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Si te gusta la impresión 3D, probablemente te habrás dado cuenta de que los detalles más pequeños pueden generar resultados significativos. Una ligera desviación de su plataforma de construcción desde una posición nivelada puede resultar en una mala adhesión de la base, una pequeña burbuja de humedad en su filamento puede causar un atasco en su boquilla y una falta de coincidencia entre su extrusora y la configuración de calentamiento puede causar que un filamento se deforme dentro de la cabezal de impresión. Los profesionales experimentados en impresión 3D han aprendido a observar los detalles más pequeños para ver dónde pueden salir mal las cosas y cómo se puede mejorar el proceso.
Un ejemplo de un detalle menor que puede resultar útil es la densidad del material de filamento que está utilizando. ¿Por qué es importante la densidad? En este artículo, nos centraremos en uno de los materiales de filamentos más populares que se utilizan en la actualidad: el PLA. ¿Cuál es la densidad del PLA y qué se puede hacer con esta información?
¿Qué es PLA?
El PLA, junto con el ABS, es uno de los dos materiales de filamentos plásticos más utilizados en el campo de la impresión 3D mediante tecnología de modelado por deposición fundida (FDM). PLA significa ácido poliláctico, un polímero con componentes básicos (o monómeros) hechos de ácido láctico. El proceso de fabricación de PLA se mejoró utilizando lactida como materia prima en lugar de ácido láctico y utilizando un proceso de polimerización con apertura de anillo. El resultado de este método mejorado es un PLA de alta densidad más estable químicamente y duradero.
Una de las características más distintivas del PLA es el hecho de que puede fabricarse a partir de material vegetal. El ácido láctico precursor del PLA puede producirse mediante la fermentación bacteriana de cualquier fuente de carbohidratos. Estos carbohidratos abundan naturalmente en forma de almidón, azúcares o incluso materiales de desecho como cáscaras de granos o tallos de plantas. El proceso de fermentación debe realizarse en condiciones controladas para permitir el aislamiento total del ácido láctico.
La conclusión clave de esto es que el PLA es uno de los pocos plásticos que se pueden producir a partir de fuentes sostenibles. Esto contrasta con las normas que se derivan de productos petrolíferos no renovables.
Otro resultado de la composición química única del PLA es que puede descomponerse orgánicamente en sus componentes de ácido láctico. El ácido láctico es un ácido débil que es relativamente benigno y puede ser absorbido de forma segura por el medio ambiente. La característica biodegradable del PLA lo ha convertido en una alternativa “libre de culpa” a los productos plásticos tradicionales que persisten en el medio ambiente durante décadas y frecuentemente terminan ingeridos por animales marinos.
La bioactividad y biodegradabilidad del PLA lo han convertido en un material extremadamente popular en el campo médico. Las suturas y los implantes fabricados con PLA se pueden descomponer de forma natural y el cuerpo humano puede absorber de forma segura. La fabricación y adopción a gran escala de productos PLA ha comenzado a ser más común en los últimos años, impulsada por la preferencia de los consumidores por productos más respetuosos con el medio ambiente.
¿Por qué el PLA es tan popular como filamento de impresión 3D?
Hay un par de razones por las que el PLA se ha mantenido como uno de los materiales de filamentos más populares para la impresión 3D, pero todo se reduce a dos puntos: asequibilidad y simplicidad. El PLA es increíblemente barato. Puedes conseguir uno de 1 kg. rollo de filamento PLA por menos de $20, y eso es para productos de marcas importantes. Seguramente puedes encontrar filamentos PLA más baratos, aunque corres el riesgo de utilizar un producto de mala calidad.
El segundo factor que hace que el PLA sea tan popular como filamento de impresión 3D es que es muy fácil de usar. El PLA se funde a una temperatura relativamente baja de 150 a 160 °C. Debido a la baja temperatura de impresión, el PLA logra evitar problemas comunes como deformaciones o hilos. Si está imprimiendo con PLA, probablemente no necesitará una configuración de impresión 3D sofisticada ni accesorios adicionales. Tampoco se sabe que el PLA produzca humos nocivos durante el proceso de impresión.
La característica biodegradable del PLA también ha contribuido a convertirlo en un material popular para la impresión 3D. Los aficionados a la impresión 3D, especialmente los principiantes, pueden sufrir un montón de errores de impresión antes de perfeccionar su técnica. Si imprimiera con plásticos estándar como el ABS, estos errores de impresión probablemente terminarían como desechos sólidos y permanecerían en un vertedero durante las próximas dos décadas. Con el PLA, puede tener la tranquilidad de saber que los errores de impresión se pueden eliminar en un poco de abono y degradarse naturalmente en un par de meses.
¿Qué es la densidad?
La densidad es una propiedad física fundamental de un objeto que relaciona su masa con su volumen. La densidad de un material puede variar según las condiciones predominantes de temperatura y presión debido a la contracción o expansión del material. Este efecto es mucho menos pronunciado en materiales sólidos, como nuestros filamentos de plástico.
Para un filamento de PLA, la densidad se puede obtener fácilmente dividiendo su peso por el volumen total del filamento. Si bien es bastante fácil pesar un carrete de filamento completo, calcular el volumen de un filamento es un poco más complicado. Obtener el volumen del filamento implicará multiplicar el área de la sección transversal del filamento por su longitud total. Sin embargo, el diámetro de un filamento varía dentro de un margen de error a lo largo de su longitud, lo que hace imposible obtener un área de sección transversal consistente.
¿Por qué es importante la densidad del filamento en la impresión 3D?
Dado que obtener datos sobre la densidad de los filamentos es bastante complicado, ¿por qué deberíamos molestarnos en ello? La respuesta es simple: te permite estimar cuánto filamento necesitas para imprimir cualquier modelo.
La mayoría de los programas de corte pueden brindarte una estimación aproximada de cuánto material de filamento necesitarás para terminar la impresión. Dependiendo del software, esta estimación se puede proporcionar en términos de peso o longitud del filamento. Luego depende de usted, el usuario de la impresora 3D, asegurarse de cargar suficiente filamento en la impresora para finalizar la construcción.
Si vas a utilizar una bobina de filamento sobrante, la forma más práctica de estimar cuánto filamento te queda es pesar la bobina. Por supuesto, debes restar el peso del carrete vacío (si tienes uno por ahí) para obtener el peso del filamento. Si el software de su cortadora ha estimado el material requerido en términos de peso, entonces no tiene ningún problema: está comparando manzanas con manzanas.
Por otro lado, podría tener un problema si su software de corte sólo puede estimar el requisito de material en términos de longitud del filamento. Por ejemplo, ¿cómo puedes saber si te quedan 20 metros de filamento en tu carrete? No puedes desenrollar 20 metros de filamento y medirlo manualmente; probablemente terminarás contaminando el filamento con suciedad y aceites de tus manos.
Aquí es donde será valioso conocer la densidad de su filamento. Conociendo la densidad del material y el peso del filamento que queda en tu carrete, obtener la longitud aproximada del filamento sobrante es una cuestión de matemáticas simples.
¿Cuál es la densidad del filamento PLA?
La cuestión de cómo conseguir la densidad de un filamento la dejamos pendiente un rato antes, y con razón. La cuestión es que no tenemos que molestarnos en determinar nosotros mismos la densidad de nuestro filamento. La mayoría de los fabricantes de filamentos indican la densidad del filamento en las hojas de especificaciones del producto. Ni siquiera es un problema si los fabricantes omiten este detalle, ya que es bastante fácil buscar el valor de densidad de cualquier material en línea.
Para poder utilizar la densidad del PLA para estimar la longitud del filamento restante, también debemos distinguir entre diferentes diámetros de filamento. Naturalmente, un filamento con un diámetro de 3,00 mm. El diámetro tendrá un área de sección transversal mayor que un filamento con 1,75 mm. diámetro. Todos estos valores se han resumido cómodamente a continuación:
| Densidad de PLA | 1,25 g/cm^3 |
| Área de sección transversal del filamento de 1,75 mm | 0,024cm^2 |
| Área de sección transversal de filamento de 3,00 mm | 0,071cm^2 |
Para ilustrar la idea, digamos que tienes un carrete de filamento sobrante que pesa 350 gramos. Este es un filamento PLA de 1,75 mm. Todo lo que necesita hacer para obtener una buena estimación de la longitud del filamento que queda en el carrete es dividir el peso por la densidad y el área de la sección transversal, de la siguiente manera:
Longitud del carrete = (350 gramos) / [(1.25 g/cm^3)*(0.024 cm^2)]= 116 metros
Los resultados muestran que todavía te quedan 11.667 centímetros o 116 metros de filamento. Con este conocimiento, podrá saber con certeza si tiene suficiente filamento para terminar su impresión, independientemente de si su software de corte estima el material requerido en términos de peso o longitud del filamento.
Hay algunas advertencias que nos gustaría mencionar al utilizar este método. Calcular el área de la sección transversal del filamento utilizando el diámetro de filamento especificado es, en el mejor de los casos, simplemente una estimación. Como hemos comentado, el diámetro del filamento no es 100% consistente en toda su longitud, aunque las variaciones se mantienen dentro de un pequeño margen de error. Teniendo esto en cuenta, recuerde darse un margen al estimar la longitud de los filamentos utilizando el método de densidad. Si una construcción requiere 10,5 metros de filamento, asegúrese de tener al menos 11 metros a mano para tener en cuenta los errores de cálculo.
Otras aplicaciones
Lo bueno de este método es que se puede utilizar para todo tipo de filamentos, siempre que puedas obtener valores de densidad para ellos. Al jugar con los valores de densidad de diferentes filamentos, apreciará lo útil que es esta propiedad física.
La densidad de ABS y HIPS es ligeramente menor que la del PLA. Esto significa que los filamentos ABS y HIPS probablemente serían más largos que un filamento PLA con el mismo peso. Para ilustrar esto, un 1,75 mm. El filamento ABS que pesa 350 gramos (el mismo que nuestro ejemplo anterior usando PLA) tendría unos 14 metros de largo.
En el lado opuesto del espectro se encuentran los filamentos compuestos de alta densidad que normalmente se fabrican mediante la infusión de materiales sólidos en una matriz de PLA. Ejemplos dignos de mención son el policarbonato, que tiene una densidad de 1,30 g/cm^3, y el filamento de acero inoxidable de ProtoPasta con la asombrosa cifra de 2,70 g/cm^3. Si tuvieras una bobina de filamento de acero inoxidable que pesara 350 gramos y tuviera un diámetro de 1,75 mm, entonces sólo tendría menos de 5,50 metros de largo.
Para ir finalizando
La densidad es una característica que a menudo se pasa por alto en los filamentos de impresión 3D y que, de hecho, puede resultar bastante útil con un poco de comprensión. Dado que la mayoría de los profesionales de la impresión 3D terminan con varios carretes sobrantes de diferentes filamentos por ahí, un método confiable para estimar cuánto filamento queda en un carrete puede resultar valioso. Sin embargo, simplemente pesar el carrete sobrante es solo la mitad de la ecuación; conocer la longitud restante puede ser crucial, especialmente si el software de su cortadora estima el requisito de material en términos de longitud.
El procedimiento que hemos descrito anteriormente es un método muy simple pero versátil para verificar si tiene suficiente filamento para completar el diseño que desea construir. Nuevamente, el método utiliza algunas suposiciones que pueden no ser 100 % precisas, por lo que siempre tenga un poco de margen de maniobra al estimar el filamento restante.
Este método es un ejemplo de cómo se pueden aprovechar los pequeños detalles para nuestro beneficio. Cuando trabajamos con impresoras 3D, prestar mucha atención a los detalles es una de las formas en que podemos mejorar nuestras habilidades.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro para la seguridad contra incendios.
