Filamentos plásticos con carbono, por qué son más resistentes

Puede parecer una pregunta retórica, pero la respuesta no es fácil, así que si los filamentos plásticos con carbono son más resistentes, ¿por qué lo son?

Si unimos dos productos compatibles siempre da como resultado un tercer producto que presenta la suma de sus propiedades. Esto es cierto, pero a veces no es solamente una cuestión de química.

En los filamentos plásticos para impresoras FDM hallamos una gran variedad, con una gran mayoría de filamentos de PLA con mezclas de otros productos.

Si nos ceñimos a los rellenos de carbono, y conocemos las propiedades de este material -elevada resistencia a la rotura, peso reducido y mejores propiedades térmicas-, ¿cómo es posible que una pieza fabricada en una poliamida con carbono mejore tanto sus propiedades?

Para que la fibra de carbono ofrezca su máxima resistencia las fibras deben estar alineadas. Ya sabéis que el carbono es fibroso y que soporta grandes cargas en la dirección de sus fibras. Una fuerza aplicada a 90º de la dirección de sus fibras provoca que se rompa como cualquier otro material.

El filamento plástico con carbono se fabrica sin alinear las fibras

Entonces, si un filamento de poliamida (PA) contiene carbono, ¿cómo se alinean sus fibras para que la pieza fabricada muestre más resistencia?

El filamento plástico se fabrica mezclado con carbono sin tener en cuenta la alineación de sus fibras. Así que si tomamos una muestra de una bobina de filamento plástico con carbono, por ejemplo PAHT-CF15 (un material de BCN3D Technologies con un 15% de carbono) lo romperemos sin dificultad.

El truco reside en que cuando el filamento entra en el hot end se torna viscoso, se ablanda y se convierte en plástico casi líquido, un fluido que emerge de la boquilla por un estrecho orificio de 0,2/0,4 mm.

Es en este momento cuando las pequeñas fibras de carbono contenidas en su interior se alinean por puro efecto físico, ya que alineadas ofrecen menos resistencia al flujo de plástico.

Empujadas por el flujo las fibras llegan a la cama de impresión y se depositan alineadas, por lo que la pieza plástica resultante será más rígida.

Los filamentos plásticos con carbono tienen las fibras alineadas cuando están impresos

Las fibras que estaban desalineadas mezcladas en el plástico enrollado en la bobina, al fundirse éste provocan que las fibras se «organicen» y se alineen, formando un material mucho más duro y resistente.

Pero hay que hacer un matiz: en este caso hay que conocer la dirección de los esfuerzos que soportará la pieza a imprimir y, en consecuencia, hacer que la dirección de las fibras siga esta línea de esfuerzo.

Curioso ¿eh?

Pues si quieres saber esto y mucho más sobre los filamentos plásticos compuestos con fibras de vidrio, carbono y demás, puedes descargarte el libro blanco sobre los «fiber filled filaments» -filamentos rellenados con fibras- de BCN3D Technologies. Te lo recomendamos.

¡Ah! Y aquí tienes el link.