Cómo seleccionar los materiales correctos para sus piezas

Las bases de datos sobre materiales contienen más de 100.000 materiales plásticos y, entre ellos, existen 45 familias de polímeros que pueden clasificarse a grandes rasgos en dos categorías: termoestables y termoplásticos. Nos concentraremos, sobre todo, en esta última clase, que ofrece cientos de resinas termoplásticas para ingeniería en stock a través de nuestro servicio de moldeo por inyección de Protolabs (figura 1). Además de nuestro catálogo de resinas en stock, podemos dar soporte también a muchas otras resinas proporcionadas por el cliente.

Elegir entre esta amplísima lista de materiales puede parecer, a veces, una ardua tarea; por eso, hemos elaborado una guía de consulta que describe las ventajas y usos de algunos de los materiales utilizados con mayor frecuencia para el moldeo. La elección del material correcto permite mejorar la forma, calidad y función de sus piezas.

ABS (Copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno)

Ventajas: El ABS es un plástico duro y resistente a los impactos muy utilizado en diferentes sectores industriales. Tiene una gran capacidad de mantener sus dimensiones y apenas encoge; además, posee una buena resistencia a ácidos y bases. El ABS es una buena elección en el caso de aparatos portátiles destinados al consumidor. Es relativamente barato.

Usos: piezas decorativas, aparatos portátiles, carcasas y moldes para herramientas eléctricas, mandos a distancia, ordenadores, componentes telefónicos.

Consideraciones: Las piezas moldeadas en ABS mostrarán líneas de punto y pueden tener hundimientos y vacíos en las zonas gruesas. Posiblemente se pueda lograr una reducción del hundimiento cambiando a un material mezcla de ABS y PC. El ABS también se adapta bien a las piezas de PC.

PC (Policarbonato)

Ventajas: El PC es fuerte y muy resistente a los impactos, apenas encoge y conserva bien su estabilidad dimensional. Es un plástico transparente que está disponible en categorías ópticamente claras. El PC resiste bien el calor y acepta acabados decorativos de calidad.

Usos: lentes, iluminación interior y exterior, carcasas de teléfonos móviles, componentes eléctricos, instrumentos de uso médico, cristal blindado.

Consideraciones: Sensible en las secciones gruesas de las piezas que podrían causar vacíos, burbujas y hundimientos. Por otra parte, las piezas de PC presentan una escasa resistencia química. Una mezcla de ABS/PC es una buena alternativa para piezas opacas con estos problemas, y el acrílico (descrito más adelante) es otra opción para piezas con geometrías gruesas.

PPA (Poliamidas alifáticas)

Ventajas: Existen muchos tipos de PPA, o de nailon (4, 6/6, 6, 6/10, 6/12, 12, etc.), cada uno de ellos con sus propias ventajas. En general, las piezas de nailon poseen una gran resistencia, incluso a las altas temperaturas, especialmente cuando están reforzadas; además, son resistentes a productos químicos, excepto a ácidos y bases fuertes. Algunos, como el nailon 6/6, ofrecen una gran dureza y rigidez, además de ser resistentes a la abrasión. El nailon 6 es sumamente duro y sólido a bajas temperaturas, pero el nailon 6/12 tiene una mejor resistencia a los impactos.

Usos: elementos de paredes finas, peines, bobinas, engranajes y rodamientos, tornillos, piezas estructurales (con vidrio), piezas de bombas, componentes bajo el capó, cámaras.

Consideraciones: El nailon puede ser más susceptible al alabeo debido a su reducción no lineal, lo que debe tenerse en cuenta al elegir un tipo concreto de nailon. Si su pieza va a estar expuesta a la humedad, debe pensar en evitar el nailon, ya que es un material higroscópico que absorberá la humedad, lo que dará lugar a problemas dimensionales y, posiblemente, estructurales.

POM (Polioximetileno)

Ventajas: También conocido como Acetal, se caracteriza por una gran solidez, rigidez, dureza y resistencia. El Acetal posee una buena lubricidad y resistencia a hidrocarburos y disolventes orgánicos. También tiene una buena elasticidad y es deslizante, por lo que es adecuado para superficies de rodamientos y para engranajes.

Usos: engranajes, bombas y rotores de bombas, eslabones de transportadores de cadena, dispensadores de jabón, aspas de ventiladores y turbinas, conmutadores para automoción, componentes de interruptores eléctricos, botones y pomos.

Consideraciones: A causa de la contracción, los clientes deben hacer un diseño específico para Acetal con un grosor uniforme en las paredes. Dada la lubricidad del Acetal, resulta difícil pintar o revestir las piezas las piezas fabricadas con este material. También es difícil conseguir un acabado estético de alta calidad utilizando Acetal. Si solo se necesita una cantidad limitada de piezas para prototipo, se pueden mecanizar fácilmente a través de Firstcut.

PMMA (Metacrilato de polimetilo)

Ventajas: El PMMA, también conocido como acrílico, posee buenas propiedades ópticas, un elevado brillo y es resistente a los arañazos. El acrílico presenta una escasa contracción y tiene poco hundimiento en secciones gruesas.

Usos: tragaluces, lentes, pantallas, fibras ópticas y señales.

Consideraciones: el acrílico puede ser frágil y, por eso, más susceptible a la fisuración. En caso necesario, el PC es una buena alternativa. En las piezas acrílicas siempre se necesita un ángulo de desmoldeo debido a su fragilidad, con frecuencia un ángulo dos veces superior a otros materiales. El acrílico tiene también una escasa resistencia química.

PP (Polipropileno)

Ventajas: el PP es una resina barata con gran resistencia a los impactos en algunas de sus categorías; el homopolímero de propileno puede ser frágil a bajas temperaturas, con copolímeros más resistentes al impacto. El PP es resistente al desgaste, flexible y puede poseer una elongación muy elevada. También es resistente a ácidos y bases.

Usos: bisagras integrales y pivotes flexibles, ventiladores, tapas de cierre a presión (como los tapones de las botellas de champú) y tubos para pipetas de usos sanitarios.

Consideraciones: las secciones gruesas de la geometría de las piezas pueden sufrir vacíos y presentar burbujas. En las piezas de PP pueden producirse también contracciones y alabeos. Si la pieza tiene pivotes flexibles que requieran una mayor rigidez, la K-Resin es una buena alternativa.

PBT (Tereftalato de polibutileno)

Ventajas: el PBT proporciona buenas propiedades eléctricas para piezas eléctricas y da buenos resultados en aplicaciones de automoción. Dependiendo de su contenido en vidrio puede tener una resistencia moderada a alta; cuando no contienen vidrio son sólidos y flexibles. El PBT también tiene una buena resistencia a los combustibles, aceites, grasas y muchos disolventes; además, no absorbe olores.

Usos: rodamientos, engranajes y levas deslizantes; cafeteras y tostadoras; boquillas de secadores de pelo; aspiradoras; asas y mandos de cocinas eléctricas.

Consideraciones: Las resinas de PBT rellenas de vidrio son propensas al alabeo y tienen una escasa resistencia a ácidos, bases e hidrocarburos.  Las piezas delgadas pueden ser difíciles de rellenar con PBT. Se pueden utilizar el nailon como alternativa.

PPSU (Polifenilsulfona)

Ventajas: la PPSU es un material dimensionalmente estable a altas temperaturas, con una gran solidez y resistencia al calor. También es resistente a la esterilización mediante radiación y a los álcalis y ácidos débiles.

Usos: piezas de instrumental médico, bandejas de esterilización, fusibles para automóviles, piezas internas de aviones, accesorios para agua caliente, enchufes y conectores.

Consideraciones: la PPSU es sensible a las secciones gruesas de la geometría de las piezas, lo que puede provocar vacíos, burbujas o hundimiento. Los disolventes orgánicos y los hidrocarburos también pueden atacar el material de PPSU. No se puede añadir colorante a las resinas de PPSU proporcionadas por Protolabs.

PEEK (Poliéter éter cetona)

Ventajas: Es una resina de gran rendimiento a altas temperaturas que se usa en los sectores sanitario, aeroespacial y automovilístico por diferentes razones, como la resistencia al calor o el retraso de la combustión, una resistencia y estabilidad dimensional excelentes, y una buena resistencia química.

Usos: rodamientos, piezas de pistones y bombas, aislamiento de cables, compatible con aplicaciones de ultravacío.

Consideraciones: el PEEK es un material de excelente rendimiento y, en consecuencia, muy caro. El PEI o Ultem^® (descrito a continuación) es una opción algo más barata y también se puede tener en cuenta la PPSU si el precio es un problema.

PEI (Polieterimida)

Ventajas: el PEI, o Ultem^®, es la segunda de las dos resinas de gran rendimiento a altas temperaturas añadidas recientemente a la creciente lista de materiales disponibles en Protolabs. Como el PEEK, se usa en los sectores sanitario, aeroespacial y automovilístico por su resistencia al calor y retraso de la combustión, una resistencia y estabilidad dimensional excelentes, y una buena resistencia química.

Usos: instrumental sanitario y químico; vajilla y catering; climatización y tratamiento de fluidos; electricidad e iluminación.

Consideraciones: el Ultem^® también es muy caro, aunque no tanto como el PEEK. Considere la PPSU como una posible alternativa.

Más opciones de materiales e información

Protolabs dispone de muchas otras opciones de resinas en stock, como PPS, TPE, TPU, HDPE y LDPE; además, es posible mejorar las propiedades de la mayoría de las resinas mediante el uso de aditivos como el vidrio y la fibra de carbono.

Para más información sobre nuestros materiales (propiedades mecánicas, características de moldeabilidad, costes, etc.), consulte nuestra guía de resinas en línea. Para solicitar muestras de los materiales, póngase en contacto con su representante de ventas o escríbanos a [email protected]. También le ofrecemos un detallado libro blanco, "La importancia de los materiales", que proporciona un amplio sumario técnico del proceso de selección de los materiales.