Características y pautas de fabricación de los filamentos metálicos Filamet™

The Virtual Foundry es una empresa americana que, después de años de investigación, ha conseguido desarrollar la gama de filamentos metálicos Filamet™. Estos filamentos, mediante un postprocesado basado en la sinterización, permiten obtener piezas completamente metálicas.

De esta forma, The Virtual Foundry se ha convertido en el pionero y máximo referente en la impresión 3D FDM metálica.

¿Qué son los filamentos Filamet™?

Los filamentos Filamet™ están formados por un metal base y un polímero biodegradable y ecológico (PLA). Estos filamentos incluyen en su composición altos porcentajes de partículas de metal. Sin embargo, al utilizar PLA como aglutinante, son materiales sumamente sencillos de imprimir, ya que sus propiedades de impresión son similares a las del PLA, lo que permite a cualquier usuario de una impresora 3D FDM crear piezas con estos filamentos.

Vídeo 1: ¿Qué es Filamet?. Fuente: The Virtual Foundry.

La mayor parte de filamentos metálicos del mercado contienen un porcentaje mínimo de partículas metálicas, en torno a un 30%; por lo que suelen estar desarrollados únicamente con finalidad decorativa. Sin embargo, las piezas impresas con filamentos Filamet™, una vez sinterizadas poseen las propiedades del metal base correspondiente.

Un ejemplo de ello sería el filamento Filamet™ de Cobre: Una pieza impresa con Filamet™ Cobre no tendrá propiedades conductivas hasta haber sido sometida al proceso de sinterizado.

Imagen 1: Conos fabricados con Filamet™ de acero alto carbono sin sinterizar y sinterizado. Fuente: The Virtual Foundry.

El resultado tras el sinterizado de la pieza impresa en 3D, será una pieza totalmente metálica, algo impensable hasta el momento dentro de la impresión 3D FDM. Así, con Filamet™, se consiguen propiedades similares a las posibles con la tecnología DMLS pero con ciertas limitaciones.

Debido a la necesidad de sinterizar las piezas impresas con este filamento, donde se elimina el PLA, las piezas presentan:

• Cierta porosidad
• Pérdida de volumen
• No isotropía

Vídeo 2: Densidad de los filamentos Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

En estos momentos, Filamet™ cuenta con los siguientes filamentos:

• Acero inoxidable 316 L - 80 % partículas metálicas + 20 % PLA
• Bronce - 80 % partículas metálicas + 20 % PLA
• Cobre - 90 % partículas metálicas + 10 % PLA
• Aluminio 6061 - 65 % partículas metálicas + 35 % PLA
• Acero alto carbono - 75 % partículas metálicas + 25 % PLA
• Tungsteno - 95 % partículas metálicas + 5 % PLA

Características de Filamet™

La densidad de los filamentos Filamet™ es mucho mayor que la del PLA estándar, debido al alto contenido en partículas metálicas y a la densidad del metal correspondiente.

A la hora de imprimir con filamentos Filamet™, se recomienda utilizar un nozzle de acero endurecido por el alto porcentaje de partículas metálicas que contienen los filamentos. Además, dependiendo del material, se debe utilizar un nozzle de al menos 0.6 mm de diámetro de salida para evitar atascos. Exceptuando el filamento Filamet™ de Tungsteno, que permite utilizar un nozzle de hasta 0.3 mm de diámetro de salida; y el filamento Filamet™ de Acero alto Carbono, que requiere utilizar un nozzle de al menos 0.8 mm de diámetro de salida.

Imagen 2: Desgaste de nozzle de latón vs acero endurecido. Fuente: E3D.

Otra consecuencia de la alta carga de partículas metálicas de estos filamentos, es una mayor fragilidad del filamento antes de ser fundido, ya que cuentan con porcentajes muy pequeños de polímero aglutinante en su composición. Sin embargo, gracias a la permanente investigación y desarrollo que llevan a cabo The Virtual Foundry, esta fragilidad es cada vez menor en sus filamentos; como se puede apreciar en el siguiente vídeo:

Vídeo 3: Fragilidad de los filamentos Filamet. Fuente: The Virtual Foundry.

En el proceso de impresión de filamentos Filamet™, es muy importante que el filamento esté lo más recto posible antes de entrar al extrusor, pero estos filamentos presentan cierta curvatura debido al embobinado. Para solucionarlo, The Virtual Foundry cuenta con Filawarmer, un dispositivo formado por un cilindro que calienta el filamento y un controlador de temperatura.

Imagen 3: Filawarmer colocado en el interior de una bobina de filamento. Fuente: The Virtual Foundry.

Este dispositivo se debe colocar de forma vertical, en el interior de la bobina, con la entrada lo más próxima posible a la bobina del filamento y la salida alineada con el orificio de entrada del extrusor. The Virtual Foundry recomienda colgar el cilindro calentador para dejar que la bobina gire con libertad.

Vídeo 4: Filawarmer. Fuente: The Virtual Foundry.

A medida que el material pasa a través del cilindro calentador, pierde su curvatura y aumenta su flexibilidad; reduciendo la resistencia a la tracción para evitar su rotura y facilitar la impresión.

A la hora de imprimir con filamentos Filamet™ se debe tener en cuenta su excelente adherencia a la base. Ésta es tal, que se recomienda utilizar Blue Tape para no dañar la base de impresión al retirar las piezas impresas.

Sinterizado de Filamet™

Una vez retiradas de la base de impresión, las piezas se deben sinterizar para obtener una pieza completamente metálica. A través de este proceso se elimina el PLA que forma parte del filamento. Mientras no se lleve a cabo este proceso, las piezas no tendrán las propiedades propias del metal base que compone el filamento utilizado.

Vídeo 5: Preguntas frecuentes sobre Filamet™. Fuente: The Virtual Foundry.

El sinterizado es un proceso de fabricación de piezas sólidas partiendo de un objeto formado por polvo metálico compactado, al que se le aplica un tratamiento térmico a temperatura inferior a la de fusión, pero sí lo suficientemente elevada para enlazar las partículas metálicas de forma resistente, dando como resultado un bloque totalmente sólido.

El sinterizado puede ser realizado en un horno de entorno abierto o de entorno al vacío o inerte. En nuestro post Cómo conseguir piezas totalmente metálicas con impresión FDM puedes ver más acerca del sinterizado y de los distintos hornos que se pueden utilizar para llevar a cabo este proceso.

En caso de no disponer de un horno que cumpla con los requisitos para sinterizar las piezas impresas en 3D con filamentos Filamet™, pueden contactar con nosotros y le informaremos de la viabilidad y condiciones del sinterizado en nuestras instalaciones. 

Post-procesado de Filamet™

Una vez haya sido sinterizada la pieza impresa con filamento Filamet™, se puede post-procesar mediante lijado y pulido de las superficies tal y como se realizaría con una pieza de metal. Se recomienda utilizar una lija de agua para disminuir las líneas de impresión y otras pequeñas deformaciones, e ir utilizando cada vez una lija con grano más fino.
Finalmente, se puede utilizar una herramienta rotatoria con un disco de pulido y aplicar pasta de pulir para obtener el brillo deseado. Dependiendo del metal base del filamento, las piezas resultantes del sinterizado se podrán tallar, alisar con aplicación de calor e incluso soldar.

Los filamentos Filamet™ de The Virtual Foundry permiten, por primera vez, fabricar piezas completamente metálicas a través de la impresión 3D FDM, requiriendo estas piezas un postprocesado relativamente sencillo.

Esto supone un gran avance muy importante y muy útil para distintos sectores de la industria: fabricantes de impresoras 3D, innovación biomédica, desarrollo de motores a reacción, blindaje de radiación, exploración espacial, energía nuclear, dental, artistas o diseño de moda.