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RECALENTAMIENTO DEL PLA PARA OBTENER IMPRESIONES 3D MÁS FUERTES: 2 MANERAS FÁCILES.

IDEA 1.61.

Cuando se trata de hacer tus impresiones más fuertes, todo lo que necesitas es algo de tiempo y más calor. Lea sobre el recocido del PLA y la resistencia al calor del PLA.

Los tratamientos térmicos son técnicas de posprocesamiento utilizadas habitualmente para cambiar las propiedades del material, ya sea física o químicamente.

El recocido es uno de estos tratamientos, y es posible que haya oído hablar de él en el contexto de la impresión 3D. Se dice que hace que las piezas impresas en 3D funcionen mejor, pero ¿cómo funciona exactamente este proceso y qué se puede conseguir con el PLA?

En este artículo, explicaremos cómo funciona el recocido y describiremos un par de procedimientos que puedes probar en casa. ¡Empecemos!.

¿Qué es el Recalentamiento?.

Imagen de microscopio de PLA normal y recocido a 110 °C (Fuente: Prusa Research).

El recocido es un tratamiento térmico utilizado para aumentar la ductilidad de los metales y hacer que las piezas sean más manejables. Para ello, se calientan los materiales hasta un punto óptimo que es más frío que su punto de fusión, pero más caliente que la temperatura a la que recristalizan.

Cuando se funden o moldean los metales, se forman pequeñas estructuras cristalinas conocidas como “granos” en la llamada microestructura del material. Cuanto más pequeños sean los granos, más duro y frágil será el material. Por el contrario, los granos más grandes reducen la dureza y aumentan la ductilidad, lo que facilita su manipulación.

El proceso de recocido en los metales consiste en recalentar el material hasta una temperatura que permita a los granos recristalizar y aumentar su tamaño. Cuanto más tiempo permanezca el material a esta temperatura, más podrá cambiar su estructura.

Recocido de plásticos e impresión 3D.

Aunque el recocido se refiere principalmente a los metales, también se utiliza un proceso similar para los plásticos, donde se aplica para reducir la tensión interna en las piezas moldeadas por inyección. Esto se hace calentando las piezas de plástico por debajo de su punto de fusión para permitir que el material se relaje y alivie las tensiones del moldeado.

Pero las cosas son un poco diferentes con la impresión 3D. La microestructura del plástico se compone de estructuras semicristalinas (parcialmente organizadas) y amorfas (desordenadas). Y son las estructuras semicristalinas las mejores en términos de propiedades mecánicas.

Por desgracia, el rápido calentamiento y enfriamiento del material en el proceso de impresión 3D aumenta el número de estructuras amorfas. Por lo tanto, el recocido de las piezas impresas en 3D les permite reorganizar sus cadenas moleculares hacia una estructura más semicristalina, consiguiendo así mejores propiedades generales del material.

Recalentamiento de PLA.

Benchys 3D normales (izquierda) y recocidos (derecha) (Fuente: CNC Kitchen).

El PLA es uno de los materiales más comunes para la impresión 3D. Es bastante fácil de imprimir y ofrece una buena resistencia mecánica aunque sea algo frágil. Sin embargo, tiene una temperatura de fusión relativamente baja en comparación con otros materiales de impresión 3D.

Estas características hacen del PLA el candidato perfecto para el recocido. De hecho, según muchas fuentes diferentes, el PLA es el material que muestra los mejores resultados cuando se somete a este tratamiento térmico.

En cuanto a la resistencia del material, las pruebas demuestran que las piezas de PLA recocido ganan entre un 10 y un 20% de resistencia, con la ventaja de que se vuelven menos frágiles. En cuanto a la resistencia a la temperatura, el PLA recocido también muestra buenos resultados en comparación con otros materiales recocidos impresos en 3D.

El compromiso.

El mayor inconveniente del recocido del PLA es el cambio dimensional. Las pruebas con diferentes temperaturas muestran que el PLA sufre cambios significativos incluso a temperaturas más bajas, como 70 °C, y las temperaturas más altas (110-170 °C) provocan deformaciones e incluso la fusión completa.

Así que, al final, el recocido del PLA impreso en 3D es un compromiso entre mejores propiedades del material y precisión dimensional o de forma. Si las ganancias son mayores que las pérdidas para ti, quédate con algunos consejos sobre cómo hacerlo.

Consejos generales.

Las piezas de PLA recocidas sufrirán definitivamente algunos cambios dimensionales (Fuente: Prusa Research).

En las próximas secciones, repasaremos algunos procedimientos para recocer el PLA sin necesidad de un equipo industrial. Pero antes de eso, tenemos una serie de consejos valiosos para el recocido que son independientes del método elegido, ya que usted considera lo que funcionaría mejor para usted.

  • Utilice piezas impresas con un 100% de relleno: Cuanto más densas sean las piezas, mejor resistirán la deformación y los cambios dimensionales. Aunque no es habitual imprimir con un 100% de relleno, esto se verá recompensado cuando se recupere el PLA.
  • Asegúrate de que las piezas estén lo más limpias posible: Elimine los hilos, los restos de los bordes y los soportes, y los restos de adhesivo de las piezas antes del recocido.
  • Utilice un termómetro de horno específico: Aunque muchos hornos modernos tienen termómetros incorporados, pueden ser bastante inexactos. Para hornear, 5 o incluso 10 °C pueden no ser tan importantes, pero cada grado cuenta cuando se recuecen piezas de plástico, especialmente con materiales sensibles a la temperatura como el PLA.
  • Deje que se cree una temperatura uniforme dentro del horno: Una vez que el horno haya alcanzado la temperatura deseada, espere al menos 30 minutos antes de introducir las piezas.
  • Prepárate para las imprecisiones dimensionales: Incluso si tiene éxito, es probable que el recocido del PLA distorsione, deforme o, como mínimo, cambie las dimensiones generales de las piezas, así que tenlo en cuenta.

Las temperaturas de recocido del PLA pueden variar en función de la marca del filamento. En general, el PLA tiene una temperatura de transición vítrea de 65 °C y una temperatura de fusión de unos 180 °C. Así que, en teoría, cualquier valor entre este rango será adecuado, aunque es más probable que las temperaturas más altas provoquen deformaciones y distorsiones.

Método No. “1”: Horno eléctrico y arena.

Los hornos eléctricos controlan mejor las temperaturas internas (Fuente: Matterhackers).

El primer método, el más preciso, requiere un horno eléctrico y un poco de arena. Los hornos eléctricos tienen una temperatura estable y son más fáciles de controlar, mientras que la arena se utiliza para enterrar las piezas, lo que distribuye el calor de manera más uniforme.

Para este procedimiento, fijaremos la temperatura justo por encima de la temperatura de transición vítrea para minimizar la distorsión. Se aconseja empezar con una temperatura más baja y, si tiene éxito, aumentarla para otros lotes de piezas.

  • Calienta el horno a 70 °C y espera al menos 30 minutos.
  • Mientras el horno se calienta, coge un recipiente apto para el horno que sea lo suficientemente grande y profundo para que quepan las piezas y llénalo de arena. Entierra las piezas por completo y deja al menos 5 mm de espacio entre cada pieza y los bordes y el fondo del recipiente.
  • Introduce el recipiente con la arena y las piezas en el horno y déjalo durante una hora.
  • Una vez transcurrido este tiempo, saca el recipiente y déjalo enfriar a temperatura ambiente sin sacar las piezas de la arena.

Una vez que todo se haya enfriado, estás listo para sacar las piezas recocidas del recipiente.

Método N0. “2”: Horno a gas.

También es posible utilizar hornos de gas para recocer piezas de PLA, pero hay que tener cuidado con las temperaturas (Fuente: Matterhackers).

Si el uso de un horno eléctrico no es una opción, es posible utilizar el gas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que los hornos de gas son menos precisos y se sabe que sobrepasan las temperaturas mientras se calientan. Por eso, en este método, el horno se apaga una vez que se introducen las piezas.

Como debería haber mucho menos calor en el interior, no hay arena y las piezas se colocan en cualquier tipo de recipiente apto para el horno. Las piezas también se enfrían dentro del horno en lugar de fuera.

  • Calienta el horno a 70 °C y mantén esa temperatura durante al menos 30 minutos.
  • Coloca tus piezas impresas en 3D en una superficie apta para el horno y mételas dentro. Apaga inmediatamente el horno y cualquier elemento calefactor que haya en su interior.
  • Deja tus impresiones en el horno hasta que se haya enfriado. Un enfriamiento gradual evitará que se repitan las tensiones internas. El enfriamiento lento también reducirá el alabeo.

Método de bonificación: Recocido en agua.

Recocido de piezas de PLA en agua caliente: es difícil controlar las temperaturas y la transferencia de calor (Fuente: Justin Lam).

Si los hornos están descartados, hay otro método disponible, aunque dista mucho de ser el ideal. En lugar de proporcionar calor directamente a las piezas, éstas se sumergen en agua caliente. Y aunque este procedimiento debería funcionar en teoría, los resultados no son consistentes y se pueden encontrar muy pocos ejemplos de su funcionamiento real en Internet.

La idea es colocar las piezas impresas en 3D dentro de una bolsa de plástico sellada, preferiblemente al vacío, y mantenerla bajo el agua para que se produzca el recocido. A priori puede parecer una buena idea, pero el control de la temperatura del agua es lo más complicado.

Los dispositivos de cocción lenta, como las máquinas sous vide, son excelentes para mantener el agua a la temperatura adecuada y podría valer la pena probarlos.

Artículo original disponible en: 3ALLDP.

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