objeto tiene una región de deformación elástica más amplia, lo que le permite deformarse bajo tensión pero volver a su forma original una vez que se ha aliviado la tensión. Para los artículos flexibles, la deformación plástica es prácticamente equivalente a una falla; después de todo, no querrás que la funda o pulsera de tu teléfono hecha a medida esté perpetuamente estirada.

Para ir finalizando

Desarrollar una comprensión más profunda del funcionamiento interno de la tecnología de impresión 3D, incluidos los materiales de los filamentos, es crucial para convertirse en un experto en el campo. Después de años de comprar e imprimir con varios filamentos, muchos de nosotros hemos empezado a dar por sentado conceptos como la dureza y la resistencia a la tracción. Cuando se aprovecha correctamente, el conocimiento de las propiedades de estos materiales puede ayudarnos a elegir el material de filamento adecuado para la aplicación perfecta.

Dureza, tenacidad y resistencia son sólo algunas de las propiedades físicas que son importantes para las impresoras 3D. La elasticidad del filamento, su tendencia a absorber humedad y cómo reacciona al calor también son propiedades igualmente importantes. El viaje hacia la maestría es largo, pero está plagado de grandes conocimientos.

Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro para la seguridad contra incendios.