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Cómo elegir un material para la creación de prototipos: 6 propiedades que tener en cuenta

Módulo de flexión: ¿Cuál es su grado de rigidez?

El módulo de elasticidad es una medida de la resistencia de un material a los esfuerzos de deformación elástica.

El módulo de elasticidad es una medida de la resistencia de un material a los esfuerzos de deformación elástica.

El módulo de flexión es la magnitud más relevante para los plásticos, la medida de la rigidez de un material o su tendencia a doblarse. Un material de gran rigidez requiere más fuerza para deformarse en comparación con un material blando. Un módulo de flexión elevado indica un material más rígido, mientras que un módulo de flexión bajo indica un material elástico, como una goma elástica.

Elmódulo de flexión y el módulo de tracción (o módulo de Young) están estrechamente relacionados y no suele haber una gran diferencia entre ellos. El módulo de cizallamiento describe la respuesta de un material a un esfuerzo de corte, como cuando se intenta cortar dicho material con unas tijeras sin afilar.

El módulo de flexión más alto de los materiales de Formlabs es el de la Rigid Resin. Otros materiales con un alto grado de rigidez son la Standard Resin y la Grey Pro Resin. La Tough Resin tiene un módulo relativamente bajo en comparación con el de otras resinas de Formlabs.

Alargamiento: ¿Se doblará y se estirará?

El alargamiento es la resistencia de un material a romperse al estirarlo.

El alargamiento es la resistencia de un material a romperse al estirarlo.

El alargamiento es el factor que indica cuánto puede estirarse un material sin que se rompa o aparezcan grietas. Los materiales rígidos, como los plásticos duros y frágiles, suelen tener un alargamiento de rotura bajo, mientras que algunos materiales blandos y elásticos pueden estirarse hasta alcanzar varias veces su propia longitud antes de romperse. Un alargamiento elevado es importante para piezas de envases que deben doblarse, como por ejemplo, un tubo de pasta de dientes.

Los materiales dúctiles, como la mayoría de las gomas, tienen un alargamiento alto, mientras que los materiales frágiles como los vidrios y las cerámicas tienden a tener un alargamiento muy bajo porque no se deforman de forma plástica.

Las resinas con mayor alargamiento de los materiales de Formlabs son la Durable Resin o la Tough Resin.

Resistencia a los impactos: ¿Puede absorber choques?

La resistencia a los impactos es la capacidad de un material para absorber energía de choques e impactos sin romperse.

La resistencia a los impactos es la capacidad de un material para absorber energía de choques e impactos sin romperse.

La resistencia a los impactos, a veces denominada tenacidad, se refiere a la capacidad de un material para responder a impactos repentinos. Un material muy tenaz, como el policarbonato o el nylon, puede absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse. En términos más sencillos, un material con una alta resistencia a los impactos puede caer al suelo sin romperse.

La "tenacidad" o resistencia a los impactos no es sinónimo de rigidez. Hay materiales blandos que pueden tener una buena capacidad de absorción de impactos súbitos.

La resina con mayor resistencia al impacto de los materiales de Formlabs es la Durable Resin. Otros materiales con una resistencia al impacto elevada son la Tough Resin y la Grey Pro Resin.

Resistencia a la rotura por tracción: ¿Se romperá si se ve sometido a tensión?

La resistencia a la rotura por tracción es la resistencia de un material a romperse bajo tensión.

La resistencia a la rotura por tracción es la resistencia de un material a romperse bajo tensión.

Un material con una alta resistencia a la rotura por tracción es difícil de romper al aplicarle una fuerza que tire de sus extremos. En sentido estricto, el término "resistencia a la rotura por tracción" denomina al esfuerzo máximo que un material puede soportar al estirarlo antes de romperse. Algunos materiales con una alta resistencia a la rotura por tracción son el carbono, el vidrio y el acero.

Cuando se alcanza este esfuerzo máximo, los materiales frágiles se rompen muy bruscamente, sin que se produzca una deformación plástica, mientras que los materiales que son más dúctiles experimentan algo de deformación antes de romperse.

Hoy en día, la impresión 3D ha avanzado tanto que es capaz de ofrecer una resistencia a la rotura por tracción comparable a la de los plásticos moldeados por inyección tradicionales como el polipropileno y el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).

La resina con mayor resistencia a la rotura por tracción de los materiales de Formlabs es la Rigid Resin. Otros materiales con una resistencia a la rotura por tracción elevada son las resinas estándar, la Grey Pro Resin, y la Tough Resin.

Temperatura de flexión bajo carga: ¿Soporta el calor?

La temperatura de flexión bajo carga es la temperatura a la que un material se deforma bajo una carga específica.

La temperatura de flexión bajo carga es la temperatura a la que un material se deforma bajo una carga específica.

La temperatura de flexión bajo carga indica si un material es adecuado para aplicaciones de alta temperatura y se expresa como la temperatura (medida en °C) a la que una muestra se deforma bajo una carga específica (medida en MPa).

Una alta temperatura de flexión bajo carga es deseable para carcasas y monturas para elementos de calefacción, así como para componentes que están en contacto con líquidos o gases calientes, como el utillaje para moldes de inyección, conectores hidráulicos, válvulas y boquillas.

La resina con la temperatura de flexión bajo carga más alta de todos los materiales de Formlabs es la High Temp Resin. Otro material con una temperatura de flexión bajo carga elevada es la Rigid Resin.

Fluencia: ¿Se deformará con un esfuerzo prolongado?

La fluencia es la tendencia que tiene un material a moverse lentamente o deformarse de forma permanente al verse sometido a esfuerzos mecánicos.

La fluencia es la tendencia de un material a deformarse lentamente a lo largo de un período de tiempo prolongado al verse sometido a un esfuerzo. Un material con una fluencia alta tiene mayor tendencia a deformarse que uno con fluencia baja. La fluencia es diferente a otras propiedades de los materiales en el sentido de que se mide durante un período prolongado de tiempo. La fluencia depende del tiempo, los esfuerzos y la temperatura.

Elegir un material con baja fluencia es importante para piezas que deban soportar temperaturas o esfuerzos elevados manteniendo su forma, como por ejemplo, piezas que deban soportar peso o piezas que tengan que realizar repetidamente una función, como la pala de una turbina.

Los materiales de Formlabs con la fluencia más baja son la Rigid Resin o la Grey Pro Resin.

Un enfoque múltiple

En la práctica, los diseñadores de piezas de plástico no se ven obligados con frecuencia a optimizar las piezas con vistas a una única propiedad, sino que toman decisiones que combinan varias propiedades basándose en la propia experiencia, en simulaciones por ordenador y otros puntos de referencia.

Se puede desarrollar un conocimiento de diferentes materiales y para qué son más adecuados tomando como referencia guías como esta, pero la experiencia práctica es igual de importante. Prueba diversos materiales para ver cómo funcionan. Investiga de qué materiales están hechos los objetos que utilizas en tu día a día y considera las propiedades mecánicas de dichos materiales. ¿Qué propiedades tienen en consideración estas piezas para el uso que se les va a dar?

He aquí algunos ejemplos prácticos con las resinas para ingeniería de Formlabs:

El elevado alargamiento y la alta resistencia al impacto de la Durable Resin de Formlabs la convierten en un buen material para hacer prototipos de envases de consumo.
El elevado alargamiento y la alta resistencia al impacto de la Durable Resin de Formlabs la convierten en un buen material para hacer prototipos de envases de consumo.

Los envases de consumo para productos como los limpiadores del hogar o el champú deben tener un alargamiento lo suficientemente elevado como para doblarse en manos del usuario y volver a su forma original, junto con una resistencia al impacto suficiente como para sobrevivir a posibles caídas. Para este prototipo, elegimos la Durable Resin.

El alto módulo de flexión y la baja fluencia de la Grey Pro Resin de Formlabs hacen que sea un buen material para el prototipo de este soporte para monitores de ordenador.
El alto módulo de flexión y la baja fluencia de la Grey Pro Resin de Formlabs hacen que sea un buen material para el prototipo de este soporte para monitores de ordenador.

Un soporte como el del monitor de un ordenador requiere un alto módulo de flexión, es decir, rigidez. También es importante que el material elegido tenga una fluencia baja para que la pieza siga cumpliendo su función con el tiempo sin deformarse lentamente. La Grey Pro Resin es una opción excelente para cumplir estos requisitos.

La Rigid Resin de Formlabs ofrece un módulo elevado, una gran resistencia a los impactos, una alta temperatura de flexión bajo carga y fluencia baja, por lo que los elementos delgados de este ventilador podrán soportar un desgaste continuo con el tiempo.
La Rigid Resin de Formlabs ofrece un módulo elevado, una gran resistencia a los impactos, una alta temperatura de flexión bajo carga y fluencia baja, por lo que los elementos delgados de este ventilador podrán soportar un desgaste continuo con el tiempo.

Un ventilador requiere piezas delgadas y resistentes. El elevado módulo de la Rigid Resin no solo supone que las piezas mantendrán su resistencia después de la impresión; un módulo elevado antes del poscurado significa que es posible imprimir piezas muy delgadas con precisión y con una probabilidad menor de que se produzcan impresiones fallidas. Una alta resistencia a los impactos, una alta temperatura de flexión bajo carga y una fluencia baja harán que este prototipo soporte un uso y un desgaste prolongados.