La elección de los materiales para su trabajo es un paso decisivo para lograr el mejor resultado posible al trabajar con la impresión y fundición en 3D. Este artículo busca comprender mejor los procesos de impresión 3D, en particular el uso de ácido poliláctico (PLA) como filamento y su interacción con los moldes de silicona. Esta tendencia ha hecho necesario centrarse en la relación entre la impresión 3D y la fundición, que es una técnica bastante popular. Este artículo aborda estas cuestiones investigando los atributos, ventajas y desventajas del PLA y el molde de silicona para que los lectores comprendan cómo considerar estos factores al tomar decisiones durante el proceso de fabricación. Las adiciones únicas proporcionadas en esta revisión se recomiendan independientemente de si uno es un profesional o un aficionado que desea dominar más habilidades. La guía ayudará a comprender mejor las posibilidades y limitaciones reales de dicha combinación.
¿Cómo interactúa el PLA con la silicona?
Las siliconas y el PLA son los materiales que más interactúan en un proceso de fabricación de moldes, ya que el PLA tiene una superficie lisa que se puede utilizar para formar características detalladas a medida que se aplica la silicona. Los moldes hechos con modelos de PLA son muy útiles, ya que permanecen inalterados y son resistentes. Sin embargo, es importante destacar que el PLA tiene una resistencia térmica relativamente baja, lo que restringe su uso en áreas donde la temperatura requerida es demasiado alta, como durante el curado de la silicona. Además, se requieren agentes desmoldantes adecuados para que los patrones de PLA no se adhieran a la silicona. material durante el proceso de eliminaciónEn general, hasta que no se controlen la temperatura y los agentes desmoldantes, el PLA es una buena opción para realizar moldes de silicona.
¿La silicona se adhiere al PLA?
La silicona por sí sola, sin un agente desmoldante, no se adhiere muy bien al PLA; la energía superficial de la silicona es baja debido a su estructura química, por lo que es antiadherente por naturaleza. Sin embargo, algunos tipos de silicona también pueden adherirse al PLA cuando no se trata. En la práctica, la silicona se adhiere al PLA solo cuando se expone a temperaturas extremas o cuando la relación de silicona con el agente desmoldante está desequilibrada, donde el agente desmoldante es el regulador. Algunas investigaciones sugieren aplicar un espray de silicona o una película desmoldante de PVA (alcohol polivinílico) para evitar estos problemas de adhesión por completo. Primero, deben probar la interacción de la silicona y el PLA que se utilizan en un nivel aislado. Esta prueba es muy útil para mantener la estructura del molde y el artículo impreso, lo que permite un desmoldeo suave y una vida útil más larga del PLA.
Uso de agentes desmoldantes para una mejor eliminación del moho
La primera etapa consiste en recubrir el PLA y la silicona con un agente desmoldante. El propósito de los agentes desmoldantes es servir como intermediario entre la silicona y el molde, reduciendo así las posibilidades de unión, lo que dificulta el proceso de desmoldeo. Los desmoldantes de silicona en aerosol son muy recomendables para obtener resultados óptimos en este caso. O bien, se pueden recubrir películas de PVA sobre la superficie del molde para evitar aplicaciones de alta temperatura de curado. El uso eficaz de estos agentes antes de verter la silicona puede agilizar los dos procesos asegurando que no se dañe el producto final ni el propio molde, lo que hace que el ciclo de producción sea fluido. Esto se combina con controles de rutina y la liberación de un agente designado que sea adecuado para dichos materiales involucrados para garantizar que se cubran todos los extremos para obtener los mejores resultados.
El papel de la textura de la superficie en la adhesión
Los polímeros alargados que están muy rellenos y tienen un cambio drástico en la textura de su superficie son fundamentales para que se desarrolle la adhesión al interactuar con moldes de PLA. Un aumento en la rugosidad de la superficie puede aumentar un mecanismo de enclavamiento mecánico, lo que puede contribuir a un aumento en la adhesión y crear problemas durante el desmoldeo. Alternativamente, las superficies más lisas tienden a proporcionar menos adhesión debido a las menores oportunidades de enclavamiento y formación de enlaces, lo que permite una extracción más fácil. El pulido de la superficie, el tratamiento de la superficie y la aplicación de revestimientos son algunos de los consejos sobre cómo cambiar la textura para obtener una unión efectiva. Es muy importante comprender cómo interactúan la textura y las propiedades adhesivas de los materiales en relación con los procesos de fabricación para encontrar un equilibrio entre la adhesión adecuada durante el proceso de curado y un desmoldeo fácil.
¿Cuáles son las mejores prácticas para crear un molde de silicona con PLA?
Configuración óptima de impresión 3D para PLA
El extrusión La temperatura del material PLA no debe ser inferior a 190 °C ni superior a 220 °C, independientemente del fabricante. La temperatura de la plataforma de impresión debe mantenerse dentro del rango de 50 °C a 70 °C para una adhesión adecuada durante el proceso. La velocidad de impresión debe ajustarse a unos 50-60 mm/s, dependiendo de la calidad de salida deseada. Se debe proporcionar un flujo de aire y una refrigeración adecuados, preferiblemente mediante un ventilador, para mejorar la adherencia de las capas y su tacto. Un grosor de capa típico de alrededor de 0,1-0,3 mm es suficiente, a menos que los requisitos de velocidad y resolución de impresión permitan modificaciones. Además, para impresiones más grandes, puede ser beneficioso utilizar un borde o una plataforma para mejorar sustancialmente la adhesión de la plataforma y reducir la deformación de los modelos.
Diseño de un molde impreso en 3D para verter silicona
El diseño de un molde tridimensional para la geometría definida implica numerosos aspectos, como la aireación, las cavidades del molde y las características de las superficies finales. La geometría del molde se adapta a los detalles de la forma final de la pieza prevista, al tiempo que garantiza patrones de vertido de silicona uniformes y una mínima acumulación de aire. Las características de la superficie final tienen un gran impacto en la textura requerida del producto, ya que el desmoldeo de la pieza es más fácil cuando hay acabados más suaves. Las características de los canales de ventilación permiten una fácil liberación del aire, lo que habría provocado posibles errores. Además, se recomienda el uso de características de alineación o claves de registro que actúen en las mitades del molde para permitir que las dos piezas se alineen completamente entre sí. Después de considerar estos parámetros de diseño, se podrá realizar la fundición de manera ordenada y también se podrán obtener los resultados óptimos requeridos durante las operaciones de moldeo de silicona.
Cómo garantizar la durabilidad y la estabilidad del molde de PLA
Para imprimir moldes resistentes y estables, el PLA se puede reforzar mediante modificaciones de diseño y el uso de materiales mejorados. El rendimiento mecánico y la resistencia al desgaste se pueden mejorar seleccionando un tipo de PLA más resistente, como un compuesto de PLA reforzado con fibras de carbono. Además, los diseños que incluyen paredes y nervaduras más gruesas pueden proteger el molde de las tensiones del moldeo por inyección con silicona. También hay otros parámetros de confusión que se deben tener en cuenta, como la altura de la capa, la densidad del relleno y el grosor de la piel. Además, las técnicas de recocido adecuadas pueden aumentar la resistencia térmica de un molde basado en PLA y aumentar su resistencia, lo que permite su uso varias veces.
¿Puede el PLA soportar el calor necesario para el curado de la silicona?
Tolerancia de temperatura del PLA durante el curado
El hecho de que los moldes fabricados a partir de PLA (ácido poliláctico) delineen los procesos de curado de la silicona y puedan soportar ciertos niveles de temperatura es bastante fundamental para estos moldes de silicona, dado el contexto en el que se someterán estos moldes. Las mediciones han indicado que el PLA tiene un punto de ablandamiento que existe en el rango de aproximadamente 60 grados Celsius y 65 grados Celsius. No obstante, algunos tipos de cauchos de silicona tienen un ciclo de curado que opera a temperaturas específicas que varían de 30 a 60 grados Celsius, dependiendo del tipo en general. El resultado y la aplicación resuelven el problema de la elasticidad a temperaturas más altas, ya sea utilizando compuestos reforzados con fibra y barroco que toleran altas temperaturas o utilizando siliconas con temperaturas de curado más bajas. Algunas evidencias de ensayos clínicos sostienen que el recocido de un molde de PLA le permite lidiar mejor con la regulación térmica al producir un efecto de masaje que ayuda al curado en un parámetro de intensidad térmica más alto (temperatura). Nada desalienta estos fenómenos más que los constituyentes que modifican las construcciones o las distorsiones, sin embargo la práctica ideal para esa situación debe suceder para que el moldeado o pretratamiento no pueda ocurrir.
Posible deformación y alabeo de piezas de PLA
Las limitaciones térmicas intrínsecas del material PLA generan preocupaciones relacionadas con la deformación y deformación de las piezas de PLA durante el curado de la silicona. El PLA es un termoplástico, lo que significa que en los límites superiores de su tolerancia térmica, es probable que se ablande, lo que provoca una distorsión en la forma del molde a medida que se pierde la estabilidad estructural del molde. Un estudio ha demostrado que las piezas de PLA que se sometieron al calor del vapor durante más de cinco minutos o a un ciclo de calor de cinco minutos por encima de los sesenta grados sufrieron cambios dimensionales. En particular, se observó la distorsión del molde cuando los bordes y las esquinas de las piezas de PLA se levantaron como resultado de un calentamiento no uniforme o un enfriamiento deficiente.
Se dice que la contracción dimensional térmica debido a los efectos del calor de hasta 2-5% para las piezas de PLA ocurre cuando la temperatura supera los 55 grados Celsius de forma continua y durante horas, especialmente sin medidas de refuerzo. Sin embargo, esto se puede resolver mediante métodos de moldeo que buscan controlar la temperatura y mediante alteraciones del diseño con el uso de soportes adicionales o engrosando la altura de la capa en áreas cruciales. Junto con eso, también se pueden utilizar tratamientos de recocido, que mejoran las propiedades térmicas del PLA, reduciendo así las posibilidades de deformación. Los usuarios tendrían que realizar pruebas de aplicación exhaustivas para verificar el rendimiento del molde de PLA en las condiciones de curado requeridas con el objetivo de lograr los mejores resultados posibles sin experimentar fallas estructurales.
Medidas para minimizar el daño térmico del PLA
- Optimizar la impresión Ajustes: El objetivo principal de esta modificación es proporcionar una mayor resistencia térmica a los componentes de PLA. Esto implicaría una ligera disminución de la temperatura de impresión, un aumento de la refrigeración mediante la rotación del ventilador y una optimización de la adhesión de las capas. Se espera que el ajuste de estos parámetros reduzca las tensiones internas en las piezas de PLA, lo que reduciría en cierta medida el riesgo de deformación.
- Utilice mezclas de PLA resistentes al calor: Puede optar por utilizar mezclas de PLA resistentes a altas temperaturas. Estas mezclas están formuladas de tal manera que pueden soportar temperaturas relativamente más altas en comparación con el PLA normal, lo que hace que tengan un mejor rendimiento durante el estrés térmico. Siempre debe solicitar información a los productores sobre los parámetros para asegurarse de utilizar el tipo correcto de PLA para el trabajo correcto.
- Implementar refuerzos estructurales: La incorporación adecuada de las nervaduras y los filetes y el aumento del espesor de la pared servirán para reforzar el diseño del inserto impreso y la capacidad de la pieza para soportar la deformación térmica a un nivel muy alto. Estas características estructurales tienen el potencial de ayudar a las áreas débiles y, al mismo tiempo, garantizar que las tensiones térmicas se distribuyan por toda la pieza. Esta estrategia es útil para piezas grandes o con formas complicadas que tienden a torcerse y doblarse mucho.
¿Existen materiales alternativos al PLA para el moldeo de silicona?
Comparación del PLA con otros filamentos de impresión 3D
El PLA es uno de los filamentos de impresión 3D más populares y, si bien puede ser el preferido, hay otros que se deben tener en cuenta al diseñar, como las propiedades de impacto, la temperatura de trabajo, la capacidad de degradación y, por supuesto, el nivel de dificultad para modelar con él. A continuación, se incluye una tabla de compatibilidad con PLA y algunos de los materiales de impresión 3D más populares:
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno):
- Puntos fuertes: El ABS tiene una mejor resistencia al impacto y una mejor tolerancia al calor que el PLA, lo que lo convierte en un grado muy viable para modelado e impresión.
- Debilidades: Los vapores liberados por este compuesto pueden ser bastante molestos y se necesita una cámara de calentamiento para una impresión efectiva, por lo que lamentablemente no es del todo amigable para el consumidor.
- Usos: Uno de los materiales más duraderos, por lo que se utiliza en piezas de automóviles y en los famosos juguetes infantiles LEGOS.
PETG (polietilenglicol tereftalato):
- Puntos fuertes: Este compuesto tiene mejor elasticidad en comparación con el PLA y tiene una gran difusión del calor.
- Debilidades: Debido a las complicaciones de supuración y formación de hilos, presenta desafíos en la forma de la necesidad de empujar más hasta sus límites para una impresión exitosa.
- Usos: Este material específico es seguro para los alimentos y, en ocasiones, es ideal para prototipos transparentes.
TPU (Poliuretano Termoplástico):
- Puntos fuertes: Quizás el más elástico del grupo proporciona un marco fuerte y resistente para los objetos en cuestión.
- Debilidades: Es un desafío imprimir debido a la necesidad de configuraciones específicas para garantizar su uso adecuado, así como a una velocidad más lenta.
- Usos: Un material de ensueño para fundas de móviles, gomas elásticas y asas ergonómicas.
Nylon:
- Puntos fuertes: De todos los materiales, el nailon es uno de los más resistentes y duraderos gracias a su alta tolerancia a la potencia.
- Debilidades: Dependiendo de la exposición al aire y al contenido de humedad, la calidad de la impresión variará, por lo que es importante cuidar las instalaciones de almacenamiento.
- Usos: Usos de ingeniería específicos junto con los componentes mecánicos requeridos.
Policarbonato (PC):
- Puntos fuertes: Proporciona muy buena protección y funciona bien a temperaturas elevadas.
- Debilidades: Alta contracción y requiere temperaturas superiores a 220 grados para la impresión.
- Usos: Muy adecuado para componentes que están sometidos a un estrés o calor considerable, como las lámparas.
Debido a estas características individuales asociadas a los filamentos, se puede recomendar una aplicación específica. La decisión sobre el material se basa en las propiedades necesarias combinadas con las condiciones de la impresión y el entorno.
Ventajas de utilizar PETG y ABS para moldes de silicona
Al diseñar moldes de silicona, especialmente para crear prototipos, es esencial tener en cuenta los materiales. Sin embargo, con PETG, algunos componentes del molde pueden ser lo suficientemente resistentes para su propósito previsto, lo que elimina la necesidad de un molde fabricado con materiales más económicos. Al ser un polímero termoplástico, el PETG tiene varias características favorables; la principal de ellas es su fuerza y resistencia al impacto, lo que lo hace ideal para producir moldes de usos múltiples. Estas dos características, junto con la facilidad de procesamiento y el buen acabado de la superficie, se suman a su aplicación en estructuras y aplicaciones de moldes más sofisticadas. Por otro lado, también vale la pena mencionar que el mayor activo del ABS es su alta resistencia a la tracción y resistencia al calor. La ausencia de cualquier ausencia de disolventes fuertes en el molde permite que el ABS soporte las temperaturas de curado de algunos elastómeros, lo que reduce el costo del molde sin reducir la precisión del mismo. Además, su ligera elasticidad mejora la facilidad de separación del molde del componente, junto con las complejidades de las depresiones precisas dentro del molde.
Exploración de metales y resinas para aplicaciones de alta temperatura
En lo que respecta a los materiales utilizados para entornos de alta temperatura, tanto los metales como las resinas pueden servir bien en diferentes situaciones. Por ejemplo, el titanio y el acero inoxidable son algunos metales que gozan de gran reconocimiento por su gran conductividad térmica, resistencia y dureza a altas temperaturas. Permiten que el calor circule libremente, por lo que son apropiados para componentes como intercambiadores de calor y motores de turbina.
Por otro lado, las resinas de alto rendimiento como la polieteretercetona (PEEK) o la poliimida pueden soportar altas temperaturas y tienen ciertas propiedades de aislamiento químico y eléctrico. Resinas como estas son estructural y dimensionalmente estables, lo que las hace útiles en la industria aeroespacial y la electrónica, entre otras aplicaciones. La elección entre metales y resinas depende principalmente de la aplicación, las condiciones ambientales que la rodean y las tensiones mecánicas esperadas en el material.
¿Cuál es el impacto de la altura de la capa en la calidad del molde?
Cómo elegir el grosor de capa adecuado para el moldeo de silicona
Al seleccionar un espesor de capa óptimo para el molde de silicona, debe tener en cuenta las ventajas y desventajas entre el acabado de la superficie y el tiempo necesario para fabricar un producto. Si bien una altura de capa inferior a la ideal facilita un acabado más suave y un detalle más preciso, requerirá mayores ciclos de producción. Por otro lado, una altura de capa más gruesa requerirá menos tiempo, pero es probable que se vea comprometida la precisión del detalle. Por lo tanto, según la cantidad de detalle requerido, la cantidad de acabado que se debe realizar y el tiempo de entrega, se puede seleccionar un espesor de capa.
Cómo afecta la altura de la capa a la suavidad del producto final
En el moldeo de silicona, la altura de la capa es un factor que influye en los detalles finales y la suavidad. El rango ideal de lo hace todo de manera uniforme. Las capas de altura que van desde 0,1 mm a 0,3 mm son visibles a simple vista, y de las cuales la altura promedio de las capas cuando se cambian los perímetros de escala tiene un resultado de entre 0,0 mm y 0,8, adaptando una altura de capa más fina que combina baja visibilidad y refinamiento. Sin embargo, una disminución en la visibilidad hace que se dupliquen los recursos reparados, por lo que se requiere un mayor tiempo para fabricarlos.
Por el contrario, con el uso de una altura más gruesa, las capas alternas significan que se gastan menos recursos en la disposición de la progresión general del molde, ya que el acabado permanece inalterado en modelos con una altura que abarca desde 0,2 mm hasta 0,3 mm. Aunque esto podría ser adecuado solo para modelos en bruto, curiosamente, cumple su función. Mientras tanto, otros afirman que en los extremos más rugosos, el Ra promedio abarca desde 2 micrómetros hasta un máximo de 12 micrómetros, dependiendo de la altura de una sola capa. En cuanto a la selección del espesor de capa deseado, alcanzar un espesor de 0,1 es ideal para facilitar la calidad del acabado y mantener el tiempo de entrega al mínimo.
Técnicas para reducir las líneas de capas visibles en piezas fundidas
Para superar las líneas de capas visibles de las piezas fundidas se requieren técnicas especializadas, que son una combinación de métodos de posprocesamiento y optimización de materiales. Algunos métodos de posprocesamiento, como el granallado o el pulido, se pueden emplear ahora para suavizar los artefactos fundidos, haciendo así que la presencia de las líneas de capas sea menos notoria. En este caso, la máquina de granallado se sometería a algunas abrasiones menores de modo que todas las imperfecciones ubicadas en la capa superior se eliminaran físicamente mediante la resistencia mecánica. Además, en lugar del lijado general, se pueden utilizar esponjas de lijado especializadas para suavizar ciertas partes de la pieza fundida. En segundo lugar, el alisado con disolventes, que es un tratamiento químico, implica una ligera aplicación de ciertos disolventes que disolverían los bordes ásperos del acabado de la superficie. Además, la optimización de resinas o mezclas de silicona diseñadas específicamente para reducir la contracción ayuda a mejorar las características de flujo y la distribución del material elegido. Estos procesos se pueden seleccionar en función de las características específicas de la pieza fundida, su uso previsto y el grado de su rentabilidad.
Fuentes de referencia
El mejor proveedor de extrusoras de silicona de China
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿Se puede utilizar PLA para hacer un molde de silicona?
R: Bueno, es posible hacer patrones maestros para molduras de silicona con PLA. Sin embargo, debido a su bajo punto de fusión, se deben tomar precauciones al usarlo con tipos específicos de caucho de silicona que se calientan durante el proceso de curado.
P: ¿Cuáles son las ventajas de utilizar PLA para hacer moldes de silicona?
R: El PLA es un material muy bueno para modelos y patrones maestros debido a su facilidad de impresión en 3D, es biodegradable y tiene un nivel de detalle razonable. Además, su costo no es muy alto, lo que lo hace ideal para variaciones de moldes y diversión.
P: ¿Qué se puede decir sobre el punto de fusión del PLA en relación con la fabricación de moldes de silicona?
R: Una de las principales desventajas de los moldes de silicona curada por calor es que su rango de temperatura es más bajo, de aproximadamente 150 a 160 grados C. Esto significa que pueden no ser apropiados para algunas siliconas que pueden tener silicona curada por calor insertada en ellas. Para evitar la deformación, se deben utilizar siliconas curadas a temperatura ambiente o se deben idear algunas medidas de control térmico durante el curado.
P: ¿Los selladores de silicona que se venden en las ferreterías son adecuados para hacer moldes a partir de impresiones PLA?
R: Respuesta corta: Sí. Sin embargo, las gomas de silicona elásticas de calidad profesional que han sido diseñadas específicamente para la fabricación de moldes tienen una mejor afinidad por los detalles, especialmente las impresiones PLA finas. Además, los selladores de silicona pueden no reproducir los detalles finos y pueden tardar más en curarse.
P: ¿Qué puedo hacer para evitar que el PLA se adhiera al lado interno del molde de silicona durante el moldeado?
R: Para detener la adhesión, se puede aplicar un agente desmoldante sobre la impresión de PLA antes de verter la silicona. Los agentes desmoldantes más comunes son los desmoldantes, el aceite en aerosol o incluso la maicena espolvoreada sobre la superficie. De esta manera, no quedarán restos en el PLA después de que la silicona se haya curado por completo.
P: Después de hacer el molde de silicona, ¿debo tirar el patrón de PLA o debo retirarlo?
R: Por lo general, no es necesario deshacerse del PLA una vez que se ha fabricado el molde de silicona. El proceso de curado se llevará a cabo alrededor del PLA, que sirve como patrón para crear un negativo de un molde de silicona. En tal caso, una vez que el molde se haya curado, se puede retirar del PLA que ha servido como una impresión única que se desechará o estará lista para su reutilización.
P: ¿Está bien acelerar el curado de la silicona calentándola? Trabajando con moldes de PLA.
R: Se recomienda no calentar la silicona para acelerar el proceso de curado cuando se trabaja con moldes de PLA. Calentar la silicona estaría contraindicado debido a que el PLA tiene un punto de fusión bajo y puede derretirse en un horno. Utilice la silicona de curado a baja temperatura para todas las fabricaciones y respete el tiempo de curado completo indicado por el fabricante.
P: ¿Qué debo hacer para asegurarme de que mi impresión PLA esté lista para el moldeado de silicona?
R: Antes de aplicar silicona al molde, el PLA debe imprimirse con la suavidad adecuada. Agregar ángulos de desmoldeo al diseño suele ser una medida eficaz que ayuda a facilitar la extracción de los moldes. También puede encapsular la superficie del PLA con resina epoxi en una capa fina para obtener una superficie lisa y no porosa.
P: ¿Tiene algún consejo adicional en el contexto del uso de tornillos o sujetadores PLA para el diseño del molde?
R: Cuando utilice PLA como tornillos u otros elementos de sujeción modificados en su diseño, recuerde que los tornillos pueden no ofrecer la misma resistencia que sus contrapartes metálicas. Asegúrese de que estén bien fijados o tal vez utilice tuercas o insertos de metal en las secciones donde sea necesario. Las roscas de PLA también pueden tener limitaciones severas en términos de capacidad para soportar el uso repetido.
P: ¿Los moldes de silicona fabricados a partir de patrones de PLA pueden someterse a tratamientos de horneado o térmicos?
A: No se recomienda hornear ni tratar térmicamente los moldes de silicona fabricados con patrones de PLA. El PLA tiene un punto de fusión bajo de aproximadamente 150-160 °C, lo que significa que es probable que se deforme o se derrita a temperaturas que se calientan para curar siliconas y otros materiales. Limite las temperaturas de trabajo a temperatura ambiente cuando aplique moldes a base de PLA, ya que siempre produce buenos resultados y condiciones de los moldes.
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