Humedad: El gran enemigo de los filamentos para la impresión 3D

La humedad es el agua que impregna un cuerpo o el vapor presente en la atmósfera. Para todos los seres vivos, el agua es lo más necesario para subsistir, más aún que los alimentos, pero para elementos no vivos, la humedad suele ser una fuente de problemas, ya que, provoca la oxidación y degradación de muchos materiales. En el caso de la impresión 3D, más concretamente en los filamentos, la concentración de humedad excesiva puede provocar una larga lista de problemas, todos con el mismo final, una impresión 3D fallida.

Los efectos de la atracción de agua pueden dar lugar a los siguientes problemas: aumento de la fragilidad, el aumento del diámetro (posibles problemas con las impresoras con sistema de extrusión tipo Bowden), la degradación de filamentos, rompiendo filamento, etc. También es necesario tener en cuenta el hecho de que los filamentos que han absorbido agua tendrán una temperatura más alta para la extrusión. Recuerda evitar tener los filamentos colocados en la impresora si no vas a imprimir. Pueden llegar a quedarse atascados en el extrusor porque al absorber agua engordan y aumentan de diámetro.

En el siguiente mapa extraído se muestra la humedad relativa media anual (relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a idéntica temperatura), valor que se obtiene a partir del promedio de la humedad registrada en los doce meses del año. La humedad relativa es muy diferente dependiendo en que parte de la geografía europea te encuentres, siendo más acusada en la zona norte del continente.

Imagen 1: Mapa de la humedad relativa de Europa. Fuente: NeoGAF

Las principales consecuencias de la humedad en un filamento son:

• Degradación del filamento: Los filamentos higroscópicos son propensos a absorber agua en gran medida, ya que las moléculas de agua se unen a las moléculas de los polímeros, formando fuertes enlaces intermoleculares. Estos enlaces pueden llegar a ocasionar micro-roturas internas que debilitan a la propia estructura del filamento.
• Atasco del extrusor / HotEnd: La humedad de agua concentrada en el filamento al calentarse en el HotEnd se evapora, ocasionando huecos en el interior del filamento, convirtiéndose este en una pasta que atasca el barrel (Heat Break) o la boquilla (nozzle). Este problema es muy usual al utilizar filamentos de nylon con porcentajes de humedad elevados (>20 %).
• Impresiones 3D de baja calidad (resistencia y acabado): La unión de lo mencionado anteriormente da como resultado impresiones 3D con muchos problemas, tanto a nivel mecánico como acabado superficial. Los huecos entre capas (no siempre visibles a simple vista) provocados por la evaporación del agua, son puntos críticos, donde se generan fácilmente grietas al aplicar bajos valores de fuerza. Cuando la concentración de la humedad es acusada, los huecos mencionados anteriormente, provocan un acabado superficial rugoso y blanquecino.

Imagen 2: Problemas generados por la humedad. Fuente: PrintDry

Como motivo de la evolución del mundo de la impresión 3D, existen filamento con gran resistencia a la humedad, como el PETG o el CPE HG100, copoliésteres que pueden estar expuestos al agua largos intervalos de tiempo sin problemas. Entre el resto de filamentos encontramos algunos con resistencia moderada, como puede ser el PLA o el ABS, y otros, especialmente los nylons y el PVA, altamente propensos a la absorción de la humedad, llegando a alcanzar altos valores en menos de un día.

Ciertos usuarios de impresoras 3D utilizan métodos convencionales para eliminar la humedad del filamento y almacenarlo, como secar el material en un horno doméstico y almacenar el filamento en cajas con un cierre que no es totalmente estanco. Estas medidas, aparte de ser peligrosas en el caso del horno doméstico, no son totalmente efectivas, sobre todo con materiales técnicos y avanzados. A continuación citamos una serie de recomendaciones profesionales para eliminar la humedad y de cómo almacenar los filamentos para evitar la absorción:

Secadora de filamentos 

La manera más efectiva de eliminar la humedad contenida en un material es utilizar una secadora de filamentos, como la secadora de filamentos PrintDry, un dispositivo capaz de romper los enlaces intermoleculares entre el agua y el polímero gracias a su temperatura de secado (35-70 ºC) y al flujo de aire natural que existe en su interior, el cual arrastra la humedad de la superficie del filamento al aire que lo rodea. El valor ideal de la humedad en un filamento es entre 10-13 %.

Almacenaje

Tanto al inicio del uso de una nueva bobina como a continuación de secar un filamento, es indispensable el correcto almacenamiento para mantener el mínimo porcentaje de humedad. En materiales convencionales (PLA o ABS) e intervalos cortos de almacenaje (<2 meses) el uso de su bolsa con cierre a presión tipo "grip" es suficiente. En caso de tiempos de almacenamiento superiores o con materiales técnicos y avanzados esta medida no es suficiente. La solución ideal es emplear los envases de filamentos herméticos con sellado al vacío PrintDry. Son unos recipientes de plástico de alta resistencia, donde cada usuario puede almacenar su filamento con total seguridad sin preocuparse por si estos cogen humedad. El potencial de estos envases está en la tapa, ya que, en esta se aloja una válvula de vacío, a través de la cual y con la ayuda de una bomba manual (incluida con los envases), se consigue extraer el aire del interior del envase, proporcionando un almacenamiento libre de polvo y humedad. De esta forma se puede garantizar el correcto estado del filamento, aunque hayan pasado varios meses desde que la bobina se sacó de su precinto original de fábrica. A mayores, hay que tener en cuenta que la humedad relativa de la zona donde esté almacenado el material afecta en gran cantidad, debiendo ser este el menor posible sin perjudicar a la salud del usuario (Un buen valor sería sobre el 40 %).

Vida útil del filamento

La vida de un filamento de calidad desde su fabricación es de 2-3 años, siempre y cuando esté en su precinto y vacío original. Una vez abierta la bolsa original, el tiempo que tarda en perder sus propiedades mecánicas y de color depende del tipo de material y del almacenaje. Un PLA o ABS almacenado de la manera mencionada anteriormente puede conservar sus propiedades más de 1 año, pero en caso de no ser así, resistirá una décima parte del tiempo. En materiales más delicados, como nylons y PVA, la pérdida total de su vida puede ser de escasos días.

Es, por tanto, una evidencia que mantener los filamentos con bajos valores de humedad (10-13 %) es un factor clave a tener en cuenta en todo momento, para evitar problemas antes, durante y después de una impresión 3D.

Para tener la máxima fiabilidad a la hora de la impresión es vital tener el máximo número de variables posibles controladas, y la humedad es una de ellas para garantizar la máxima robustez en el proceso de impresión.