Desde hace un tiempo, es posible encontrar en el mercado filamentos metálicos para impresión 3D FDM, pero no todos son iguales. ¿Qué diferencias existen entre ellos?

Para responder esta cuestión, se debe tener en cuenta la diferencia entre filamentos de color metálico y filamentos con relleno metálico. Los primeros, contienen una pequeña cantidad de partículas metálicas (5 % - 40 %) para ofrecer un aspecto metalizado, empleado únicamente por sus propiedades estéticas. Cuanto mayor es el porcentaje de partículas, mejor es la simulación del material metálico en cuestión.

En el caso de los filamentos con relleno metálico, la carga de partículas metálicas suele ser muy alta (superior al 80 %) y es posible someter las piezas impresas en 3D a un proceso de sinterizado por el cual se elimina el polímero de unión, dando como resultado piezas 100% metálicas.

Actualmente, BASF y The Virtual Foundry son dos de los fabricantes más conocidos que ofrecen este tipo de materiales con los que fabricar piezas completamente metálicas mediante impresión 3D FDM y un proceso de sinterizado.

En el caso de BASF, ofrece los filamentos Ultrafuse, entre los que se encuentran Ultrafuse 316 L y Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry, por su parte, ha desarrollado un gran número de filamentos metálicos bajo el nombre Filamet, como son: Filamet Acero Inoxidable 316L, Filamet Bronce, Filamet Cobre, Filamet aluminio 6061, Filamet Acero Alto Carbono, Filamet Tungsteno, Filamet Inconel 718-34 o Filamet Titanio 64-5.

Compatibilidad con impresoras 3D FDM

Una de las claves del filamento metálico, es que no se requiere contar con un equipo de impresión 3D FDM industrial, ni si quiera ha de ser profesional. Los filamentos metálicos cono Ultrafuse o Filamet se caracterizan por poder imprimirse en 3D en casi cualquier impresora 3D FDM del mercado.

Debido a la alta carga metálica de estos filamentos, se debe emplear un nozzle de acero endurecido para reducir la abrasión de éste. La temperatura de impresión y de la cama caliente varían según el fabricante y el material, aunque no superan los 245 ºC de temperatura de impresión ni los 120 ºC para la cama caliente.

Imagen 1: Desgaste de nozzle de latón vs acero endurecido. Fuente: E3D.

En el caso de los filamentos Ultrafuse de Basf, la naturaleza del filamento ofrece cierta flexibilidad y no resulta muy frágil, por lo que ofrece una gran facilidad de impresión.

Los filamentos Filamet de The Virtual Foundry están compuestos por un alto porcentaje de carga metálica y PLA como polímero de unión. Dependiendo del metal y del porcentaje de carga del material, los filamentos Filamet pueden resultar algo frágiles, y presentar ciertas dificultades a la hora de imprimir en algunas impresoras 3D por el trayecto que debe seguir el filamento desde donde se coloca la bobina hasta el extrusor. Sin embargo, esto no supone un problema, puesto que The Virtual Foundry ha desarrollado Filawarmer, un aparato que garantiza que el filamento esté completamente recto antes de imprimirse, consiguiendo suprimir la curvatura propia del embobinado y logrando una impresión 3D óptima del material.

Vídeo 1: Instalación de Filawarmer. Fuente: The Virtual Foundry.

Contracción dimensional

Los filamentos metálicos requieren un postprocesado de sinterizado con el que se elimina el polímero de unión del filamento, dando lugar a piezas completamente metálicas.

Al ser un proceso en el que se elimina material, se debe tener en cuenta que las dimensiones de las piezas resultantes tendrán ciertas variaciones respecto de las medidas originales. Es decir, las piezas sufrirán una contracción mayor o menor durante el proceso de sinterizado dependiendo del material y la marca del filamento.

Este dato, sin duda, supone una dificultad a la hora de fabricar piezas funcionales donde la precisión dimensional es una prioridad. Sin embargo, es posible hallar el factor de contracción y escalar los modelos CAD para obtener los resultados dimensionales deseados.

En este punto, los materiales Ultrafuse y Filamet poseen ciertas diferencias. Los filamentos Ultrafuse tienen un margen de contracción del 16-17 % en los ejes XY y del 19-20 % en el eje Z, frente a una contracción del 7-10% para los filamentos Filamet.

En el caso de Filamet, las piezas finales poseen una densidad del 80-85 %, aunque las piezas pueden sinterizarse durante más tiempo, lo que implicaría una mayor densidad y una mayor contracción respecto a las piezas originales.

En cuanto a Ultrafuse, BASF ofrece una completa guía de usuario que incluye información acerca de tolerancias, contracción y escalado, grosor de paredes recomendado, etc. que puede ser de gran utilidad.

Vídeo 2: Guía de diseño Ultrafuse. Fuente: BASF.

Proceso de sinterizado

Los procesos de sinterizado desarrollados para los filamentos Ultrafuse y los filamentos Filamet tienen ciertas diferencias entre sí.

BASF emplea un polímero aglutinante específico en los filamentos Ultrafuse que requiere de un debinding catalítico previo al proceso de sinterizado, por lo que el postprocesado se puede considerar algo más complejo que el de los filamentos Filamet. Sin embargo, dentro de los filamentos Filamet existen algunos que todavía cuentan con un proceso de sinterizado experimental, por lo que no ofrece ningún tipo de garantía en cuanto a resultados.

Asímismo, gran parte de los Filamentos Filamet tienen menos requerimientos en cuanto a instalaciones para el sinterizado, puesto que la mayoría se pueden sinterizar en un horno de entorno abierto.

Imagen 2: Tabla de información Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

A priori, el uso de estos filamentos puede plantear ciertas dudas y dificultades, sobre todo si el usuario no cuenta con los medios para llevar a cabo el sinterizado de los materiales. Sin embargo, ambos fabricantes ofrecen soluciones al respecto. BASF cuenta con su propio servicio de sinterizado, mientras que los usuarios que deseen trabajar con filamentos Filamet pueden ponerse en contacto con nosotros para valorar la viabilidad de sus proyectos y llevar a cabo el postprocesado necesario para obtener el resultado deseado.

Imagen 3: Servicio de sinterizado de BASF. 

Conclusiones

Sin duda, la gama de filamentos metálicos Filamet es la más amplia del mercado. The Virtual Foundry fue el primer fabricante en lanzar al mercado filamentos de metal sinterizables, y ha desarrollado una gran variedad de materiales aptos para multitud de aplicaciones.

La gama de filamentos Ultrafuse, por el momento, se especializa en el desarrollo de filamentos de acero inoxidable, aunque estos admiten una amplia gama de aplicaciones, como utillaje, plantillas y accesorios, producción de pequeñas series, piezas funcionales y prototipos.

A la hora de imprimir en 3D, los filamentos Filamet requieren una temperatura de impresión y de cama más baja que los filamentos Ultrafuse, aunque algunos materiales de Filamet requieren el uso de dispositivos externos como Filawarmer para garantizar un resultado óptimo.

Los filamentos Ultrafuse permiten el uso de nozzles de diámetro de salida menor, mientras que los filamentos Filamet requieren el uso de un nozzle de 0.6 mm, a excepción de Filamet Tungsteno.

En cuanto al proceso de sinterizado, el postprocesado al que se deben someter los filamentos metálicos Filamet es más sencillo y, en muchos casos, no requiere el uso de horno con atmósfera inherte, por lo que puede resultar relativamente fácil contar con las instalaciones y maquinaria necesarias para sinterizar las piezas impresas en 3D con Filamet. Además, si el usuario no cuenta con las instalaciones o los conocimientos necesarios para llevar a cabo el sinterizado, puede contactar con nosotros. Por otro lado, algunos de los filamentos Filamet se encuentran en fase experimental, por lo que no existen garantías respecto al sinterizado de estos materiales.

En el caso de Ultrafuse, las piezas impresas en 3D con estos filamentos se deben someter a un postprocesado algo más complejo, aunque BASF ofrece una guía muy completa con información relevante para conseguir unos resultados óptimos con los filamentos Ultrafuse. Además, BASF cuenta con un servicio de debinding y sinterizado proporcionado por ELNIK, basado en la compra de cupones que cubren el proceso de debinding y sinterizado, así como el envío y devolución de las piezas.

Sin duda, los filamentos metálicos son materiales innovadores que permiten a los usuarios de impresoras 3D FDM la fabricación de piezas completamente metálicas para diversas aplicaciones. Con Ultrafuse y Filamet, el usuario puede encontrar el material que mejor se adapte a sus necesidades.