TEMA 4: PLÁSTICOS. DISEÑO E IMPRESIÓN EN 3D

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1 TEMA 4: PLÁSTICOS. DISEÑO E IMPRESIÓN EN 3D PLÁSTICOS O POLÍMEROS Los plásticos también llamados polímeros, son sustancias químicas que puede ser moldeados mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de moléculas llamadas monómeros y que se repiten y se unen entre sí. Provienen del petróleo y gas natural. C 1.- Características Cuando se les da calor son elásticos y flexibles, lo que permite darles forma Resistentes a la corrosión y a los compuestos químicos. Aislantes térmicos, eléctricos y acústicos. Fáciles de trabajar y moldear, Baja densidad, Suelen ser impermeables, 2.- Componentes principales de los plásticos Materia base: los monómeros o moléculas base están compuestas fundamentalmente de carbono y provienen del petróleo o gas natural. Cargas y aditivos: son sustancias minerales o vegetales que se añaden para modificar y mejorar las propiedades (fibras textiles, fibras de vidrio, etc.) Colorantes y pigmentos: son sustancias minerales o vegetales que dan color a la materia base. Aceleradores: aceleran el proceso de formación de los plásticos. 3.- Tipos de plásticos: Termoplásticos: son aquellos plásticos que se deforman con calor, se endurecen al enfriarse y se pueden volver a dar forma mediante calor tantas veces como se quiera. Son, por tanto, plásticos reciclables. Los polímeros se unen mediante fuerzas débiles que se rompen con el calor. Termoestables: son aquellos que la primera vez se deforman por calor y presión para darles forma, pero las moléculas se entrecruzan entre sí, dando un plástico muy rígido y resistente al calor, No se puede volver a dar forma después de haber sido conformados ya que sus enlaces no se rompen al volver a calentarlos. Elastómeros: comportamiento intermedio. No se les puede dar forma después de haber sido conformados. Su propiedad más característica es la elasticidad (se deforman fácilmente y recuperan la forma inicial cuando dejamos de ejercer fuerza). Las moléculas forman una red que puede contraerse y estirarse en infinidad de ocasiones. 1

2 4.- Plásticos más importantes: Termoplásticos: Nombre Nº de reciclado Propiedades más destacadas Imagen PET: polietileno teraftalato Ligero, resistente a las caídas, transparente PE: polieti leno HDPE: alta densidad LDPE: baja densidad Rígido, transparente Blando y ligero PVC: cloruro de polivinilo Impermeable PP: polipropileno Flexible, resistencia química PS: poliestireno expandido (porexpan) Resistencia química, mecánica y eléctrica Metacrilato Transparente Teflón Antiadherente, deslizante Naylon Impermeable, flexible Celofán Adherente, transparente Los plásticos para su separación y reciclaje se clasifican del número 1 al 7, indicado en la parte inferior del objeto; esta clasificación permite identificar, separar y volver a procesar y formar objetos de plástico. Termoestables: Nombre Propiedades más destacadas Imagen Baquelita Melamina Resistencia mecánica, aislante, resistente a la humedad Insoluble, resistencia química 2

3 Resinas de poliéster Resistente a la humedad y disolventes Poliuretano Resistencia química, y al desgaste Elastómeros: Nombre Propiedades más destacadas Imagen Caucho Elástico, aislante Neopreno Duro y resistente Silicona Moldeable y ductil 5.- Contaminación y efectos medioambientales Los plásticos no son biodegradables, es decir, no se degradan con el paso del tiempo. Cada objeto de plástico puede permanecer en el medioambiente hasta 1000 años. En el mundo se tiran a la basura 280 millones de toneladas de plástico al año. Esto supone un problema Los procesos para reciclar son caros y además emiten a la atmósfera gases contaminantes. El reciclado consiste en separar los plásticos por grupos de numeración. Luego se lavan, se trituran y después se funden y se forman piezas nuevas. Recomendaciones: Reducir el consumo de plásticos Reutilizar las bolsas y objetos de plástico Separa los plásticos que tiramos e introducirlos en los contenedores amarillos Mejorar los procesos de reciclaje 6.- Conformación de polímeros: Los materiales plásticos inicialmente se presentan en polvo o en gránulos, posteriormente según vaya a ser su destino y aplicación, se someten a diferentes técnicas de conformación. Prensado: el material plástico en gránulos se introduce en la parte inferior de un molde. Luego se prensa y se le aplica calor. La pieza endurecida se saca del molde 3

4 Moldeo por inyección: el material plástico se introduce, se calienta, y se inyecta dentro de un molde donde solidifica y del que toma su forma. Cuando se enfría se abre el molde y se saca la pieza Sistema de alimentación Molde de precisión Émbolo de inyección Cámara de calefacción Moldeo por extrusión-soplado: un polímero caliente se introduce en un molde y se introduce aire caliente a presión. El plástico se empuja contra las paredes del molde y se forman botellas, recipientes y formas huecas. Soplado de aire Presión interior en el plástico Molde Dosificación de plástico Adaptación del plástico al molde Creación de objeto moldeado Termoconformado: Consiste en calentar una lámina termoplástica hasta su reblandecimiento y colocar el material caliente sobre un molde. El termoplástico caliente dentro del molde se somete al vacío. El polímero adopta la forma del molde. Calandrado: El plástico se hace pasar por diferentes rodillos cilíndricos que reducen el espesor de las láminas. El tipo de producto que se obtiene consiste en una película de plástico de pequeño espesor que se utiliza para impermeables, manteles de hule, film transparente para envolver alimentos, etc. - 4

5 IMPRESIÓN 3D Los materiales termoplásticos pueden utilizarse para impresión 3D, debido a su facilidad para darles forma mediante calor. El material se introduce en forma de hilos y mediante una boquilla con extrusor, el plástico se calienta y se va depositando en forma de capas con la forma deseada. Extrusor 7.- Plásticos utilizados en impresión 3D: ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) Es un plástico muy duro, resistente y rígido. Da objetos de alta calidad. Al calentarlo emite gases tóxicos, por lo que se debe imprimir en habitaciones con ventilación. PLA (poliácido láctico) Es un plástico creado a partir de materiales naturales como el maíz o la caña de azúcar. No emite gases contaminantes en el proceso de impresión. Los objetos creados tienen peor calidad que los de ABS Filaflex Es un plástico flexible. Permite imprimir zapatos, carcasas de móviles, etc. 8.- Proceso de impresión 3D Las etapas que tenemos que seguir son: DISEÑO 3D LAMINADO IMPRESIÓN 3D Diseño 3D: se realiza mediante programas informáticos. Siempre debemos guardar o exportar nuestro archivo en formato.stl, que es el formato con el que trabaja el software de la impresora Laminado: los programas informáticos de laminado crean y calculan las láminas de material que tienen que echar para formar el objeto. Pasan el archivo.stl a formato.gcode que es el que entiende la impresora Impresión 3D: el archivo.gcode se copia en una tarjeta de memoria y se lleva a la impresora 3D. 9.- Programas de diseño para impresión 3D La mayoría de programas de diseño 3D se clasifican en dos grupos generales que son; Programas CAD (Diseño asistido por ordenador) Este tipo de programas son utilizados en el diseño industrial, diseño mecánico, arquitectura, industria aeroespacial e ingeniería. Este tipo de programas son para crear diseños técnicos precisos Estos programas utilizan sólidos (piezas macizas) para la creación del modelo 3D a diferencia de los programas de animación que utilizan mallas o superficies. Algunos de los programas más importantes de CAD son: 5

6 AutoCAD SolidWorks Catia FreeCAD Programas de Modelado 3D o Animación Laminado Son programas de diseño artístico utilizados para animación y videojuegos. En estos softwares se trabaja mediante el modelado de superficies o mallas. Es decir, se dibuja el exterior de un objeto con una capa o piel muy delgada. Para convertir estas superficies en sólidos hay que crear grupos o componentes. Si no lo hacemos así nuestras piezas estarán huecas Algunos de los programas de modelado que podemos encontrar son: SketchUp Blender 3D Studio Max Vamos a utilizar el programa Repetier Host. Este programa pasara nuestro archivo.stl a formato.gcode, mediante un tratamiento de loncheado o laminado para que lo pueda imprimir la impresora 3d. Los pasos que debemos seguir son: Abrir nuestro modelo.stl en el Repetier-Host Preparar la pieza para la impresión: Las impresoras 3D tienen la limitación de que no pueden imprimir en el aire. Cuando una pieza tiene zonas en el aire decimos que tiene voladizos y necesita soportes o andamiajes para poder sujetarla al imprimir. Por eso lo primero que tenemos que hacer es colocar la pieza de manera óptima. Utilizaremos la opción de Rotar Objeto y colocaremos la pieza a una posición en la que no tenga partes en el aire. 6

7 Definir los parámetros de impresión: Nos colocamos en la opción de Slicer Tipo de plástico y color: en nuestro ejemplo plástico PLA y color negro Densidad y patrón de relleno Debemos decidir la densidad de relleno en porcentaje. Y la forma de las capas de rellenar Laminar o lonchear el modelo 3d Pulsamos la opción de Slice con Slic3r. De esta forma el programa nos crea un archivo con extensión.gcode Mediante la vista previa podemos ver cómo será el proceso de impresión 3D. Guardar el archivo.gcode Se recomienda guardar el archivo en una tarjeta SD que después se llevará a la impresora 7